Исследование аккумуляторной батареи (стр. 1 из 2)

Лабораторная работа №1

«Исследование аккумуляторной батареи»

1 – корпус; 2 – крышка; 3 – положительный вывод; 4 – межэлементное соединение;

5 – отрицательный вывод ; 6 – пробка; 7 – индикатор для проверки уровня электролита;

8 – сепаратор; 9 – положительная пластина; 10 – отрицательная пластина.

Корпус батареи имеет шесть секций, в которых размещены шесть последовательно соединенных элементов, напряжением по 2 В. Каждый элемент состоит из положительных и отрицательных пластин, разделенных тонкими и пористыми пластмассовыми пластинами (сепараторами). Малая толщина и большая пористость сепараторов обеспечивает низкое внутренне сопротивление батареи и, тем самым, позволяют получить низкое внутреннее сопротивление батареи и, тем самым, позволяют получить большую силу разрядного тока при низких температурах. В элементы залит электролит, которым служит раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Электролит заливается до уровня, на 10-15 мм выше верхнего края сепараторов, или предохранительного щитка. Пластины элементов представляют собой решетки, отлитые из сплава свинца и сурьмы. Ячейки решеток заполнены пористой активной массой. У заряженной батареи активная масса положительных пластин состоит из перекиси свинца (коричневого цвета), а отрицательных – из губчатого свинца (серого цвета). При разряде батареи активная масса положительных и отрицательных пластин превращается в мелкокристаллический сернокислый свинец (белого цвета).

Техническая характеристика аккумуляторной батареи 6СТ55А

Тип батареи 6СТ55А

Номинальное напряжение, В 12

Номинальная емкость при 20-часовом режиме разряда,

и температуре электролита 25°С в начале разряда, А´ч 55

Разрядная сила тока при 20-часовом режиме разряда, А 2,75

Разрядная сила тока при стартерном режиме и температуре

электролита -18° С, А 255

Напряжение после 30с разряда при стартерном режиме, В ³8,4

Время разряда при стартерном режиме до напряжения 6 В, мин ³3

Сила тока разряда, А 5,5

Объем заливаемого электролита, л 3,8

Габаритные размеры, мм:

Длина 260±1

Ширина 172±1

Высота 223±1

Масса, кг:

с электролитом 21

без электролита 17

Маркировка: 6 СТ 55

Стартерная автомобильная батарея, с шестью последовательно соединенными аккумуляторами, двенадцативольтовая, номинальной емкостью 55 А´ч.

Первая цифра указывает число аккумуляторов в батарее; буквы СТ – тип батареи (стартерная), следующие за этими буквами число – номинальную емкость батареи (55 А´ч)

Последующие буквы – материал моноблока, сепараторов. После всех указанных цифр и букв наносится номер ГОСТа, по которому изготовлена батарея.

Физические процессы, происходящие в аккумуляторе.

Связаны со
свойством электролитического растворения металлов, которое заклю-
чается, в переходе положительно заряженных ионов металла в раствор.
Причем легкоокисляющиеся металлы (свинец) обладают этим свойст-
вом в большей степени, чем трудноокисляющиеся. При погружении
электрода, на котором образовался свинец, в раствор электролита от
свинца начнут отщепляться положительно заряженные ионы свинца и
переходить в раствор, при этом электрод будет заряжаться о-
трицательно. По мере протекания процесса возрастает разность потенци-
алов раствора и электрода, следовательно, возрастает и осмотическое
давление положительных ионов раствора. Вследствие этого переход ио-
нов свинца в раствор не может продолжаться долго и при какой-то
определенной разности потенциалов электрода и раствора наступит
равновесие между силой электролитической упругости растворения
свинца, с одной стороны, и силами электростатического поля и осмоти-
ческого давления с другой. В результате, растворение свинца пре-
кратится.

При погружении положительного электрода в раствор серной кисло-
ты происходит то же явление, но результат получается иной: двуокись
свинца положительного электрода, в ограниченном количестве перехо-
дит в раствор, где при соединении с водой ионизируется на четырех-
валентные ионы свинца. и одновалентные ионы гидрокисла ОН —.
Четырехвалентные ионы свинца, осаждаясь на электроде, создают по-
ложительный потенциал относительно раствора.

При указанных концентрациях серная кислота диссоциирует в воде практически только на ионы H+ и HSO4- . Поэтому реакции на электродах описывается следующими

следующими уравнениями:

Общая токообразующая реакция в аккумуляторе:

Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная кислота, образуется вода, а на обоих электродах – сульфат свинца. При заряде процессы протекают в обратном направлении.

Приготовление электролита

Электролит изготовляют из смеси аккумуляторной серной кислоты с дистиллированной водой. Электролит готовят в фаянсовой, керамической, или эбонитовой посуде. В стеклянной посуде электролит готовить нельзя, так как стекло может лопнуть от высоких температур. Кислоту тонкой струей вливают в воду, непрерывно помешивая раствор стеклянной, или эбонитовой палочкой. Воду в кислоту вливать нельзя, для предотвращения разбрызгивания.

Плотность электролита контролируется ареометром, и при изменении окружающей температуры меняется, поэтому, в зависимости от температуры электролита, при измерении следует учитывать поправки:

Температура электролита, °С	Поправка, г/см3
от –40 до –26от –25 до –11от –10 до +4от +5 до +19от +20 до +30 от +31 до +45	-0,04-0,03-0,02-0,010,00+0,01

В зависимости от климатической зоны, в аккумуляторную батарею заливается электролит плотностью:

Климатический район °С	Время года	Полностью заряженная батарея	Батарея разряжена
			на 25 %	на 50 %
Очень холодный (от –50 до -30)	Зима	1,30	1,26	1,22
	Лето	1,28	1,24	1,20
Холодный (от –30 до -15)	Круглый год	1,28	1,24	1,20
Умеренный (от –15 до -8)	Круглый год	1,28	1,24	1,20
Теплый влажный (от 0 до +4)	Круглый год	1,23	1,19	1,15
Жаркий сухой (-15 до +4)	Круглый год	1,23	1,19	1,15

Проверка степени разряженности аккумуляторной батареи

Проверка должна производиться измерением плотности электролита, а так же замером напряжения на выводных клеммах аккумуляторной батарей. У полностью заряженной батареи, напряжение должно быть не ниже 12 В, и плотность соответствовать норме.

Таблица определения степени разряженности аккумуляторной батареи по плотности электролита.

Состояния аккумуляторной батареи	Плотность электролита, приведенная к +15°С (288°К), и температура его замерзания
Полностью заряженаТемпература замерзания эл-та:°С°К	1,31-77196	1,29-74199	1,28-68205	1,27-58215	1,25-50223	1,24-42231
Разряжена на 25 % (зимой)Температура замерзания эл-та:°С°К	1,27-58215	1,25-50223	1,24-42231	1,23-40233	1,21-28245	1,20-25248
Разряжена на 50 % (летом)Температура замерзания эл-та:°С°К	1,23-40233	1,21-28245	1,20-25248	1,19-22251	1,17-18253	1,16-16257

Работоспособность аккумуляторной батареи определят проверкой ее под нагрузкой. Кислотные аккумуляторные батареи имеют свойство снижать напряжение под большой нагрузкой. Чем более разряжена батарея, тем интенсивнее падает в ней напряжение при нагрузке. Для проверки для проверки степени разряженности аккумуляторной батареи, под нагрузкой, используют специальные приборы. Проверка осуществляется так: переключателем нагрузки включают нагрузочное сопротивление, соответствующее емкости проверяемой батареи. После выдерживания под нагрузкой около 5 секунд, фиксируют показания вольтметра. По показаниям определяют степень разряженности аккумуляторной батареи.

Основные параметры аккумуляторных батарей:

Основным параметром, характеризующим аккумуляторную батарею, является ее электродвижущая сила Е. ЭДС батареи состоящей из последовательно соединенных аккумуляторов, определяется сложением ЭДС каждого аккумулятора. ЭДС свинцового аккумулятора зависит только от химических и физических свойств веществ, участвующих в электродных процессах, и совершенно не зависит от размеров электрода и количества активных материалов. ЭДС одного аккумулятора определяется как разность равновесных потенциалов положительного и отрицательного электродов:

Потенциалом электрода j называется разность потенциалов между данным электродом и условным электродом сравнения.

Активность электролита зависит от его концентрации, то есть от плотности. Поскольку электролит принимая участие в электрохимических реакциях изменяет свою плотность, изменяются потенциалы электродов j и соответственно ЭДС аккумулятора.

График зависимости ЭДС и потенциалов электродов от плотности электролита:

Для практических целей, ЭДС может быть определена по эмпирической формуле, дающей хорошее приближение:

Если измерения проводились при температуре Т, отличной от +25°С, то необходимо откорректировать показания плотности по формуле:

Омическое сопротивление батареи является суммой сопротивления электролита, сепараторов, активной массы, решеток и соединительных элементов . Под сопротивлением электролита подразумевается сопротивление той его части, которая находится между электродами. Таким образом, можно записать, что общее оммическое сопротивление батареи при разряде равно: