Batterie per auto. Banca per azioni © Borisov Mikhail. Caratteristiche elettriche delle batterie Qual è la fem di una batteria

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1.3. Caratteristiche elettriche di base delle batterie

Forza e tensione elettromotrici . La forza elettromotrice (EMF) è la differenza di potenziale tra gli elettrodi positivo e negativo della batteria quando il circuito esterno è aperto.
Il valore EMF dipende principalmente dai potenziali dell'elettrodo, cioè dalle proprietà fisiche e chimiche delle sostanze di cui sono costituiti le piastre e l'elettrolita, ma non dipende dalle dimensioni delle piastre della batteria.
L'EMF di una batteria ad acido dipende anche dalla densità dell'elettrolita. È stato teoricamente e praticamente stabilito che l'EMF di una batteria con una precisione sufficiente per la pratica può essere determinata dalla formula
E = 0,85 + g,
dove g è la densità dell'elettrolita a 15 ° C, g / cm 3 .
Per batterie di avviamento acido in cui la densità dell'elettrolita varia da 1,12 a 1,29 g/cm 3 , L'EMF cambia, rispettivamente, da 1,97 a 2,14 V .
È quasi impossibile misurare l'EMF con assoluta precisione. Tuttavia, per scopi pratici, l'EMF può essere misurato in modo approssimativo e accurato con un voltmetro con un'elevata resistenza interna (almeno 1000 Ohm per 1 V). In questo caso, una piccola corrente scorrerà attraverso il voltmetro.
La tensione della batteria è la differenza di potenziale tra le piastre positive e negative con un circuito esterno chiuso, in cui è incluso qualsiasi consumatore di corrente, cioè quando la corrente passa attraverso la batteria. In questo caso, le letture del voltmetro durante la misurazione della tensione saranno sempre inferiori rispetto alla misurazione dell'EMF e questa differenza sarà maggiore, maggiore è la corrente che passa attraverso la batteria.
EMF e tensione dipendono da una serie di fattori. L'EMF varia con la densità e la temperatura dell'elettrolita. La tensione, a sua volta, dipende dall'EMF, dal valore della corrente di scarica (carico) e dalla resistenza interna della batteria.
La dipendenza dell'EMF della batteria dalla densità dell'elettrolita (concentrazione della soluzione di H2SO4) è riportata di seguito:

Densità dell'elettrolita a 25 ° С,
g / cm 3 ................................... 1,05 1,10 1,15 1 , 20 1,25 1,28 1,30
H2SO4,% ............................. 7,44 14,72 21,68 27,68 33,8 37,4 39,7
EMF batteria, in .......... 1.906 1.960 2.005 2.048 2.095 2.125 2.144
Da questa dipendenza si può vedere che con un aumento della concentrazione di acido solforico, aumenta anche l'EMF. Da ciò, tuttavia, non ne consegue che la densità dell'elettrolita possa essere aumentata eccessivamente per ottenere un EMF più elevato. È stato stabilito che le batterie di avviamento funzionano abbastanza bene quando la densità dell'elettrolita in esse è 1,27 - 1,29 g / cm 3. Inoltre, l'elettrolita con una densità di 1,29 g / cm 3 ha il punto di congelamento più basso.
Quando la temperatura dell'elettrolita cambia, cambia anche l'EMF della batteria. Quindi, con una variazione della temperatura dell'elettrolita da + 20 ° C a -40 ° C, l'EMF della batteria diminuisce da 2,12 a 2,096 V. In misura molto maggiore, con una variazione della temperatura dell'elettrolita, la tensione cambia, poiché dipende non solo dall'EMF, ma anche dalla resistenza interna della batteria, che aumenta significativamente al diminuire della temperatura.
Esiste la seguente relazione tra EMF, tensione, resistenza interna e il valore della corrente di scarica:
U = E-Ir,
dove tu - voltaggio;
E- NS. ecc. con. batteria;
io- il valore della corrente di scarica;
R- resistenza interna della batteria.
Da questa formula si evince che con un valore costante dell'EMF misurato a circuito aperto, la tensione della batteria diminuisce all'aumentare della corrente sprigionata durante la scarica.
Resistenza interna. La resistenza interna della batteria è relativamente piccola, ma nei casi in cui la batteria viene scaricata con una corrente elevata, ad esempio quando si avvia il motore con un motorino di avviamento, la resistenza interna di ciascuna batteria è molto significativa.
La resistenza interna è costituita dalla resistenza dell'elettrolita, dei separatori e delle piastre. Il componente principale è la resistenza dell'elettrolita, che cambia con la temperatura e la concentrazione di acido solforico.
La dipendenza della resistività di un elettrolita con una densità di 1,30 g / cm 3 dalla temperatura è mostrata di seguito:

Temperatura, ° С Resistività dell'elettrolita Ohm cm
+ 40 0,89
+ 25 1,28
+ 18 1,46
0 1,92
– 18 2,39
Come si può vedere dai dati di cui sopra, con una diminuzione della temperatura dell'elettrolita da + 40 ° C a -18 ° C, la resistività aumenta di 2,7 volte. Il valore di resistività più basso ha un elettrolita con una densità di 1.223 g / cm 3 a 15 ° C (soluzione al 30% di H2SO4 in peso).
Il secondo componente della resistenza nella batteria è la resistenza dei separatori. Dipende principalmente dalla loro porosità. I separatori sono costituiti da un materiale elettricamente isolante, i cui pori sono riempiti di elettrolita, che determina la conducibilità elettrica del separatore.
A questo proposito, si potrebbe presumere che con un cambiamento di temperatura, la resistenza del separatore cambierà nella stessa proporzione della resistenza dell'elettrolita, ma questo non è del tutto vero. Alcuni tipi di separatori, ad esempio i separatori di ebanite microporosa (mipore) non sono sensibili alle variazioni di temperatura.
Il terzo fattore incluso nella quantità totale della resistenza interna dell'elemento è la massa attiva e i reticoli delle piastre positive e negative.
La resistenza del piombo spugnoso della piastra negativa è leggermente diversa da quella del materiale reticolare, mentre la resistenza del perossido di piombo della piastra positiva è 10.000 volte la resistenza del reticolo. Contrariamente alla resistenza dell'elettrolita, la resistenza del reticolo diminuisce al diminuire della temperatura. Ma in considerazione del fatto che la resistenza dell'elettrolita è molte volte maggiore della resistenza delle piastre, la diminuzione della loro resistenza al diminuire della temperatura compensa molto leggermente la diminuzione complessiva della resistenza dell'elettrolita.
La resistenza delle piastre è influenzata dallo stato di carica della batteria. Durante il processo di scarica, la resistenza delle piastre aumenta, poiché il solfato di piombo formato sulle piastre positive e negative quasi non conduce corrente elettrica.
Rispetto ad altri tipi di batterie, le batterie ad acido hanno una resistenza interna relativamente bassa, che ne determina un uso diffuso come batterie di avviamento nel trasporto su strada.
Capacità. La capacità della batteria è la quantità di elettricità che una batteria completamente carica può fornire a una data velocità di scarica, temperatura e tensione finale. La capacità è misurata in amperora ed è determinata dalla formula
C = Iptp,
dove INSIEME A- capacità, e h ;
IPÈ la forza della corrente di scarica, e ;
tp- tempo di scarica, h .
Il valore della capacità della batteria è determinato principalmente dai seguenti fattori: la modalità di scarica (il valore della corrente di scarica), la concentrazione dell'elettrolita e la temperatura. Le batterie in modalità di scarica forzata forniscono una capacità inferiore rispetto a quando vengono scaricate in modalità più lunghe (una piccola quantità di corrente).
La diminuzione della capacità durante le modalità di scarica forzata si verifica per i seguenti motivi.
Durante il processo di scarica, la trasformazione della massa attiva delle piastre in solfato di piombo avviene non solo sulla superficie delle piastre, ma anche al loro interno. Se la scarica viene eseguita con una corrente di piccola forza e lentamente, l'elettrolita ha il tempo di penetrare negli strati profondi della massa attiva e l'acqua formata a seguito della reazione nei pori ha il tempo di mescolarsi con il massa dell'elettrolita. Con le modalità di scarica forzata, la concentrazione di acido solforico nell'elettrolita all'interno delle piastre è significativamente ridotta, l'elettrolita fresco non ha il tempo di penetrare in profondità nella massa attiva, la reazione procede principalmente sulla superficie delle piastre, poiché i pori sono intasato e gli strati interni della massa attiva difficilmente partecipano alla reazione. In questo caso, a seguito di un significativo aumento della resistenza interna della batteria, la tensione ai suoi terminali diminuisce bruscamente.
Tuttavia, dopo che la batteria è stata scaricata in modalità forzata, può essere scaricata nuovamente dopo una breve pausa. Ciò serve come una chiara conferma del fatto che una diminuzione della capacità della batteria durante una scarica con una grande intensità di corrente si verifica a causa dell'uso incompleto della massa attiva delle piastre.
Oltre al valore della corrente di scarica, la capacità della batteria è significativamente influenzata dalla concentrazione dell'elettrolita, che determina il potenziale delle piastre, la resistenza elettrica dell'elettrolita e la sua viscosità, che a sua volta influenza la capacità dell'elettrolita penetrare negli strati profondi della massa attiva delle placche.
Durante il processo di scarica, la densità dell'elettrolita diminuisce e alla fine della scarica viene fornita una quantità insufficiente di acido alla massa attiva delle piastre, a causa della quale la tensione della batteria diminuisce e la sua ulteriore scarica diventa impossibile. Maggiore è la differenza tra le concentrazioni dell'elettrolita all'esterno delle piastre e l'elettrolita nei pori della massa attiva, più intenso è il processo di penetrazione dell'acido nei pori delle piastre. A questo proposito, l'uso di un elettrolita con una densità maggiore sembrerebbe aumentare la capacità. Ma in realtà, eccessivamente alta densità non porta ad un aumento della capacità, poiché un aumento della densità dell'elettrolita porta inevitabilmente ad un aumento della viscosità dell'elettrolita, a seguito della quale il processo di penetrazione dell'elettrolita nella profondità della massa attiva di le piastre si deteriorano e la tensione ai terminali della batteria diminuisce.
Determinato che massima capacità ha una batteria ricaricabile con una densità dell'elettrolita di 1,27 - 1,29 g/cm 3.
La capacità della batteria dipende anche dalla temperatura. Al diminuire della temperatura la capacità diminuisce e all'aumentare della temperatura aumenta. Ciò è dovuto al fatto che con la diminuzione della temperatura aumenta la viscosità dell'elettrolita, per cui viene fornito alle piastre in quantità insufficienti.
Di seguito sono riportati i valori della viscosità dell'elettrolita con una densità di 1,223 g / cm 3, a seconda della temperatura:
Temperatura, ° С ............ +30 +25 +20 +10 0 - 10 - 20 - 30
viscosità assoluta,
pz (poise) ....................... 1.596 1.784 2.006 2.600 3.520 4.950 7.490 12.200
La capacità delle piastre positive e negative non cambia nella stessa misura con le variazioni di temperatura. Se a temperatura ordinaria la capacità dell'elemento è limitata da piastre positive, quindi a basse temperature - da negative, poiché al diminuire della temperatura, la capacità della piastra negativa diminuisce in misura molto maggiore di quella positiva.
Recentemente, la capacità degli accumulatori a basse temperature è stata notevolmente aumentata grazie all'utilizzo di separatori sintetici più sottili ad elevata porosità (fino all'80%) e di additivi, cosiddetti espansori, alla massa attiva delle piastre negative, che conferiscono maggiore porosità ad esso.
Oltre alla modalità di scarica, concentrazione dell'elettrolito e temperatura, la capacità della batteria dipende dalla sua vita utile, dal periodo di conservazione durante il quale la batteria è stata inattiva, dalla presenza di impurità nocive, ecc. periodo di garanzia) aumenta, all'aumentare del si verifica la formazione di placche, dopodiché rimane costante per un certo periodo e poi inizia a diminuire gradualmente. La perdita di capacità della batteria a fine vita è dovuta alla diminuzione della porosità delle piastre negative e alla perdita della massa attiva delle piastre positive.
Se una batteria carica è rimasta inattiva per molto tempo, quando viene scaricata, la capacità fornita sarà molto inferiore. Ciò è dovuto al naturale fenomeno di autoscarica quando la batteria è inattiva.

Scopo delle batterie di avviamento
Fondamenti teorici della conversione dell'energia chimica in energia elettrica
Scaricamento della batteria
Carica batterie
Consumo dei principali reagenti formanti corrente
Forza elettromotiva
Resistenza interna
Tensione di carica e scarica
Capacità della batteria
Energia e potenza della batteria
Autoscarica della batteria

Scopo delle batterie di avviamento

La funzione principale della batteria è quella di avviare il motore in modo affidabile. Un'altra funzione è il buffer di energia quando il motore è in funzione. Infatti, accanto alle tradizionali tipologie di consumatori, sono comparsi molti dispositivi di servizio aggiuntivi che migliorano il comfort del conducente e la sicurezza nel traffico. La batteria compensa il deficit energetico durante la guida nel ciclo urbano con soste frequenti e lunghe, quando il generatore non può sempre fornire la potenza necessaria per alimentare completamente tutte le utenze collegate. La terza funzione operativa è l'alimentazione a motore spento. Tuttavia, l'uso prolungato di apparecchi elettrici in sosta con il motore fermo (o con il motore al minimo) porta ad una scarica profonda della batteria e ad una forte diminuzione delle sue caratteristiche di avviamento.

La batteria è predisposta anche per l'alimentazione di emergenza. In caso di guasto di un generatore, raddrizzatore, regolatore di tensione o rottura della cinghia del generatore, deve garantire il funzionamento di tutte le utenze necessarie per un movimento sicuro verso la stazione di servizio più vicina.

Quindi, le batterie di avviamento devono soddisfare i seguenti requisiti di base:

Fornire la corrente di scarica necessaria per il funzionamento dell'avviatore, cioè avere una bassa resistenza interna per minime perdite di tensione interna all'interno della batteria;

Fornire il numero richiesto di tentativi per avviare il motore con una durata prestabilita, cioè avere la necessaria riserva di energia per lo scarico del motorino di avviamento;

Avere una potenza ed un'energia sufficientemente grandi con le dimensioni e il peso più piccoli possibili;

Avere una scorta di energia per alimentare i consumatori quando motore al minimo o in caso di emergenza (capacità di riserva);

Mantenere la tensione necessaria per il funzionamento dell'avviatore quando la temperatura scende entro i limiti specificati (corrente di avviamento a freddo);

Mantenere le prestazioni per lungo tempo a temperatura ambiente elevata (fino a 70 "C);

Assumersi il compito di ripristinare la capacità consumata per avviare il motore e alimentare altre utenze dal generatore mentre il motore è in funzione (accettazione della carica);

Non richiedono una formazione speciale degli utenti, manutenzione durante il funzionamento;

Avere un'elevata resistenza meccanica corrispondente alle condizioni operative;

Mantenere a lungo le caratteristiche prestazionali specificate durante il funzionamento (durata di servizio);

Possedere un'autoscarica insignificante;

Avere un basso costo.

Fondamenti teorici della conversione dell'energia chimica in energia elettrica

Una sorgente di corrente chimica è un dispositivo in cui, a causa del corso di reazioni chimiche redox spazialmente separate, la loro energia libera viene convertita in energia elettrica. Per la natura del lavoro, queste fonti sono divise in due gruppi:

Sorgenti di corrente chimica primaria o celle galvaniche;

Fonti secondarie o accumulatori elettrici.

Le fonti primarie possono essere utilizzate una sola volta, poiché le sostanze formate durante il loro scarico non possono essere convertite in materiali attivi iniziali. Una cella galvanica completamente scarica, di regola, non è adatta per ulteriori lavori: è una fonte di energia irreversibile.

Le fonti di corrente chimiche secondarie sono fonti di energia reversibili: dopo una scarica arbitrariamente profonda, le loro prestazioni possono essere completamente ripristinate mediante la ricarica. Per fare ciò è sufficiente far passare una corrente elettrica attraverso la sorgente secondaria nella direzione opposta a quella in cui scorreva durante la scarica. Nel processo di carica, le sostanze formate durante lo scarico si trasformeranno nei materiali attivi originali. Ecco come avviene la conversione multipla dell'energia libera. fonte chimica corrente in energia elettrica (scarica della batteria) e la conversione inversa dell'energia elettrica in energia libera di una sorgente di corrente chimica (carica della batteria).

Il passaggio di corrente attraverso i sistemi elettrochimici è associato alle reazioni chimiche (trasformazioni) che avvengono durante questo processo. Pertanto, esiste una relazione tra la quantità di una sostanza che è entrata in una reazione elettrochimica e ha subito trasformazioni e la quantità di elettricità consumata o rilasciata durante questa, che è stata stabilita da Michael Faraday.

Secondo la prima legge di Faraday, la massa di una sostanza che è entrata in una reazione elettrodica o ottenuta come risultato del suo flusso è proporzionale alla quantità di elettricità passata attraverso il sistema.

Secondo la seconda legge di Faraday, a parità di elettricità passata attraverso il sistema, le masse di sostanze reagite sono messe in relazione tra loro come i loro equivalenti chimici.

In pratica, una quantità minore di materia subisce un cambiamento elettrochimico rispetto alle leggi di Faraday: al passaggio della corrente, oltre alle principali reazioni elettrochimiche, si verificano anche reazioni parallele o secondarie (laterali), che modificano la massa dei prodotti. Per tenere conto dell'influenza di tali reazioni, è stato introdotto il concetto di efficienza attuale.

L'efficienza attuale è quella parte della quantità di elettricità che passa attraverso il sistema che ricade sulla quota della principale reazione elettrochimica in esame.

Scaricamento della batteria

Le sostanze attive di una batteria al piombo carica che partecipano al processo di formazione della corrente sono:

Sull'elettrodo positivo - biossido di piombo (marrone scuro);

Sull'elettrodo negativo - piombo spugnoso (grigio);

L'elettrolita è una soluzione acquosa di acido solforico.

Alcune delle molecole di acido in una soluzione acquosa sono sempre dissociate in ioni idrogeno con carica positiva e ioni solfato con carica negativa.

Il piombo, che è la massa attiva dell'elettrodo negativo, si dissolve parzialmente nell'elettrolita e si ossida in soluzione per formare ioni positivi. Gli elettroni in eccesso rilasciati in questo caso conferiscono una carica negativa all'elettrodo e iniziano a muoversi lungo una sezione chiusa del circuito esterno verso l'elettrodo positivo.

Gli ioni di piombo a carica positiva reagiscono con gli ioni di solfato a carica negativa per formare solfato di piombo, che ha poca solubilità e quindi si deposita sulla superficie dell'elettrodo negativo. Nel processo di scarica della batteria, la massa attiva dell'elettrodo negativo viene convertita da piombo spugnoso a solfato di piombo con una variazione da grigio a grigio chiaro.

Il biossido di piombo dell'elettrodo positivo si dissolve nell'elettrolita in una quantità molto inferiore rispetto al piombo dell'elettrodo negativo. Quando interagisce con l'acqua, si dissocia (si decompone in soluzione in particelle cariche - ioni), formando ioni piombo tetravalenti e ioni ossidrile.

Gli ioni conferiscono un potenziale positivo all'elettrodo e, attaccando gli elettroni che passano attraverso il circuito esterno dall'elettrodo negativo, vengono ridotti a ioni di piombo bivalenti

Gli ioni interagiscono con gli ioni per formare solfato di piombo, che per il suddetto motivo si deposita anche sulla superficie dell'elettrodo positivo, come avveniva su quello negativo. La massa attiva dell'elettrodo positivo durante la scarica viene convertita da biossido di piombo a solfato di piombo con un cambiamento di colore da marrone scuro a marrone chiaro.

Come risultato della scarica della batteria, i materiali attivi di entrambi gli elettrodi positivo e negativo vengono convertiti in solfato di piombo. In questo caso, l'acido solforico viene consumato per la formazione di solfato di piombo e l'acqua si forma dagli ioni rilasciati, il che porta ad una diminuzione della densità dell'elettrolita durante la scarica.

Carica batterie

Nell'elettrolita, entrambi gli elettrodi contengono piccole quantità di solfato di piombo e ioni d'acqua. Influenzato dalla tensione della sorgente corrente continua, nel circuito di cui è inclusa la batteria carica, nel circuito esterno viene stabilito un movimento diretto di elettroni al terminale negativo della batteria.

Gli ioni di piombo bivalenti all'elettrodo negativo vengono neutralizzati (ridotti) dai due elettroni in ingresso, convertendo la massa attiva dell'elettrodo negativo in piombo metallico spugnoso. I rimanenti ioni liberi formano acido solforico

All'elettrodo positivo, sotto l'azione di una corrente di carica, gli ioni di piombo bivalenti cedono due elettroni, ossidandosi in quelli tetravalenti. Questi ultimi, combinandosi attraverso reazioni intermedie con due ioni ossigeno, formano biossido di piombo, che viene rilasciato all'elettrodo. Gli ioni e, proprio come all'elettrodo negativo, formano acido solforico, per cui la densità dell'elettrolita aumenta durante la carica.

Quando i processi di trasformazione delle sostanze nelle masse attive degli elettrodi positivo e negativo sono terminati, la densità dell'elettrolita smette di cambiare, segno della fine della carica della batteria. Con l'ulteriore continuazione della carica, si verifica il cosiddetto processo secondario: la decomposizione elettrolitica dell'acqua in ossigeno e idrogeno. Distinguendosi dall'elettrolita sotto forma di bolle di gas, creano l'effetto della sua intensa ebollizione, che funge anche da segno della fine del processo di carica.

Consumo dei principali reagenti formanti corrente

Per ottenere una capacità di un amperora a batteria scarica è necessario che alla reazione prendano parte:

4.463 g di biossido di piombo

3,886 g di piombo spugnoso

3.660 g di acido solforico

Il consumo teorico totale di materiali per ottenere 1 Ah (consumo specifico di materiali) di elettricità sarà 11,989 g / Ah e la capacità specifica teorica - 83,41 Ah / kg.

Con una tensione nominale della batteria di 2 V, il consumo di materiale specifico teorico per unità di energia è di 5,995 g/Wh e l'energia specifica della batteria sarà di 166,82 Wh/kg.

Tuttavia, in pratica, è impossibile ottenere il pieno utilizzo dei materiali attivi che partecipano al processo di formazione attuale. Circa la metà della superficie della massa attiva è inaccessibile all'elettrolita, poiché funge da base per la costruzione di una struttura porosa volumetrica, che garantisce la resistenza meccanica del materiale. Pertanto, il tasso di utilizzo reale delle masse attive dell'elettrodo positivo è del 45-55% e quello negativo del 50-65%. Inoltre, come elettrolita viene utilizzata una soluzione di acido solforico al 35-38%. Pertanto, il valore del consumo specifico reale dei materiali è molto più alto e i valori reali della capacità specifica e dell'energia specifica sono molto inferiori a quelli teorici.

Forza elettromotiva

La forza elettromotrice (EMF) della batteria E è la differenza tra i suoi potenziali di elettrodo, misurata con un circuito esterno aperto.

EMF di una batteria composta da n batterie collegate in serie.

L'EMF viene misurato con un voltmetro ad alta resistenza (resistenza interna di almeno 300 Ohm / V). Per fare ciò, un voltmetro è collegato ai terminali della batteria o della batteria. In questo caso, nessuna corrente di carica o scarica dovrebbe fluire attraverso l'accumulatore (batteria).

L'EMF di equilibrio di una batteria al piombo, come qualsiasi sorgente di corrente chimica, dipende dalle proprietà chimiche e fisiche delle sostanze che partecipano al processo di formazione della corrente e non dipende affatto dalle dimensioni e dalla forma degli elettrodi, nonché sulla quantità di masse attive e di elettrolita. Allo stesso tempo, in una batteria al piombo, l'elettrolita è direttamente coinvolto nel processo di formazione di corrente sugli elettrodi della batteria e cambia la sua densità a seconda dello stato di carica delle batterie. Pertanto, l'EMF di equilibrio, che a sua volta è funzione della densità

La variazione dell'EMF della batteria dalla temperatura è molto piccola e può essere trascurata durante il funzionamento.

Resistenza interna

La resistenza della batteria alla corrente che scorre al suo interno (carica o scarica) è chiamata resistenza interna della batteria.

La resistenza dei materiali attivi degli elettrodi positivo e negativo, nonché la resistenza dell'elettrolita, cambiano a seconda dello stato di carica della batteria. Inoltre, la resistenza dell'elettrolita dipende fortemente dalla temperatura.

Pertanto, la resistenza ohmica dipende anche dallo stato di carica della batteria e dalla temperatura dell'elettrolita.

La resistenza di polarizzazione dipende dalla forza della corrente di scarica (carica) e dalla temperatura e non obbedisce alla legge di Ohm.

La resistenza interna di una batteria e anche di una batteria composta da più batterie collegate in serie è trascurabile e a carica è solo di pochi millesimi di Ohm. Tuttavia, nel corso della dimissione, cambia in modo significativo.

La conduttività elettrica delle masse attive diminuisce per un elettrodo positivo di circa 20 volte e per uno negativo - 10 volte. Anche la conduttività elettrica dell'elettrolita cambia a seconda della sua densità. Con un aumento della densità dell'elettrolita da 1,00 a 1,70 g / cm3, la sua conduttività elettrica aumenta prima al suo valore massimo, quindi diminuisce di nuovo.

Quando la batteria si scarica, la densità dell'elettrolita diminuisce da 1,28 g/cm3 a 1,09 g/cm3, il che porta a una diminuzione della sua conduttività elettrica di quasi 2,5 volte. Di conseguenza, la resistenza ohmica della batteria aumenta con la scarica. Nello stato di scarica, la resistenza raggiunge un valore più di 2 volte superiore al suo valore nello stato di carica.

Oltre allo stato di carica, la temperatura ha un effetto significativo sulla resistenza delle batterie. Con una diminuzione della temperatura, la resistenza specifica dell'elettrolita aumenta e a una temperatura di -40 ° diventa circa 8 volte superiore rispetto a +30 ° . Anche la resistenza dei separatori aumenta bruscamente al diminuire della temperatura e nello stesso intervallo di temperatura aumenta di quasi 4 volte. Questo è il fattore determinante per aumentare la resistenza interna delle batterie alle basse temperature.

Tensione di carica e scarica

La differenza di potenziale ai terminali dei poli della batteria (batteria) nel processo di carica o scarica in presenza di corrente nel circuito esterno è solitamente chiamata tensione della batteria (batteria). La presenza della resistenza interna della batteria porta al fatto che la sua tensione durante la scarica è sempre inferiore all'EMF e durante la carica è sempre superiore all'EMF.

Quando si carica la batteria, la tensione ai suoi terminali deve essere maggiore della sua EMF per la quantità di perdite interne.

All'inizio della carica si verifica un salto di tensione per la quantità di perdite ohmiche all'interno della batteria, e quindi un forte aumento di tensione dovuto al potenziale di polarizzazione, causato principalmente da un rapido aumento della densità dell'elettrolita nei pori di la massa attiva Inoltre, si verifica un lento aumento della tensione, principalmente a causa di un aumento dell'EMF della batteria dovuto ad un aumento della densità dell'elettrolita.

Dopo che la quantità principale di solfato di piombo viene convertita in PbO2 e Pb, il consumo di energia provoca sempre più la decomposizione dell'acqua (elettrolisi).La quantità in eccesso di ioni idrogeno e ossigeno che compaiono nell'elettrolita aumenta ulteriormente la differenza di potenziale tra gli elettrodi opposti. Ciò porta ad un rapido aumento della tensione di carica, che accelera la decomposizione dell'acqua. Gli ioni idrogeno e ossigeno risultanti non interagiscono con i materiali attivi. Si ricombinano in molecole neutre e vengono rilasciate dall'elettrolita sotto forma di bolle di gas (l'ossigeno viene rilasciato sull'elettrodo positivo, l'idrogeno viene rilasciato su quello negativo), facendo "bollire" l'elettrolita.

Se continui il processo di carica, puoi vedere che l'aumento della densità dell'elettrolita e della tensione di carica praticamente si interrompe, poiché quasi tutto il solfato di piombo ha già reagito e tutta l'energia fornita alla batteria viene ora spesa solo per il processo secondario - la decomposizione elettrolitica dell'acqua. Questo spiega anche la costanza della tensione di carica, che serve come uno dei segni della fine del processo di carica.

Dopo aver interrotto la carica, cioè scollegando la sorgente esterna, la tensione ai terminali della batteria scende bruscamente al valore del suo EMF di non equilibrio, o del valore delle perdite interne ohmiche. Poi c'è una diminuzione graduale dell'EMF (dovuta a una diminuzione della densità dell'elettrolita nei pori della massa attiva), che continua fino alla concentrazione dell'elettrolita nel volume della batteria e nei pori della massa attiva è completamente equalizzato, il che corrisponde all'instaurazione di un EMF di equilibrio.

Quando la batteria è scarica, la tensione ai suoi terminali è inferiore all'EMF del valore della caduta di tensione interna.

All'inizio della scarica, la tensione della batteria scende bruscamente del valore delle perdite ohmiche e della polarizzazione a causa di una diminuzione della concentrazione di elettrolita nei pori della massa attiva, cioè concentrazione di polarizzazione. Inoltre, con un processo di scarica costante (stazionario), la densità dell'elettrolita nel volume della batteria diminuisce, causando una graduale diminuzione della tensione di scarica. Allo stesso tempo, c'è un cambiamento nel rapporto tra il contenuto di solfato di piombo nella massa attiva, che provoca anche un aumento delle perdite ohmiche. In questo caso, le particelle di solfato di piombo (che ha circa tre volte il volume rispetto alle particelle di piombo e del suo biossido, da cui si sono formate) chiudono i pori della massa attiva, il che impedisce il passaggio dell'elettrolita in la profondità degli elettrodi.

Ciò provoca un aumento della polarizzazione della concentrazione, portando ad una diminuzione più rapida della tensione di scarica.

Quando la scarica si interrompe, la tensione ai terminali della batteria aumenta rapidamente del valore delle perdite ohmiche, raggiungendo il valore dell'EMF di non equilibrio. Un'ulteriore variazione dell'EMF dovuta all'equalizzazione della concentrazione dell'elettrolita nei pori delle masse attive e nel volume della batteria porta ad un graduale stabilirsi del valore dell'EMF di equilibrio.

La tensione della batteria durante la sua scarica è determinata principalmente dalla temperatura dell'elettrolita e dall'intensità della corrente di scarica. Come accennato in precedenza, la resistenza di una batteria al piombo (batteria) è trascurabile e in stato di carica è solo di pochi milliohm. Tuttavia, alle correnti di una scarica di avviamento, la cui forza è 4-7 volte superiore al valore capacità nominale, la caduta di tensione interna ha un effetto significativo sulla tensione di scarica. Un aumento delle perdite ohmiche al diminuire della temperatura è associato ad un aumento della resistenza dell'elettrolita. Inoltre, la viscosità dell'elettrolita aumenta bruscamente, il che rende difficile diffonderlo nei pori della massa attiva e aumenta la polarizzazione della concentrazione (cioè aumenta la perdita di tensione all'interno della batteria a causa di una diminuzione della concentrazione del elettrolita nei pori degli elettrodi).

Con una corrente superiore a 60 A, la dipendenza della tensione di scarica dall'intensità della corrente è praticamente lineare a tutte le temperature.

Il valore medio della tensione della batteria durante la carica e la scarica è determinato come media aritmetica dei valori di tensione misurati a intervalli regolari.

Capacità della batteria

La capacità della batteria è la quantità di elettricità prelevata dalla batteria quando si scarica alla sua tensione finale impostata. Nei calcoli pratici, la capacità della batteria è solitamente espressa in ampere-ora (Ah). La capacità di scarica può essere calcolata moltiplicando la corrente di scarica per la durata della scarica.

La capacità di scarica per la quale è progettata la batteria e che è indicata dal produttore è chiamata capacità nominale.

Oltre a ciò, un indicatore importante è anche la capacità impartita alla batteria durante la ricarica.

La capacità di scarica dipende da una serie di parametri progettuali e tecnologici della batteria, nonché dalle condizioni del suo funzionamento. I parametri di progettazione più significativi sono la quantità di massa attiva e di elettrolita, lo spessore e le dimensioni geometriche degli elettrodi della batteria. I principali parametri tecnologici che influenzano la capacità della batteria sono la formulazione dei materiali attivi e la loro porosità. Anche i parametri operativi - temperatura dell'elettrolita e corrente di scarica - hanno un impatto significativo sulla capacità di scarica. L'indicatore generalizzato che caratterizza l'efficienza della batteria è il tasso di utilizzo dei materiali attivi.

Per ottenere una capacità di 1 Ah, come sopra indicato, occorrono teoricamente 4,463 g di biossido di piombo, 3,886 g di piombo spugnoso e 3,66 g di acido solforico. Il consumo specifico teorico delle masse attive degli elettrodi è di 8,32 g/Ah. Nelle batterie reali, il consumo specifico di materiali attivi con una modalità di scarica di 20 ore e una temperatura dell'elettrolita di 25 ° C va da 15,0 a 18,5 g / Ah, che corrisponde a un tasso di utilizzo delle masse attive del 45-55%. Di conseguenza, il consumo pratico della massa attiva supera i valori teorici di 2 o più volte.

Il grado di utilizzazione della massa attiva, e, di conseguenza, il valore della capacità di scarico, è influenzato dai seguenti fattori principali.

Porosità della massa attiva. Con un aumento della porosità, migliorano le condizioni di diffusione dell'elettrolita nella profondità della massa attiva dell'elettrodo e aumenta la superficie reale su cui avviene la reazione di formazione di corrente. Con un aumento della porosità, la capacità di scarico aumenta. La quantità di porosità dipende dalla dimensione delle particelle di polvere di piombo e dalla formulazione per la preparazione delle masse attive, nonché dagli additivi utilizzati. Inoltre, un aumento della porosità porta ad una diminuzione della durabilità a causa di un'accelerazione del processo di distruzione di masse attive altamente porose. Pertanto, il valore della porosità viene scelto dai produttori, tenendo conto non solo delle elevate caratteristiche capacitive, ma anche garantendo la durata richiesta della batteria in funzione. Attualmente, la porosità ottimale è considerata nell'intervallo 46-60%, a seconda dello scopo della batteria.

Lo spessore degli elettrodi. Con una diminuzione dello spessore, diminuisce l'irregolarità del carico degli strati esterno e interno della massa attiva dell'elettrodo, il che contribuisce ad aumentare la capacità di scarica. Per elettrodi più spessi, gli strati interni della massa attiva vengono utilizzati molto poco, soprattutto quando si scarica con correnti elevate. Pertanto, con un aumento della corrente di scarica, le differenze nella capacità delle batterie con elettrodi di diverso spessore diminuiscono drasticamente.

Porosità e razionalità del progetto del materiale separatore. All'aumentare della porosità del separatore e dell'altezza delle sue nervature, aumenta l'apporto di elettrolita nell'intercapedine tra gli elettrodi e migliorano le condizioni per la sua diffusione.

La densità dell'elettrolita. Influisce sulla capacità della batteria e sulla sua durata. Con un aumento della densità dell'elettrolita, la capacità degli elettrodi positivi aumenta e la capacità di quelli negativi, specialmente a temperature negative, diminuisce a causa dell'accelerazione della passivazione della superficie dell'elettrodo. L'aumento della densità influisce negativamente anche sulla durata della batteria accelerando i processi corrosivi sull'elettrodo positivo. Pertanto, la densità ottimale dell'elettrolito viene impostata in base alla combinazione di requisiti e condizioni in cui viene utilizzata la batteria. Quindi, ad esempio, per le batterie di avviamento che funzionano in un clima temperato, la densità di lavoro consigliata dell'elettrolita è 1,26-1,28 g / cm3 e per le aree con un clima caldo (tropicale), 1,22-1,24 g / cm3.

L'intensità della corrente di scarica con cui la batteria deve essere scaricata continuamente per un determinato tempo (caratterizza la modalità di scarica). Le modalità di scarica sono convenzionalmente divise in lunghe e corte. Nelle modalità a lungo termine, la scarica avviene con basse correnti per diverse ore. Ad esempio, cifre di 5, 10 e 20 ore. Con scariche brevi o di avviamento, l'intensità di corrente è diverse volte la capacità nominale della batteria e la scarica dura diversi minuti o secondi. Con un aumento della corrente di scarica, la velocità di scarica degli strati superficiali della massa attiva aumenta in misura maggiore rispetto a quelli profondi. Di conseguenza, la crescita del solfato di piombo nelle bocche dei pori avviene più velocemente che nelle profondità e il poro si ostruisce con il solfato prima che la sua superficie interna abbia il tempo di reagire. A causa della cessazione della diffusione dell'elettrolita nel poro, la reazione in esso si interrompe. Pertanto, maggiore è la corrente di scarica, minore è la capacità della batteria e, di conseguenza, il fattore di utilizzo della massa attiva.

Per valutare le qualità di avviamento delle batterie, la loro capacità è caratterizzata anche dal numero di scariche intermittenti dell'avviatore (ad esempio, durata 10-15 s con intervalli di 60 s tra loro). La capacità che la batteria rinuncia durante le scariche intermittenti supera la capacità durante la scarica continua con la stessa corrente, specialmente nella modalità di scarica di avviamento.

Attualmente, nella pratica internazionale di valutazione delle caratteristiche capacitive delle batterie di avviamento, viene utilizzato il concetto di capacità di "riserva". Caratterizza il tempo di scarica della batteria (in minuti) ad una corrente di scarica di 25 A, indipendentemente dalla capacità nominale della batteria. A discrezione del costruttore è consentito impostare il valore della capacità nominale per una modalità di scarica di 20 ore in amperora o secondo la capacità di riserva in minuti.

Temperatura dell'elettrolita. Con la sua diminuzione, la capacità di scarica delle batterie diminuisce. La ragione di ciò è un aumento della viscosità dell'elettrolita e della sua resistenza elettrica, che rallenta la velocità di diffusione dell'elettrolita nei pori della massa attiva. Inoltre, con una diminuzione della temperatura, vengono accelerati i processi di passivazione dell'elettrodo negativo.

Il coefficiente di temperatura della capacità a mostra la variazione della capacità in percentuale quando la temperatura cambia di 1 ° C.

Durante le prove, la capacità di scarica ottenuta durante la modalità di scarica a lungo termine viene confrontata con il valore della capacità nominale determinata a una temperatura dell'elettrolita di +25 ° C.

La temperatura dell'elettrolita quando si determina la capacità in una modalità di scarica a lungo termine in conformità con i requisiti degli standard dovrebbe essere compresa tra +18 ° e +27 ° С.

I parametri della scarica di avviamento sono stimati dalla durata della scarica in minuti e dalla tensione all'inizio della scarica. Questi parametri vengono determinati al primo ciclo a +25°C (verificare per batterie cariche a secco) e ai successivi cicli a temperature di -18°C o -30°C.

Il grado di carica. All'aumentare dello stato di carica, a parità di altre condizioni, la capacità aumenta e raggiunge il suo valore massimo quando le batterie sono completamente cariche. Ciò è dovuto al fatto che con una carica incompleta, la quantità di materiali attivi su entrambi gli elettrodi, nonché la densità dell'elettrolita, non raggiungono i loro valori massimi.

Energia e potenza della batteria

L'energia della batteria W è espressa in Wattora ed è determinata dal prodotto della sua capacità di scarica (carica) per la tensione media di scarica (carica).

Poiché la capacità della batteria e la sua tensione di scarica cambiano al variare della temperatura e della modalità di scarica, con una diminuzione della temperatura e un aumento della corrente di scarica, l'energia della batteria diminuisce ancora più significativamente della sua capacità.

Quando si confrontano sorgenti di corrente chimica che differiscono per capacità, design e persino nel sistema elettrochimico, nonché quando determinano le direzioni del loro miglioramento, utilizzano l'indicatore di energia specifico: energia per unità di massa della batteria o del suo volume. Per le moderne batterie di avviamento al piombo esenti da manutenzione, l'energia specifica con una velocità di scarica di 20 ore è di 40-47 Wh / kg.

La quantità di energia sprigionata dalla batteria per unità di tempo è chiamata potenza. Può essere definito come il prodotto del valore della corrente di scarica e della tensione di scarica media.

Autoscarica della batteria

L'autoscarica è chiamata diminuzione della capacità delle batterie con un circuito esterno aperto, cioè con inattività. Questo fenomeno è causato da processi redox che si verificano spontaneamente sia sull'elettrodo negativo che su quello positivo.

L'elettrodo negativo è particolarmente suscettibile all'autoscarica a causa della dissoluzione spontanea del piombo (massa attiva negativa) in una soluzione di acido solforico.

L'autoscarica dell'elettrodo negativo è accompagnata dall'evoluzione del gas idrogeno. La velocità di dissoluzione spontanea del piombo aumenta significativamente con l'aumentare della concentrazione di elettroliti. Un aumento della densità dell'elettrolita da 1,27 a 1,32 g / cm3 porta ad un aumento del 40% della velocità di autoscarica dell'elettrodo negativo.

La presenza di impurità di vari metalli sulla superficie dell'elettrodo negativo ha un effetto (catalitico) molto significativo su un aumento della velocità di autodissoluzione del piombo (dovuta a una diminuzione della sovratensione dell'evoluzione dell'idrogeno). Quasi tutti i metalli presenti sotto forma di impurità nelle materie prime delle batterie, nell'elettrolita e nei separatori, o introdotti sotto forma di additivi speciali, contribuiscono ad aumentare l'autoscarica. Una volta sulla superficie dell'elettrodo negativo, facilitano le condizioni per l'evoluzione dell'idrogeno.

Alcune delle impurità (sali di metalli a valenza variabile) fungono da trasportatori di cariche da un elettrodo all'altro. In questo caso, gli ioni metallici vengono ridotti sull'elettrodo negativo e ossidati su quello positivo (tale meccanismo di autoscarica è attribuito agli ioni di ferro).

L'autoscarica del materiale attivo positivo è causata dalla reazione.

2PbO2 + 2H2SO4 -> PbSCU + 2H2O + О2 T.

La velocità di questa reazione aumenta anche con l'aumentare della concentrazione di elettroliti.

Poiché la reazione procede con l'evoluzione dell'ossigeno, la sua velocità è in gran parte determinata dalla sovratensione dell'ossigeno. Pertanto, gli additivi che riducono il potenziale di sviluppo dell'ossigeno (ad esempio antimonio, cobalto, argento) aumenteranno la velocità della reazione di autodissoluzione del biossido di piombo. La velocità di autoscarica del materiale attivo positivo è parecchie volte inferiore alla velocità di autoscarica del materiale attivo negativo.

Un altro motivo per l'autoscarica dell'elettrodo positivo è la differenza di potenziale tra il materiale del collettore di corrente e la massa attiva di questo elettrodo. Il microelemento galvanico risultante da questa differenza di potenziale converte il piombo del collettore di corrente e il biossido di piombo della massa attiva positiva in solfato di piombo quando scorre la corrente.

L'autoscarica può verificarsi anche quando l'esterno della batteria è sporco o inondato da elettrolita, acqua o altri liquidi, che creano la possibilità di scaricamento attraverso una pellicola elettricamente conduttiva posta tra i poli della batteria o dei suoi ponticelli. Questo tipo di autoscarica non differisce dalla solita scarica con correnti molto piccole con circuito esterno chiuso ed è facilmente eliminabile. Per fare ciò, mantenere pulita la superficie delle batterie.

L'autoscarica delle batterie è fortemente dipendente dalla temperatura dell'elettrolita. L'autoscarica diminuisce al diminuire della temperatura. A temperature inferiori a 0 ° C, le nuove batterie praticamente lo fermano. Pertanto, si consiglia di conservare le batterie cariche a basse temperature (fino a -30 ° C).

Durante il funzionamento, l'autoscarica non rimane costante e aumenta notevolmente verso la fine della vita utile.

Una diminuzione dell'autoscarica è possibile a causa di un aumento della sovratensione dell'evoluzione dell'ossigeno e dell'idrogeno sugli elettrodi della batteria.

Per questo, è necessario, in primo luogo, utilizzare i materiali più puri possibili per la produzione di batterie, ridurre il contenuto quantitativo di elementi di lega nelle leghe per batterie, utilizzare solo

acido solforico puro e acqua distillata (o prossima ad esso in purezza con altri metodi di depurazione) per la preparazione di tutti gli elettroliti, sia durante la produzione che durante il funzionamento. Ad esempio, a causa della diminuzione del contenuto di antimonio nella lega dei rubinetti di corrente dal 5% al 2% e dell'uso di acqua distillata per tutti gli elettroliti tecnologici, l'autoscarica giornaliera media si riduce di 4 volte. La sostituzione dell'antimonio con il calcio può ridurre ulteriormente il tasso di autoscarica.

Anche l'aggiunta di sostanze organiche - inibitori dell'autoscarica - può contribuire alla diminuzione dell'autoscarica.

L'uso di una copertura comune e connessioni nascoste tra elementi riduce significativamente il tasso di autoscarica dalle correnti di dispersione, poiché la probabilità di accoppiamento galvanico tra terminali polari distanti è significativamente ridotta.

A volte l'autoscarica si riferisce alla rapida perdita di capacità dovuta a un cortocircuito all'interno della batteria. Questo fenomeno è spiegato da una scarica diretta attraverso ponti conduttivi formati tra elettrodi opposti.

Applicazione di separatori a busta in batterie esenti da manutenzione

elimina la possibilità di cortocircuiti tra elettrodi opposti durante il funzionamento. Tuttavia, questa probabilità rimane dovuta a possibili malfunzionamenti dell'apparecchiatura quando produzione di massa... Tipicamente, tale difetto viene rilevato nei primi mesi di funzionamento e la batteria deve essere sostituita in garanzia.

Tipicamente, la velocità di autoscarica è espressa come percentuale della perdita di capacità in un determinato periodo di tempo.

L'autoscarica è caratterizzata anche dalle norme vigenti dalla tensione di scarica dell'avviatore a -18°C dopo la prova: inattività per 21 giorni alla temperatura di +40°C.

Batteria(elemento) - è costituito da elettrodi positivi e negativi (piastre di piombo) e separatori che separano queste piastre, installati nel corpo e immersi in un elettrolita (soluzione di acido solforico). L'accumulo di energia nella batteria avviene nel corso della reazione chimica di ossidazione - riduzione degli elettrodi.

Batteria dell'accumulatoreè costituito da 2 o più sezioni collegate in serie e/o in parallelo (batterie, celle) per fornire la tensione e la corrente richieste.È in grado di accumulare, immagazzinare ed emettere elettricità, garantendo l'avviamento del motore, oltre ad alimentare gli apparecchi elettrici quando il motore non è in funzione.

Batteria al piombo- accumulatore, in cui gli elettrodi sono costituiti principalmente da piombo e l'elettrolita è una soluzione di acido solforico.

Massa attiva- È una parte costitutiva degli elettrodi, che subisce alterazioni chimiche al passaggio di una corrente elettrica durante la carica-scarica.

Elettrodo- un materiale conduttivo in grado di produrre una corrente elettrica quando reagisce con un elettrolita.

Elettrodo positivo (anodo) - elettrodo (piastra), la cui massa attiva in una batteria carica è costituita da biossido di piombo (PbO2).

Elettrodo negativo (catodo) - un elettrodo la cui massa attiva in una batteria carica è costituita da piombo spugnoso.

Griglia dell'elettrodo serve a trattenere la massa attiva, nonché a fornire e scaricare corrente ad essa.

separatore - materiale utilizzato per isolare gli elettrodi l'uno dall'altro.

Pole conduce servono per fornire la corrente di carica e per riportarla sotto la tensione totale della batteria.

Guida -(Pb) è un elemento chimico del quarto gruppo del sistema periodico di DI Mendeleev, numero di serie 82, peso atomico 207,21, valenza 2 e 4. Il piombo è un metallo grigio-bluastro, il suo peso specifico, in forma solida, è 11,3 g/cm 3 diminuisce durante la fusione in funzione della temperatura. Il più duttile tra i metalli, rotola bene fino alla lamiera più sottile ed è facilmente forgiabile. Il piombo è facilmente lavorabile e appartiene ai metalli a basso punto di fusione.

Ossido di piombo (IV)(biossido di piombo) PbO 2 è una polvere pesante di colore marrone scuro con un sottile odore caratteristico di ozono.

Antimonioè un metallo di colore bianco-argenteo con una forte lucentezza, struttura cristallina. A differenza del piombo, è un metallo duro, ma molto fragile e facilmente frantumabile. L'antimonio è molto più leggero del piombo, il suo peso specifico è di 6,7 g / cm 3. L'acqua e gli acidi deboli non hanno effetto sull'antimonio. Si dissolve lentamente in acidi cloridrico e solforico forti.

Tappi cellulari coprire le aperture delle celle nel coperchio della batteria.

Tappo di ventilazione centrale serve per chiudere l'uscita del gas nel coperchio della batteria.

Monobloccoè una custodia per batterie in polipropilene, divisa da partizioni in celle separate.

Acqua distillata rabboccato per sostituire le perdite della batteria dovute alla decomposizione o all'evaporazione dell'acqua. Utilizzare solo acqua distillata per rabboccare le batterie!

elettrolitaè una soluzione di acido solforico in acqua distillata, che riempie i volumi liberi delle celle e penetra nei pori della massa attiva degli elettrodi e dei separatori.

È in grado di condurre una corrente elettrica tra elettrodi immersi in essa. (Per la Russia centrale con una densità di 1,27-1,28 g / cm3 a t = + 20 ° С).

Elettrolita sedentario: Per ridurre il rischio di fuoriuscita di elettrolita dalla batteria, vengono utilizzati agenti per ridurne la fluidità. All'elettrolita possono essere aggiunte sostanze che lo rendono gelificante. Un altro modo per ridurre la mobilità dell'elettrolita consiste nell'utilizzare tappetini di vetro come separatori.

Aprire la batteria - un accumulatore con un tappo con un foro attraverso il quale viene aggiunta acqua distillata e vengono rimossi i prodotti gassosi. L'apertura può essere dotata di un sistema di ventilazione.
Batteria sigillata- un accumulatore normalmente chiuso, ma dotato di un dispositivo che consente la fuoriuscita del gas quando la pressione interna supera un valore impostato. Di solito, è impossibile riempire ulteriormente l'elettrolita in una tale batteria.
Batteria a secco- un accumulatore immagazzinato senza elettrolita, le cui piastre (elettrodi) sono in uno stato di carica secca.

Piastra tubolare (guscio)- una piastra positiva (elettrodo), che consiste in un insieme di tubi porosi riempiti di massa attiva.

Valvola di sicurezza- parte del tappo di sfiato, che consente la fuoriuscita del gas in caso di eccessiva pressione interna, ma non consente l'ingresso di aria nell'accumulatore.

Amperora (Ah)è una misura dell'energia elettrica pari al prodotto dell'intensità di corrente in ampere e del tempo in ore (capacità).

Voltaggio batteria- la differenza di potenziale tra i terminali della batteria durante la scarica.
Capacità della batteria- la quantità di energia elettrica sprigionata da una batteria completamente carica quando viene scaricata prima di raggiungere la tensione finale.

Resistenza interna- resistenza alla corrente attraverso l'elemento, misurata in ohm. Consiste nella resistenza dell'elettrolita, dei separatori e delle piastre. Il componente principale è la resistenza dell'elettrolita, che cambia con la temperatura e la concentrazione di acido solforico.

Densità dell'elettrolita - e quindi la caratteristica di un corpo fisico, pari al rapporto tra la sua massa e il volume occupato. Si misura, ad esempio, in kg/lo g/cm3.

Durata della batteria- periodo lavoro utile batterie in condizioni specificate.
degassamento- gas durante l'elettrolisi dell'elettrolita.

Autoscarica- perdita spontanea di capacità della batteria a riposo. La velocità di autoscarica dipende dal materiale delle piastre, dalle impurità chimiche nell'elettrolita, dalla sua densità, dalla purezza della batteria e dalla durata del suo funzionamento.

EMF della batteria(forza elettromotrice) è la tensione ai capi dei poli di un accumulatore completamente carico quando il circuito è aperto, cioè quando non ci sono correnti di carica o scarica.

Ciclo- una sequenza di carica e scarica della cella.

La formazione di gas sugli elettrodi di una batteria al piombo. È particolarmente abbondante nella fase finale della ricarica di una batteria al piombo.

Batterie al gel sono sigillati batterie al piombo(non sigillato, poiché all'apertura delle valvole si verifica un leggero rilascio di gas), chiuso, completamente esente da manutenzione (non ricaricato) con un elettrolita acido simil-gel (tecnologie Dryfit e Gelled Electrolite-Gel).

Tecnologia AGM(Absorbed Glass Mat) - cuscinetti assorbenti in fibra di vetro.

Ritorno di energia- il rapporto tra la quantità di energia ceduta quando la batteria è scarica e la quantità di energia necessaria per caricarsi allo stato originale in determinate condizioni. L'efficienza energetica per le batterie acide in condizioni operative normali è del 65% e per le batterie alcaline 55 - 60%.
Energia specifica- l'energia sprigionata dalla batteria durante la scarica per unità del suo volume V o massa m, cioè W = W / V o W = W / m. L'energia specifica delle batterie ad acido è 7-25, nichel-cadmio 11-27, nichel-ferro 20-36, argento-zinco 120-130 W * h / kg.

Cortocircuito nelle batterie si verifica quando si collegano elettricamente piastre di polarità diversa.

Le batterie sono riempite con acido solforico e, durante il normale ciclo di carica-scarica, rilasciano gas esplosivi (idrogeno e ossigeno). Per evitare lesioni personali o danni al veicolo, seguire queste linee guida di sicurezza:

Prima di intervenire su qualsiasi componente elettrico del veicolo, scollegare il cavo di alimentazione dal polo negativo della batteria. Con il cavo di alimentazione negativo scollegato, tutti i circuiti elettrici del veicolo saranno aperti per garantire che qualsiasi componente elettrico non venga accidentalmente cortocircuitato a terra. Una scintilla elettrica crea potenziali lesioni e pericolo di incendio.
Qualsiasi lavoro che coinvolga la batteria deve essere eseguito con occhiali protettivi.
Indossare indumenti protettivi per proteggersi dal contatto della pelle con l'acido solforico nella batteria.
Non violare le linee guida di sicurezza delineate nelle procedure di manutenzione quando si maneggiano le apparecchiature utilizzate per la manutenzione e il test della batteria.
È severamente vietato fumare o utilizzare fiamme libere nelle immediate vicinanze della batteria.

Manutenzione ordinaria della batteria

La manutenzione ordinaria della batteria consiste nel controllare lo stato di pulizia del vano batteria e, se necessario, aggiungervi acqua pulita. Tutti i produttori di batterie raccomandano l'uso di acqua distillata per questo scopo, ma se non disponibile, è possibile utilizzare acqua potabile pulita a basso contenuto di sale. Poiché l'acqua è l'unico componente consumabile della batteria, non aggiungere acido alla batteria. Parte dell'acqua dell'elettrolita fuoriesce durante la carica e la scarica della batteria, ma l'acido contenuto nell'elettrolita rimane nella batteria. Non riempire eccessivamente la batteria con l'elettrolita, perché in questo caso, il normale gorgogliamento (gassamento) che si verifica nell'elettrolita durante il funzionamento della batteria porterà a perdite di elettrolita, causando la corrosione dei terminali della batteria, delle sue staffe di montaggio e del piatto. Le batterie devono essere riempite di elettrolita a circa un pollice e mezzo (3,8 cm) sotto la parte superiore del bocchettone di riempimento.

I terminali dei cavi di alimentazione collegati alla batteria ed i terminali della batteria stessa devono essere ispezionati e puliti per evitare cadute di tensione ai loro capi. Uno dei motivi comuni per cui il motore non si avvia sono i pin del cavo di alimentazione allentati o corrosi collegati ai terminali della batteria.

Riso. Terminale della batteria gravemente corroso

Riso. Questo cavo di alimentazione, collegato alla batteria, è risultato altamente corroso sotto l'isolamento. Sebbene la corrosione abbia corroso l'isolamento fino in fondo, è passata inosservata fino a quando il cavo non è stato accuratamente ispezionato. Questo cavo deve essere sostituito

Riso. Controllare attentamente tutti i terminali della batteria per segni di corrosione. In questa macchina, due cavi di alimentazione sono collegati al terminale positivo della batteria con un lungo bullone. Questa è una causa comune di corrosione che causa il mancato avviamento del motore elettrico.

Misurazione EMF della batteria

Forza elettromotiva(EMF) è la differenza di potenziale tra gli elettrodi positivo e negativo della batteria quando il circuito esterno è aperto.

Il valore EMF dipende principalmente dai potenziali dell'elettrodo, ad es. sulle proprietà fisiche e chimiche delle sostanze di cui sono fatti le piastre e l'elettrolita, ma non dipende dalle dimensioni delle piastre della batteria. L'EMF di una batteria ad acido dipende anche dalla densità dell'elettrolita.

Misura della forza elettromotrice(EMF) di una batteria utilizzando un voltmetro è un modo semplice per determinarne lo stato di carica. L'EMF della batteria non è un indicatore che garantisce le prestazioni della batteria, ma questo parametro caratterizza in modo più completo le condizioni della batteria rispetto alla semplice ispezione. Una batteria ricaricabile aspetto abbastanza efficiente, in effetti potrebbe non essere così buono come sembra.

Questo test è chiamato misurazione della tensione in mossa inattiva(verificando l'EMF) della batteria in quanto la misura viene effettuata ai capi della batteria senza carico ad essa collegato, a corrente di consumo zero.

Se il controllo viene effettuato subito dopo la fine della carica della batteria o in macchina alla fine del viaggio, prima della misurazione, è necessario svincolare la batteria dalla polarizzazione EMF. L'EMF della polarizzazione è un aumento, rispetto alla normale, tensione, che si verifica solo sulla superficie delle piastre della batteria. L'EMF di polarizzazione scompare rapidamente quando la batteria funziona sotto carico, quindi non fornisce una stima accurata dello stato di carica della batteria.
Per liberare la batteria dalla polarizzazione EMF, accendere i fari in modalità abbagliante per un minuto, quindi spegnili e attendi un paio di minuti.
A motore spento e tutte le altre apparecchiature elettriche, con le porte chiuse (in modo che le luci interne siano spente), collegare un voltmetro ai terminali della batteria. Collegare il filo rosso, positivo, del voltmetro al terminale positivo della batteria e il filo nero, negativo, al suo terminale negativo.
Registrare la lettura del voltmetro e confrontarla con la tabella dello stato di carica della batteria. La tabella seguente è adatta per valutare lo stato di carica di una batteria in base all'entità dell'EMF a temperatura ambiente - da 70 ° F a 80 ° F (da 21 ° C a 27 ° C).

tavolo

EMF dell'accumulatore (V)	Stato di carica
12,6 V e oltre	100% addebitato
12,4	75% di carica
12,2	50% addebitato
12	Addebitato del 25%
11.9 e inferiori	Dimesso

Riso. Il voltmetro mostra la tensione della batteria un minuto dopo l'accensione dei fari (a). Dopo aver spento i fari, la tensione misurata sulla batteria è tornata rapidamente a 12,6 V (b)

NOTA

Se il voltmetro fornisce una lettura negativa, la batteria viene caricata con polarità inversa (e quindi deve essere sostituita) oppure il voltmetro è collegato alla batteria con polarità inversa.

Misurazione della tensione della batteria sotto carico

Uno dei modi più accurati per determinare lo stato di salute di una batteria è misurare la tensione della batteria sotto carico. La maggior parte dei tester per l'avviamento e la ricarica della batteria dell'auto utilizza un reostato in carbonio come carica della batteria. I parametri di carico sono determinati dalla capacità nominale della batteria testata. La capacità nominale di un accumulatore è caratterizzata dalla corrente di spunto che l'accumulatore può fornire a 0 ° F (-18 ° C) per 30 secondi. In precedenza, veniva utilizzata la caratteristica della capacità nominale delle batterie in amperora. La misura della tensione di batteria sotto carico viene effettuata ad un valore della corrente di scarica pari alla metà della corrente nominale CCA dell'accumulatore o tre volte la capacità nominale dell'accumulatore in amperora, ma non inferiore a 250 ampere . La misurazione della tensione della batteria sotto carico viene eseguita dopo aver verificato il grado della sua carica mediante l'idrometro integrato o misurando l'EMF della batteria. La batteria deve essere caricata almeno al 75%. Un carico corrispondente è collegato alla batteria e dopo 15 secondi di funzionamento a batteria sotto carico, le letture del voltmetro vengono registrate con il carico collegato. Se la batteria è buona, la lettura del voltmetro dovrebbe rimanere al di sopra di 9,6 V. Molti produttori di batterie consigliano di misurare due volte:

i primi 15 secondi di funzionamento a batteria sotto carico vengono utilizzati per rilasciare la polarizzazione EMF
i secondi 15 secondi - per ottenere una valutazione più affidabile delle condizioni della batteria

Tra il primo e il secondo ciclo di caricamento dovrebbe essere impiegato un ritardo di 30 secondi per dare alla batteria un tempo di recupero.

Riso. Il tester di avviamento e ricarica della batteria automobilistica Bear Automotive trasforma automaticamente la batteria in prova in modalità di carico per 15 secondi per rimuovere l'EMF di polarizzazione, quindi scollega il carico per 30 secondi per ripristinare la batteria e ricollega il carico per 15 secondi. Il tester visualizza informazioni sulle condizioni della batteria

Riso. Tester Sun Electric VAT 40 (voltammetro, modello 40) collegato a batteria per test di carico. L'operatore, tramite il regolatore di corrente di carico, imposta il valore della corrente di scarica in base alla lettura dell'amperometro, pari alla metà della corrente nominale della batteria CCA. La batteria funziona sotto carico per 15 secondi e al termine di questo intervallo di tempo la tensione di batteria misurata con il carico collegato deve essere di almeno 9,6 V

NOTA

Alcuni tester misurano la capacità della batteria per determinare lo stato di carica e la salute della batteria. Seguire la procedura di prova specificata dal produttore dell'apparecchiatura di prova.

Se la batteria non supera il test di carico, ricaricare e ripetere il test. Se il secondo test fallisce, la batteria deve essere sostituita.

Caricare la batteria

Se la batteria è molto scarica, deve essere ricaricata. La ricarica della batteria, al fine di evitare danni dovuti al surriscaldamento, è preferibile in modalità di ricarica standard. Per una spiegazione della modalità di ricarica della batteria standard, vedere la figura.

Riso. Questo caricabatterie è regolato per caricare la batteria con una corrente di carica nominale di 10 A. deformazione delle piastre della batteria

Tenere presente che la ricarica di una batteria completamente scarica può richiedere otto ore o più. Inizialmente, è necessario mantenere la corrente di carica a circa 35 A per 30 minuti, al fine di facilitare l'inizio del processo di carica della batteria. Nella modalità di ricarica accelerata, la batteria si surriscalda e aumenta il rischio di deformare le piastre della batteria. Nella modalità di ricarica rapida, si verifica anche un aumento della formazione di gas (evoluzione di idrogeno e ossigeno), che rappresenta un rischio per la salute e un rischio di incendio. La temperatura della batteria non deve superare i 125 ° F (52 ° C, batteria calda al tatto). Si consiglia, di norma, di caricare gli accumulatori con una corrente di carica pari all'1% del valore nominale della corrente CCA.

Modalità di carica boost - 15A max
Modalità di ricarica standard - massimo 5A

Può capitare a chiunque!

Proprietario auto Toyota staccato la batteria. Dopo aver collegato una nuova batteria, il proprietario ha notato che il Pannello si è accesa la spia gialla dell'airbag e la radio è stata bloccata. Il proprietario ha acquistato un'auto usata da un concessionario e non conosceva il codice segreto a quattro cifre necessario per sbloccare la radio. Costretto a cercare una soluzione a questo problema, ha provato a caso tre diversi numeri a quattro cifre nella speranza che uno di loro funzionasse. Tuttavia, dopo tre tentativi falliti, la radio si è spenta completamente.

Il proprietario frustrato ha contattato il rivenditore. È costato più di trecento dollari per risolvere il problema. Per ripristinare l'allarme airbag, era necessario un dispositivo speciale. La radio doveva essere rimossa dall'auto e inviata in un altro stato, a un centro di assistenza autorizzato, e reinstallata nell'auto al momento della restituzione.

Pertanto, prima di scollegare la batteria, assicurati di coordinarlo con il proprietario dell'auto: devi assicurarti che il proprietario conosca il codice segreto per accendere la radio codificata, che viene utilizzata contemporaneamente nel sistema di sicurezza dell'auto. Potrebbe essere necessario utilizzare il dispositivo di backup della memoria della radio con la batteria scollegata.

Riso. Ecco una buona idea. Il tecnico ha realizzato una fonte di alimentazione di backup per la memoria da una vecchia torcia ricaricabile e un cavo con un adattatore alla presa dell'accendisigari. Ha semplicemente collegato i fili ai terminali della batteria della torcia ricaricabile che aveva. La batteria della torcia è più comoda da usare rispetto a una normale batteria da 9 volt, nel caso in cui a qualcuno venga l'idea di aprire la portiera dell'auto mentre l'alimentatore di backup della memoria è incluso nel circuito. Una batteria da 9 volt di piccola capacità in questo caso si scaricherebbe rapidamente, mentre la capacità della batteria della torcia è abbastanza grande da fornire la potenza necessaria alla memoria anche quando l'illuminazione interna è accesa.

Forza elettromotiva

La forza elettromotrice (EMF) della batteria E è la differenza tra i suoi potenziali di elettrodo, misurata con un circuito esterno aperto.

EMF di una batteria composta da n batterie collegate in serie.

È necessario distinguere tra l'EMF di equilibrio della batteria e l'EMF di non equilibrio della batteria durante il tempo dall'apertura del circuito all'instaurazione di uno stato di equilibrio (il periodo del processo transitorio). L'EMF viene misurato con un voltmetro ad alta resistenza (resistenza interna di almeno 300 Ohm / V). Per fare ciò, un voltmetro è collegato ai terminali della batteria o della batteria. In questo caso, nessuna corrente di carica o scarica dovrebbe fluire attraverso l'accumulatore (batteria).

La variazione dell'EMF della batteria dalla temperatura è molto piccola e può essere trascurata durante il funzionamento.

Tensione di carica e scarica

Quando si carica la batteria, la tensione ai suoi terminali deve essere maggiore della sua EMF per la quantità di perdite interne. All'inizio della carica si verifica un salto di tensione per la quantità di perdite ohmiche all'interno della batteria, e quindi un forte aumento di tensione dovuto al potenziale di polarizzazione, causato principalmente da un rapido aumento della densità dell'elettrolita nei pori di la massa attiva Inoltre, si verifica un lento aumento della tensione, principalmente a causa di un aumento dell'EMF della batteria dovuto ad un aumento della densità dell'elettrolita.

Quando la batteria è scarica, la tensione ai suoi terminali è inferiore all'EMF del valore della caduta di tensione interna.

La tensione della batteria durante la sua scarica è determinata principalmente dalla temperatura dell'elettrolita e dall'intensità della corrente di scarica. Come accennato in precedenza, la resistenza di una batteria al piombo (batteria) è trascurabile e in stato di carica è solo di pochi milliohm. Tuttavia, a correnti di scarica di avviamento, la cui intensità è 4-7 volte superiore al valore della capacità nominale, la caduta di tensione interna ha un effetto significativo sulla tensione di scarica. Un aumento delle perdite ohmiche al diminuire della temperatura è associato ad un aumento della resistenza dell'elettrolita. Inoltre, la viscosità dell'elettrolita aumenta bruscamente, il che rende difficile diffonderlo nei pori della massa attiva e aumenta la polarizzazione della concentrazione (cioè aumenta la perdita di tensione all'interno della batteria a causa di una diminuzione della concentrazione del elettrolita nei pori degli elettrodi). Con una corrente superiore a 60 A, la dipendenza della tensione di scarica dall'intensità della corrente è praticamente lineare a tutte le temperature.

Il valore medio della tensione della batteria durante la carica e la scarica è determinato come media aritmetica dei valori di tensione misurati a intervalli regolari.

Manutenzione ordinaria della batteria

Misurazione EMF della batteria

Misurazione della tensione della batteria sotto carico

Caricare la batteria

Forza elettromotiva

Tensione di carica e scarica

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