Исследование акумуляторної батареи

Лабораторная робота № 1 «Дослідження акумуляторної батареи».

1 — корпус; 2 — кришка; 3 — позитивний висновок; 4 — межэлементное з'єднання;

5 — негативний висновок; 6 — пробка; 7 — індикатор для перевірки рівня електроліту;

8 — сепаратор; 9 — позитивна пластина; 10 — негативна пластина.

Корпус батареї має шість секцій, у яких розміщено шість послідовно з'єднаних елементів, напругою по 2 У. Кожен елемент складається з позитивних і негативних пластин, розділених тонкими і пористими пластмасовими пластинами (сепараторами). Мала товщина і велика пористість сепараторів забезпечує низька внутрішньо опір батареї і тим самим, дозволяють отримати низька внутрішній опір батареї і тим самим, дозволяють отримати більшої сили разрядного струму при низьких температурах. У елементи залитий електроліт, яким служить розчин сірчаної кислоти в дистильованої воді. Електроліт заливається рівня, на 10−15 мм вище верхнього краю сепараторів, чи захисного щитка. Пластини елементів є грати, відлиті з сплаву свинцю і сурми. Осередки решіток заповнені пористої активної масою. У зарядженої батареї активна маса позитивних пластин складається з перекису свинцю (коричневого кольору), а негативних — з губчастого свинцю (сірого кольору). При розряді батареї активна маса позитивних і негативних пластин перетворюється на мелкокристаллический сірчанокислий свинець (білого кольору).

Стартерная автомобільна батарея, з 6 послідовно з'єднаними акумуляторами, двенадцативольтовая, номінальною ємністю 55 А? ч.

Перша цифра вказує число акумуляторів в батареї; літери СП — тип батареї (стартерная), такі за цими літерами число — номінальну ємність батареї (55 А? ч).

Наступні літери — матеріал моноблока, сепараторів. Після всіх зазначених цифр і літер наноситься номер Держстандарту, яким виготовлено батарея.

Фізичні процеси, які у аккумуляторе.

Пов’язані зі властивістю електролітичного розчинення металів, яке, у переході позитивно заряджених іонів металу у розчин.

Причому легкоокисляющиеся метали (свинець) мають цією властивістю більшою мірою, ніж трудноокисляющиеся. При зануренні електрода, у якому утворився свинець, в розчин електроліту від свинцю почнуть отщепляться позитивно заряджені іони свинцю і переходити в розчин, у своїй електрод буде заряджатися негативно. Принаймні перебігу процесу зростає різницю потенціалів розчину і електрода, отже, зростає й осмотическое тиск позитивних іонів розчину. У результаті перехід іонів свинцю в розчин неспроможна тривати довго чекати і при якоїсь конкретної різниці потенціалів електрода і розчину настане рівновагу між силою електролітичної пружності розчинення свинцю, з одного боку, і силами електростатичного поля і осмотического тиску з іншого. Через війну, розчинення свинцю припиниться.

При зануренні позитивного електрода в розчин сірчаної кисло;

ти відбувається те явище, але результат виходить інший: двоокис.

свинцю позитивного електрода, в обмеженій кількості перехо;

дит в розчин, де за поєднанні із жовтою водою іонізується на четырех;

валентные іони свинцю. і одновалентні іони гидрокисла ВІН —.

Четырехвалентные іони свинцю, осаждаясь на електроді, створюють по;

ложительный потенціал щодо розчину.

При зазначених концентраціях сірчана кислота диссоциирует у питній воді практично лише з іони H+ і HSO4-. Тому реакцію електродах описується такими.

такими уравнениями:

Загальна токообразующая реакція в аккумуляторе:

Отже, при розряді акумулятора витрачається сірчана кислота, утворюється вода, але в обох електродах — сульфат свинцю. При заряді процеси протікають у напрямку.

Приготування электролита.

Електроліт виготовляють з суміші акумуляторної сірчаної кислоти з дистильованої водою. Електроліт у фаянсової, керамічної, чи ебонітової посуді. У скляній посуді електроліт готувати не можна, оскільки скло може лопнути від високих температур. Кислоту тонкої струменем вливають в воду, безупинно помішуючи розчин скляній, чи ебонітової паличкою. Воду в кислоту вливати не можна, запобігання разбрызгивания.

Щільність електроліту контролюється ареометром, і за зміні оточуючої температури змінюється, тому, залежно від температури електроліту, виміру атмосферного явища треба враховувати поправки:

Температура електроліту, ?С.

Поправка, г/см3.

від -40 до -26.

від -25 до -11.

від -10 до +4.

від +5 до +19.

від +20 до +30.

від +31 до +45.

— 0,04.

— 0,03.

— 0,02.

— 0,01.

0,00.

+0,01.

Залежно від кліматичної зони, в акумуляторну батарею заливається електроліт щільністю:

Кліматичний район? С.

Час года.

Повністю заряджена батарея.

Батарея разряжена.

на 25%.

на 50%.

Дуже холодний (від -50 до -30).

Зима.

1,30.

1,26.

1,22.

Лето.

1,28.

1,24.

1,20.

Холодний (від -30 до -15).

Круглий год.

1,28.

1,24.

1,20.

Помірний (від -15 до -8).

Круглий год.

1,28.

1,24.

1,20.

Теплий вологий (від 0 до +4).

Круглий год.

1,23.

1,19.

1,15.

Спекотний сухий (-15 до +4).

Круглий год.

1,23.

1,19.

1,15.

Перевірка ступеня разряженности акумуляторної батареи.

Перевірка повинна перевірятися виміром щільності електроліту, а як і вимірюванням напруги на вивідних клемах акумуляторної батарей. У повністю зарядженої батареї, напруга має не нижче 12 У, і щільність відповідати нормі.

Таблиця визначення рівня разряженности акумуляторної батареї за щільністю электролита.

Стану акумуляторної батареи.

Щільність електроліту, наведена до +15?С (288?К), і температура його замерзания.

Повністю заряжена.

Працездатність акумуляторної батареї визначать перевіркою її під навантаженням. Кислотні акумуляторні батареї часто мають здатність знижувати напруга під великий навантаженням. Чим більше виряджена батарея, є тим інтенсивнішим падає у ній напруга при навантаженні. Для перевірки для перевірки ступеня разряженности акумуляторної батареї, під навантаженням, використовують спеціальні прилади. Перевірка здійснюється так: перемикачем навантаження включають навантажувальний опір, відповідне ємності перевіреній батареї. Після выдерживания під навантаженням майже п’ять секунд, фіксують показання вольтметра. За свідченнями визначають рівень разряженности акумуляторної батареї.

Основні параметри акумуляторних батарей:

Основним параметром, що характеризує акумуляторну батарею, є його электродвижущая сила Є. ЭДС батареї що з послідовно з'єднаних акумуляторів, визначається складанням ЭДС кожного акумулятора. ЭДС свинцевого акумулятора залежить від хімічних і фізичних властивостей речовин, що у электродных процесах, і немає залежить від розмірів електрода і кількість активних матеріалів. ЭДС одного акумулятора окреслюється різницю рівноважних потенціалів позитивного і негативного электродов:

Потенціалом електрода? називається різницю потенціалів між даним електродом і умовним електродом порівняння.

Активність електроліту залежить з його концентрації, тобто не від щільності. Оскільки електроліт беручи участь у електрохімічних реакціях змінює свою щільність, змінюються потенціали електродів? і ЭДС акумулятора.

Графік залежності ЭДС і потенціалів електродів від щільності электролита:

Для практичних цілей, ЭДС може бути оцінена по емпіричну формулі, дає хороше наближення:

Якщо виміру проводилися за нормальної температури Т, відмінній від +25?С, необхідно відкоригувати показання щільності за такою формулою:

Омическое опір батареї є сумою опору електроліту, сепараторів, активної маси, решіток і сполучних елементів. Під опором електроліту мається на увазі опір тій частині, що є між електродами. Отже, можна записати, бо загальне оммическое опір батареї при розряді равно:

Заряд акумуляторної батареї.

Заряд акумуляторних батарей можна робити від будь-якої джерела постійного струму, за умови, що його напруга більш ніж напруга заряжаемой батареї. Для заряду позитивний полюс джерела струму може бути з'єднаний із позитивної полюсом заряжаемой батареї, а негативний — з негативним.

Для будь-якого моменту заряду величина струму можна знайти по формуле:

R — загальне опір заряжаемой ланцюга, Ом. Uист — напруга джерела струму, Uб — напруга батареї в момент заряда.

З цієї формули слід, що з рівність напруги зарядного пристрої і батареї, зарядний струм нульовий. Якщо напруга батареї менше напруги зарядного устрою, зарядний струм більше нуля. Якщо напруга батареї більше напруги зарядного устрою, струм змінює початкове напрям і батарея буде розряджатися.

Розрізняють два типу заряду: при постійному струмі і за постійному напрузі.

Заряд при постійному струмі: зручність цього способу є простота розрахунку кількості електрики сообщенного батареї, як твори струму і часу заряду. Такий спосіб має свої вади: при малому струмі час заряду велике. При великому струмі до кінця заряду погіршується заряжаемость бачимо значне підвищення електроліту, що знижує термін її служби. Визначено оптимальна величина струму заряду 0,1 З, А. Методом заряду при постійному струмі можна заряджати дуже багато батарей.

З використанням методу заряду при постійному напрузі першої хвилини зарядний струм сягає великих значень. У процесі заряду, коли напруга батареї поступово зростає, сила струму знижується і до кінця заряду стає значно менше, ніж сила струму при заряді методом постійного струму. Середній розмір струму при правильно обраному значенні напруги приблизно дорівнює 0,1 З, А.

На автомобілі заряд відбувається за постійному напряжении.

При заряді батареї необхідно періодично перевіряти температуру електроліту і допускати її вище 40? С. Якщо темпера досягне 40? С, слід зменшити наполовину зарядний струм, чи перервати заряд і остудити батарею до 27? С. Заряд припиняється, коли починається рясне газовыделение газу в всіх відсіках батареї, і непередбачуване напруження і щільність електроліту впродовж останніх 3 годин заряду залишатимуться постоянными.

Конструкція зарядного устрою складається з таких пристроїв: генератор (трансформатор) напругою вище 12 В, выпрямительный блок, реостат для регулювання сили струму, вольтметр, амперметр.