27.5. Характеристики заряда аккумулятора

Напряжение аккумулятора при заряде превышает напряжение при разомкнутой цепи вследствие поляризации и внутрен­него падения напряжения. Если поддер­живать зарядный ток неизменным, на­пряжение аккумулятора постепенно по­вышается и к концу заряда достигает наибольшего значения, зависящего от тока и температуры. На рис. 27.5 приве­дены типичные характеристики аккуму­лятора при зарядном токе, равном 8-ча­совому разрядному, а именно: кривые напряжения U, плотности δ и темпера­туры θ электролита, объема газов и, вы­деляющихся в единицу времени. При не­изменном зарядном токе различают две стадии заряда: первая стадия характери­зуется относительно медленным повы­шением напряжения (см. пологую часть кривой U), вторая — быстрым повыше­нием напряжения и выделением газов на

электродах. Повышение напряжения на первой стадии заряда объясняется в основном поляризацией, вызванной уве­личением содержания кислоты в порах активной массы. Поляризация этого вида относительно невелика. На второй стадии заряда наблюдается значительно боль­шее повышение напряжения. Это объяс­няется следующим образом. Когда заряд приближается к концу, большая часть сульфата уже восстановлена в губчатый свинец на отрицательных пластинах и перекись свинца - на положительных. Концентрация ионов свинца начинает уменьшаться и становится, наконец, не­достаточной для переноса электрических зарядов. Если ток остается неизменным, параллельно с реакцией заряда начи­нается реакция электролиза воды. При этом водород выделяется на отрицатель­ных пластинах (катоде), а кислород — на положительных.

Реакция электролиза требует более высокого напряжения, чем реакция за­ряда. Начальному слабому выделению газа соответствует напряжение 2,3 В, среднему — 2,4 В и сильному — 2,5 В и выше. Если напряжение зарядного уст­ройства окажется недостаточным, ток будет постепенно спадать. При неизмен­ном токе количество выделяющихся га­зов и напряжение постепенно увеличи­ваются до тех пор, пока активный мате­риал не будет восстановлен. После этого весь ток используется исключительно на электролиз, а напряжение и коли­чество выделяющегося газа стабилизиру­ются на некотором уровне, зависящем от тока и температуры. Это указывает на то, что заряд окончен.

При заряде аккумулятора выделяется некоторое количество тепла и темпера­тура электролита повышается. Большая часть выделяющегося тепла является следствием несовершенства химического процесса и пропорциональна произведе­нию тока и ЭДС поляризации. Меньшая часть представляет собой джоулево тепло, пропорциональное квадрату тока и внутреннему сопротивлению.

Заряд, сопровождающийся сильным «кипением» электролита, вреден для ак­кумулятора, так как газы, вырываясь из

пор, разрушают активную массу положи­тельных пластин. Она скапливается на дне сосуда в виде темно-коричневого осадка. Повышение напряжения в конце заряда до 2,5-2,7 В недопустимо также для приемников энергии. Поэтому к кон­цу заряда целесообразно снижать заряд­ный ток.

Аккумуляторная батарея может быть заряжена при постоянном напряжении порядка 2,3 В на один аккумулятор и ниже, вплоть до 2,15 В. При этом ток постепенно уменьшается и к концу заряда достигает некоторого минимального значения (рис. 27.6). При таком заряде «кипение» электролита практически от­сутствует. Заряд при постоянном на­пряжении порядка 2,3 В требует значи­тельно большего времени, однако бата­рея получает 80—90% своей емкости в те­чение нескольких часов, после чего опять готова принять нагрузку. Восполнение остальной части заряда растягивается на длительное время. Если напряжение поддерживается равным 2,2 В на один аккумулятор, батарея постепенно втяги­вается в нормальное состояние подза-ряда.

Аккумулятор в режиме постоянного подзаряда. Термин «подзаряд» означает, что через полностью заряженный акку­мулятор проходит незначительный ток, достаточный только для компенсации саморазряда. Аккумулятор может нахо­диться в состоянии подзаряда неограни­ченное время и всегда готов полностью отдать запасенную в нем энергию. Он не подвержен опасности ненормальной

сульфатации пластин. Не происходит также выделения газов, вызывающих усиленный износ пластин.

Ток подзаряда зависит от размеров аккумулятора, его технического состоя­ния, плотности электролита и темпера­туры, поскольку эти факторы определяют саморазряд. Опыт показывает, что для поддержания аккумулятора в заряжен­ном состоянии к его зажимам должно быть приложено некоторое постоянное напряжение — напряжение подза­ряда. Необходимый подзарядный ток устанавливается автоматически в зави­симости от температуры. При повыше­нии температуры саморазряд увеличи­вается, р то же время при постоянном напряжении у зажимов увеличивается и зарядный ток вследствие усиления диф­фузии электролита и уменьшения ЭДС поляризации. Таким образом, увеличив­шийся с повышением температуры само­разряд компенсируется соответствую­щим увеличением зарядного тока.

Напряжение подзаряда аккумулятора лежит в пределах от 2,15 до 2,25 В. Акку­муляторные заводы для новых аккуму­ляторов указывают среднее значение напряжения подзаряда. В процессе эксп­луатации батареи напряжение подзаряда подлежит корректировке.

Режим постоянного подзаряда яв­ляется нормальным режимом работы станционной аккумуляторной батареи. При этом обеспечиваются максималь­ная надежность и экономичность ее работы.

Уравнительный заряд. Замечено, что саморазряд аккумуляторов одной бата­реи или даже пластин одного аккумуля­тора не строго одинаков и изменяется в течение срока службы. Причиной неоди­накового саморазряда может явиться неодинаковая температура вследствие близости части аккумуляторов к прибо­рам отопительной системы или вследст­вие нагревания их солнечными лучами через окна и др. Аккумуляторы, темпера­тура которых выше, обладают большим саморазрядом.

У стационарной батареи, находящей­ся в режиме постоянного подзаряда, приблизительно через месяц после заряда

обнаруживается, что напряжение разных аккумуляторов и плотности их электро­лита неодинаковы, что является резуль­татом неодинакового саморазряда. Ак­кумуляторы, саморазряд которых боль­ше, «отстают», т. е. имеют напряжение и плотность электролита несколько ниже средних значений. Подзарядный ток для них недостаточен, они теряют свой заряд, и, если периодически не уравнивать заряд аккумуляторов, расхождение может сде­латься большим; при этом отстающие аккумуляторы подвержены опасности ненормальной сульфатации.

Уравнительные заряды имеют назна­чение привести все аккумуляторы бата­реи в одинаковое, полностью заряженное состояние и устранить опасность ненор­мальной сульфатации. С этой целью батареи должны подвергаться уравни­тельным зарядам не реже 1 раза в 3 мес. При этом напряжение поднимают до 2,33 В на элемент, ток увеличивается и отстающие аккумуляторы подзаряжа­ются. Аккумуляторы, имеющие полный заряд, неизбежно перезаряжаются. Урав­нительный заряд считается оконченным, когда напряжение и плотность электро­лита каждого аккумулятора, достигнув своих нормальных значений, остаются неизменными в течение определенного времени, в зависимости от тока или напряжения.