27.4. Характеристики разряда аккумулятора

Важнейшей характеристикой акку-лулятора является напряжение в процес-се разряда. Оно ниже напряжения при разомкнутой цепи вследствие поляриза-щи и внутреннего падения напряжения, зависящих от типа пластин, плотности электролита, тока, температуры и степе-ни заряженности. Эти зависимости могут быть определены только эксперимен-тально. На рис. 27.3 приведены характе-ристики аккумуляторов типа СН при разряде их продолжительным током от 4 до 40 А и температуре электролита 25°С. Изменение напряжения в течение первых секунд неустановившегося ре-жима на рисунке не показано. Все кривые лежат ниже горизонтальной прямой, соответствующей напряжению при ра-зомкнутой цепи. Чем больше ток, тем короче разряд и тем ниже лежит характе-ристика. Постепенное уменьшение напряжения аккумулятора в процессе разряда объясняется проникновением реакции глубже в поры активной массы пластин и увеличением разности концентраций электролита внутри пор и в остальном объеме, следовательно, увеличением поляризации. К концу разряда напряжение снижается быстрее и, если не прервать разряд, напряжение в течение короткого времени снизится до нуля. Во избежание повреждения пластин (коробление, усадка активной массы) разряд аккумулятора должен быть прерван при некотором предельном напряжении, которое тем ниже, чем больше разрядный ток.

В процессе разряда содержание кисло­ты в электролите уменьшается. Коли­чество разлагающейся кислоты, а также количество образующейся воды строго пропорциональны количеству электри­чества, отнятого у аккумулятора, и могут быть определены по закону Фара-дея, исходя из уравнений химических реакций. Каждому ампер-часу количества электричества соответствуют 3,660 г раз­лагающейся кислоты и 0,672 г образую­щейся воды. Соответственно уменьша­ется плотность электролита. Изменение плотности от максимального значения, соответствующего заряженному состоя­нию, до минимального значения, соответ­ствующего разряженному состоянию, зависит от количества электролита в сосуде. В стационарных аккумуляторах с относительно большим запасом электро­лита максимальное изменение плотности составляет только 30 — 60 тысячных до­лей единицы.

Характерной величиной для аккуму­лятора является его емкость, под которой понимают количество электри­чества, которое аккумулятор способен отдать при определенных условиях раз­ряда, а именно: токе, температуре элект­ролита и конечном напряжении. Емкость аккумулятора зависит от типа пластин, их размеров и числа, а также от плотности

и объема электролита, технического состояния аккумулятора и условий его работы, предшествовавших разряду.

Зависимость емкости аккумулятора от разрядного тока (табл. 27.2) может быть объяснена следующим образом. При разряде аккумулятора сульфат свинца образуется преимущественно у устьев пор. Если разрядный ток велик, образование сульфата становится почти исключительно поверхностным явле­нием. Пластина покрывается коркой сульфата, препятствующей доступу электролита в глубь активной массы. Такое закупоривание пор ограничивает полезную емкость аккумулятора. При разряде меньшим током тенденция к образованию сульфата только на поверх­ности ослабевает и, следовательно, электролит может свободнее диффунди­ровать в поры активной массы. Чем больше пористость пластин, тем менее заметно уменьшение емкости с увеличе­нием тока.

Зависимость емкости аккумулятора от температуры объясняется изменением вязкости электролита и скорости диффу­зии. Для удовлетворительной работы аккумуляторной батареи важно, чтобы температура в помещении была в пре­делах от 15 до 25°С.

Заводы-изготовители характеризуют аккумуляторы номинальной емкостью, которую принято относить к заданной продолжительности разряда (или раз­рядному току) при некотором конечном напряжении. Для аккумуляторов типа СН конечное напряжение установлено рав­ным 1,8 В при разряде током 10—3-часо­вого режима и 1,75 В при разряде током 1 — 0,25-часового режима.

Емкость аккумулятора не следует рассматривать как строго определенную величину, зависящую только от тока, тем­пературы и конечного напряжения. Ем­кость аккумулятора изменяется в течение срока службы. Она максимальна в начале эксплуатации, после нескольких разрядов и последующих зарядов. При правиль­ной эксплуатации емкость аккумулятора удерживается близкой к максимальной в течение большей части срока службы и лишь к концу срока службы снижается.

Емкость аккумулятора зависит также от работы, предшествовавшей разряду. Так, например, она увеличивается после полного разряда большой продолжи­тельности и последующего заряда ма­лым током. Емкость уменьшается после нескольких разрядов и последующих за­рядов большим током.

Короткий разряд большим током. Аккумулятор допускает без вреда для себя разряд очень большим током в течение от нескольких секунд до 1 мин. Количество отдаваемого электричества при этом невелико, но реакции проте­кают весьма интенсивно, так как вследст­вие большой плотности тока очень быстро происходит обеднение кислотой слоя электролита, примыкающего к пластинам. Приток свежего электролита требует времени, и напряжение резко снижается. Изменение напряжения ак­кумулятора в процессе короткого разряда зависит от типа пластин, плотности и температуры электролита, а также от предшествующего состояния аккумуля­тора. В качестве примера на рис. 27.4 показано изменение напряжения аккуму­лятора при разряде на активное сопро­тивление в течение одной минуты током, превосходящим номинальный ток вось­мичасового режима в 10 раз. Сначала напряжение аккумулятора снижается мгновенно от напряжения при разомкну­той цепи 2,05 В до 1,8 В и далее относи­тельно медленно достигает 1,75 В. Ем­кость аккумулятора после столь корот­кого разряда далеко не исчерпана, и он способен спустя некоторое время, доста­точное для выравнивания концентрации

электролита, вновь воспринять такой же ток с той же продолжительностью или подвергнуться длительному разряду меньшим током.

Аккумуляторные заводы характери­зуют способность аккумулятора воспри­нимать большой разрядный ток номи­нальным током одноминутного разряда до некоторого предельного напряжения (см. табл. 27.2).