7 Конструктивный расчёт положительного электрода аккумуляторной батареи 6ст-190
1.1 Расчёт активной массы положительных электродов , г, производится по формуле
(22)
где электрохимический эквивалент свинца, г/А∙ч;
(23)
где атомная масса свинца, (г);
количество электронов, участвующих в электрохимической реакции;
число Фарадея, А∙ч ;
номинальная ёмкость аккумулятора, А∙ч ;
коэффициент, превышение фактической ёмкости положительного электрода над номинальной [4];
коэффициент использования активной массы положительного электрода [2];
общее содержание свинца в свинцовом порошке, %
(24)
где содержание оксида свинца в свинцовом порошке, (65-72%) [4];
молекулярная масса оксида свинца, (г);
содержание металлического свинца в свинцовом порошке, %
(25)
процентное содержание свинцового порошка в пасте положительного электрода, %
(26)
где содержание свинцового порошка в пасте положительного электрода, % [1];
суммарное содержание компонентов пасты положительного электрода на 100 кг. свинцового порошка, кг [4];
Таблица № 1 Рецепт пасты положительного электрода
-
свинцовый порошок
100 кг
раствор H2S04 (1,07 г/см3)
15,0 л
раствор H2S04 (1,40 г/см3)
2,85 л
вода
0—2 л
Волокно(полиэстер)
0,05—0,1 кг
Сумма,кг
122,14
Масса свинцового порошка в пасте положительных электродов , г рассчитывается по формуле:
(27)
1.3 Масса металлического свинца в пасте положительных электродов , г, рассчитывается по формуле:
(28)
1.4 Объём положительных электродов , см3, рассчитывается по формуле:
(29)
где объём, занимаемый активной массой положительных электродов, см3
(30)
где плотность активной массы положительных электродов г/см3[5];
Таблица № 2 Параметры активной массы [5]
Тип решеток |
Тип пасты |
Плотность пасты, г/см3 |
+ |
Положительная активная масса |
4,1-4,3 |
– |
Отрицательная активная масса |
4,3 – 4,5 |
Плотность активной массы после прокатки и сушки пластин увеличивается на 0,1-0,2 г/см3 [9] (берем средне значение 0,15 г/см3)
объём токоведущих основ положительных электродов, см3
(31)
где масса токоведущих основ положительных электродов, (г);
(32)
где масса положительных электродов, (г);
(33)
где коэффициент, учитывающий долю массы решётки, от общей массы пластины, доли;
Таблица № 3 Характеристики решеток и пластин [5]
Тип |
Решетка(одинарн) |
Ширина решетки, мм. |
Пластина(одинарная) |
||
Вес(г) |
Толщина(мм) |
Вес(г) |
Толщина(мм) |
||
+ |
61-67 |
1,5±0,1 |
144±0,05 |
204-214 |
1,95-2,25 |
− |
61-67 |
1,5±0,1 |
144±0,05 |
184-194 |
1,75-2,05 |
Среднее значение массы пластины–209г; для решетки– 64г, что составляет 31% от общей массы пластины.
плотность сплава применяемого при отливки токоведущих основ положительных электродов, г/см3;
(34)
где массовая доля компонентов сплава токоведущей основы отрицательных электродов, доли [5];
Таблица 4 Состав сплава положительного электрода
-
Компонент
Процентное содержание компонента в сплаве, %
Плотность компонента сплава, г/см3
Олово(Sn)
0,10 – 0,13%(сред. 0,115)
5,75
Мышьяк (As)
0,11 – 0,15 % (сред. 0,13)
5,73
Селен (Se)
0,024–0,032 % (сред.0,028)
4,82
Медь(Cu)
0,020 – 0,040 (сред.0,030)
8,92
Сурьма (Sb)
1,70–1,90 % (сред. 1,8)
6,68
Свинец (Pb)
97,9 %
11,34
плотность компонента сплава токоведущей основы отрицательных электродов, г/см3 [6]
таким образом, получаем:
(35)
1.5 Общая толщина положительных электродов , см, рассчитывается по формуле:
(36)
где площадь стороны электрода, см2;
(37)
где длина электрода 14,4 см [5];
высота электрода 12,6 см [5] ;
1.6 Оптимальная толщина положительного электрода , см, рассчитывается по формуле:
(38)
где количество положительных электродов в аккумуляторе, шт [5];
Полученная толщина положительного электрода имеет хорошее совпадение с толщиной применяемой на предприятиях по производству аккумуляторных батарей. Толщина отрицательного электрода [5]. Количество отрицательных электродов на один больше.
2 Расчёт внутренних габаритов аккумулятора
2.1 Внутренняя ширина , мм, определяется по рисунку:
(39)
где количество расстояний между пластинами, шт;
(40)
расстояние между пластинами (обычно принимают равным толщине сепарации, но с учётом степени набухания сепаратора и электродов в электролите при эксплуатации), мм [5];
расстояние от стенки корпуса до пластины, для создания необходимого технологического зазора, мм;
Рисунок 1 – Эскиз аккумулятора
2.2 Внутренняя длина , мм, определяется по рисунку 2
(41)
где длина пластины, мм ;
ширина сварного шва сепаратора-конверта, которая одновременно является зазором между пластиной и стенкой корпуса, мм [5];
Рисунок 2 – Эскиз аккумулятора
2.3 Внутренняя высота , мм, определяется по рисунку 3
(42)
высота пластины, мм ;
высота зеркала электролита над электродом, мм [7];
высота газового пространства, мм [1];
(43)
Рисунок 3 – Эскиз аккумулятора
2.4 Высота электролита в аккумуляторе , мм, рассчитывается по формуле:
(44)
2.5 Расчет внешних габаритов аккумуляторной батареи
Необходимо учитывать, что аккумуляторы в аккумуляторной батареи 6СТ-190 установлены в два ряда по три аккумулятора в каждом (рисунок 4)
Рисунок 4 Внешние габариты аккумуляторной батареи
2.5.1 Внешняя ширина АКБ , мм, рассчитывается по формуле
(45)
где толщина перегородки, мм [5];
толщина стенки корпуса, мм [5];
толщина крепёжных выступов[5];
2.5.2 Внешняя длина АКБ , мм, рассчитывается по формуле:
(46)
где длина выступов на крышке для крепления ручек , мм [5];
2.5.3 Внешняя высота АКБ , мм, рассчитывается по формуле:
(47)
где толщина дна, мм [5];
толщина крышки, мм [5];
высота клемм над крышкой, мм [6];
3 Объём электролита в аккумуляторной батарее , л, рассчитывается по формуле:
(48)
где количество аккумуляторов в АКБ, шт;
пористость отрицательных электродов в заряженном состоянии, доли[3];
пористость положительных электродов в заряженном состоянии, доли[3] ;
высота сепаратора, 131-135 мм, ширина сепаратора 158-162 мм;
− толщина сепаратора, 1,5 мм;
пористость сепаратора,[0,65] [5];
3.1 Проверочный расчет необходимого количества электролита
Суммарная электрохимическая реакция:
Pb +PbO2 +2H2O +2H2SO4=2PbSO4 +2H2O +/- 2e- (49)
qH2O= , (50)
qH2O= г/А∙ч
qH2SO4= г/А∙ч
Изменение массы компонентов в электролите аккумулятора в ходе его заряда
Расход воды, qH2O, г , рассчитывается по формуле:
gH2O=qH2O∙Qф, (51)
gH2O=0,677∙190=128,63г
Рассчет количества выделившейся серной кислоты, qH2SO4, г , призводится по формуле:
gH2SO4=qH2SO4∙Qф, (52)
gH2SO4=3,69∙190=701,1г
Количество серной кислоты в электролите разряженного аккумулятора bH2SO4, г, рассчитывается по формуле:
bH2SO4= (53)
где А1- масса электролита в разряженном аккумуляторе;
14,35 – процентное содержание серной кислоты в электролите плотностью dp=1,1;
Содержание воды bH2O, г, рассчитывается по формуле:
bH2O= , (54)
где 85,65 – процентное содержание воды в электролите;
В электролите заряженного аккумулятора масса H2SO4 равна:
b1H2SO4=А1∙0,1435+gH2SO4, (55)
Масса воды в электролите заряженного аккумулятора b1H2O , г, рассчитывается по формуле[8];
b1H2O=А1∙0,8565-gH2O, (56)
Тогда:
b'H2SO4 (A1·0,1435+701,1) P H2SO4 36,87
——— = ————————— = ——— = ——— (57)
b'H2O (A1·0,8565 – 128,63) P H2SO4 63,13
Отсюда А1=2175,97г
Объем электролита разряженного аккумулятора Vр, см3, рассчитывается по формуле:
Vр= , (58)
Vр=2175,97/1,1=1978,16 см3
Масса электролита заряженного аккумулятора А2, г, рассчитывается по формуле:
А2=А1-gH2O+gH2SO4, (59)
А2=2175,97-128,63+701,1=2748,44г
Объем электролита заряженного аккумулятора V3, см3, рассчитывается по формуле:
Vз= , (60)
VЗ= 2748,44/1,27 = 2164,12 мл
Объем электролита, который необходимо залить в заряженную батарею Vобщ, см3,рассчитывается по формуле:
Vобщ=Vз∙6, (61)
Vобщ=2164,12∙6=12984,72см3=12,98л
Полученный объём электролита, ниже рассчитанного ранее объёма, равного 13,48 л. Таким образом, создаётся необходимый запас электролита.