Кислотные и щелочные аккумуляторные батареи. Неисправности аккумуляторных батарей, страница 2

Как отмечалось выше, пластины положительных и отрицательных электродов состоят из коробочек с множеством мелких отверстий, наполненных активной массой. Под действием электрической энергии, приложенной от постороннего источника анионы (ОН)- через отверстия вытекают из отрицательного электрода и соединяются с положительным зарядом К+, образуя щёлочь КОН, такие же анионы (ОН)- выделенные из щёлочи через отверстия положительных пластин входят внутрь коробочки положительного электрода, превращая гидрат закиси никеля в гидрат окиси. Дуги окружности отверстий внутри электродов показывают зоны проникновения анионов (ОН)- внутрь коробочки. С увеличением радиуса дуги увеличивается внутреннее сопротивление движению анионов. Если не увеличивать зарядное напряжение, сопротивление аккумулятора увеличивается. Снижается активность анионов, зарядный ток падает. Активная масса электродов, не вступившая в реакцию, остаётся без изменений. Такой аккумулятор очень быстро разряжается, никогда не приобретает необходимую ёмкость, в составе аккумуляторной батареи он будет выделять большое количество водорода и кислорода (гремучий газ), так как всегда будет разряжаться до 0 V. и заряжаться очень интенсивно.

Для того чтобы вся активная масса электродов вступила в химическую реакцию и была готова к эксплуатации необходимо провести формовку аккумулятора, током 50А (здесь надо обратить внимание на то, что величина приложенного к аккумулятору напряжения ни водной инструкции не оговаривается). Значит при снижение зарядного тока (увеличением внутреннего сопротивления), аккумуляторщик обязан поднять зарядное напряжение (активизировать ионы). Первый цикл в течение 10 часов уже даёт аккумулятору двойную ёмкость (для батареи КМ 300 зарядный ток 75А. в течение 10 часов). После первого цикла заряда идёт разряд током 50А. до напряжения на одном аккумуляторе 1V. без учёта времени и отданной ёмкости. Схематично это будет выглядеть так: Практически вся активная масса электродов готова к работе, а дуги вокруг отверстий электродов – это зоны из которых ушли анионы при разряде (на положительном) и зоны, в которые вернулись анионы (на отрицательном). Сердцевины обоих электродов и создают ту разность потенциалов в 1V. Второй цикл формовки является продолжением первого. Опять током в 50А. аккумулятор заряжается 10 часов (двойная ёмкость) и после этого разряжается током 50А. с измерением времени разряда до 1V. на аккумулятор. Время разряда должно быть не ниже 4 – х часов 45 – ти минут. То есть аккумулятор должен отдать 237,5А*часов своей ёмкости и при этом должен разрядиться до 1V. После второго цикла формовки, если аккумуляторы выдержали контрольные измерения, аккумуляторы собираются в батарею и уже заряжаются током 50А., при напряжение не менее (2хn), где n – количество аккумуляторов в батарее, не менее 8 – часов, после чего допускаются к эксплуатации. В процессе формовки идёт интенсивное выделение газов, (ток поддерживается на уровне 50А.), идёт выделение тепла (необходимо следить за температурой аккумуляторов). Помещение должно хорошо вентилироваться. Каждый аккумулятор в процессе формовки требует не менее 3 – х кВт*часов электроэнергии (2V*50А*10час.*3). Значит на батарею из 40 – ка аккумуляторов необходимо затратить не менее 120кВт*часов, из 90 – 270кВт*часов. Как было сказано выше, недозаряженный аккумулятор быстро разряжается и плохо заряжается в составе батарею. Рассмотрим это на примере. Возьмём три аккумулятора, два из которых прошли формовку, а третий её не прошёл, соединим их последовательно и дадим напряжение заряда 4,8V (по 1,6V на один аккумулятор).

По закону Ома при последовательном соединении ток, заряда на каждом аккумуляторе одинаковый, напряжение на каждом аккумуляторе во время заряда зависит от внутреннего сопротивления. Мы уже доказали, что у аккумуляторов, прошедших процесс формовки сопротивление при заряде выше, значит и напряжение на них будет выше. В нашем примере, если на первых двух аккумуляторах напряжение будет по 1,7V. тогда для третьего остаётся всего 1,4V. Причём первые два аккумулятора будут резко увеличивать внутреннее сопротивление, уменьшая зарядный ток. При зарядке от источника с постоянным напряжением изменяется сила тока в зависимости от внутреннего сопротивления аккумуляторов. Поэтому мы приводим примеры, как изменяется сопротивление в процессе заряда.

Пусть первоначальный ток был 50А. тогда сопротивление первых двух аккумуляторов равно 1,7V/50А=0,034Ом; R1=R2=0,034Ом; R3=1,4V/50А=0,028Ом.

Через некоторое время сила тока упала до 30А, а напряжение на первый и второй аккумуляторы осталось 1,7V, а на третьем осталось 1,4V. тогда R1=R2=1,7/30=0,0567Ом; R3=1,4/30=0,0467Ом

Через некоторое время сила тока упала до 10А. 1,7V/10A=0,17Ом; 1,4V/10А=1,4Ом

Измерение напряжений в процессе заряда необходимо производить высокоомным вольтметром.

Как  видим  мы  из  проведенного  примера,  наиболее  разряженный  аккумулятор  получает  и  меньшее  напряжение  при  заряде.  Если  мы  отключим  зарядное  напряжение  каждого  аккумулятора,  то  все  покажут  номинальное  напряжение  1,2 – 1,25В.  Теперь  посмотрим,  как  поведут  себя  эти  три  аккумулятора  при  подключении  к  ним  нагрузки.

В  предыдущем  примере  мы  зарядили  аккумуляторы  до  1,2 В  каждый.  Значит  общее  напряжение  равно  3,6 В.  Нагрузим  эту  батарею  сопротивлением  1,0  ом. Первоначально  сила  тока,  проходит  через  сопротивление  будет  около  3,5 А  (учитывая  внутреннее  сопротивление  аккумуляторов).

Для  формованных  аккумуляторов  эта  сила  тока  незначительна  и  во  время  опыта  напряжение  на  них  не  изменится.  На  аккумуляторе  № 3  через  некоторое  время  напряжение  начнет  падать  и  достигнет  такой  величины,  когда  энергией  аккумулятора  хватает  только  для  преодоления  внутреннего  сопротивления.  При  проверке  напряжения  в  данный  момент  времени  на  данном  аккумуляторе  то  оно  будет  равно  0.  То  есть  аккумулятор  не  отдает  и  не  потребляет  энергию.  В  дальнейшем  по  мере  разряда  данный  аккумулятор  становиться  потребителем  энергии  и  напряжение  на  нем  будет  уже  с  обратным  знаком.  В  это  время  аккумулятор  начинает  заряжаться  в  обратную  сторону,  происходит  как  называемая  переполюсовка.  Внутреннее  сопротивление  такого  аккумулятора  резко  возрастает,  и  при  дальшейших  замерах  напряжений  мы  увидим,  что  оно  упало  ниже  2,4В  нагрузочном  сопротивлении,  но  поднялось  со  знаком  (-)  на  3-м  аккумуляторе.  Такие  аккумуляторы  должны  изыматься  из  батареи,  заменяться.  Для  них  надо  производить  цикл  формовки  вновь.