2.3. Аккумуляторлық батареялардың негізгі параметрлері.

Аккумуляторлық батареянының негізгі параметрін сипаттайтын, оның электрқозғалтушы күші Е_б. Тізбектеліп жиналған аккумулятордан тұратын батареяның ЭҚК, Е_б = n*Е, мұнда Е – бір аккумулятордағы ЭҚК.

Қорғасындық аккумулятордың ЭҚК басқанда қалаған токтың химиялық кезінен емес, ол текқана электродтық процесстерде қатысатын заттардық химиялық және физикалық қасиеттеріне тәуелді және ол электродтардың өлшемдеріне және активтік материалдарының санына мүлдем тәуелді емес.

Бір аккумулятордың ЭҚК, оң және теріс электродтардың теңдесулі потенциалдары айырмасымен анықталады, Е = φ₊ - φ_-, яғни Е-нің мәні зарядсыздау тогы болмағанда анықталады және ол барлық уақытта оң.

Батареяның Омдық қарсылығы R_о, бұл электролиттің R_эл, ажыратқыштың R_аж, активтік массаның R_м, тордың және жалғастырушы элементтердің R_э қарсылықтарының жиыньығы болып табылады. Электролиттің қарсылығы деп, текқана электродтар арасында орналасқан бөлігінің қарсылығын түсінеміз.

Солай етіп, зарядсыздану кезіндегі жалпы омдық қарсылықтарын, былай жазуға болады:

R_о = R_эл + R_аж + R_м + R_м.

Батареяның сипаттайтын енбір маңызды параметрлері болып, оның сиымдылығы болып табылады. Зарядсыздану сиымдылығы Сраз деп, t_аяқ уақытында, бастапқы кернеуден U_бас., ақырғы кернеуіне U_ақ дейін толық зарядсызданғанда аккумулятордың сыртқы тізбекке бере алатын электрдің максималдық санын Q_pmax (өйткені максималдық электр көзі) айтады.

Аккумулятор батареясының энергиялық қоры деп W_p, зарядсыздану t_аяқ уақытында сыртқы тізбекке шығаратын энергияның максималдық санын айтады:

W_p = ƒ_n t^аяқ U_раз І_раз (t) dt (1)

2.4. Аккумулятор батареясының зарядталу және зарядсыздану сипаттамасы.

Батареяның барлық сипаттамаларын зарядсыздану, зарядталу және зарядталу-зарядсыздану деп бөлуге болады.

Зарядсыздану сипаттамасы шартты, мынадай топтарға бөлінеді:

• уақыттық, кернеудің, зарядсыздану ұзақтылығына тәуелділігін көрсететін;

• вольт-амперлік, кернеудің, токқа тәуелділігін көрсететін;

• сиымдылық, қуаттылық және энергетикалық бұлар уақыттылықтың негізінде есептеледі.

Бірінші кезең (сурет 13), аккумулятордың зарядсыздануы, жуктемені R_жүк қосқанда (нүкте 1) және поляризациялану құбылысымен анықталынатын өтпелі процессі біткенсоң нүкте 3-те бітеді.

Зарядсыздану процессінің бірінші кезеңнің ұзақтығы бірнеше ондық секунды құрастырады. Нүкте 1 аккумулятордың теңсалмақты ЭҚК Е-ге тура келеді, ал 1-2 аумақшасындағы, U _р (t), қисығы Омдық қарсылығында R_o, кернеудің түсуін көрсетеді. 2-3 аумақшасында, негізінен электродтар потенциалдарының шоғырлануының жылжыуы мен анықталатын, поляризациялау Е_n, ЭҚК өсуінен болады. Таламалы схемада, нүкте 3-те бітетін конденсатордың С_п зарядталуын тура келеді. Олай болса зарядсыздану процессі бұл кезеңде практика жүзінде тұрақты қарсылықтың R_жүк арқасында, ал U_р нүкте 2-ден, нүкте 3-ке Е_n (t) шамасына жылдам түседі, ал І_раз (t) қисығында да зарядсыздану тогының аздап түсуі байқалады. Нүкте 3-тен кейін І_раз зарядсыздану тогының тұрақтылығы, өзгермелі қарсылықты жүктің арқасында жүзеге асады.

Нүкте 3-тен бастап зарядсыздану процессі екінші кезеңге өтеді, бұл теңсалмақты ЭҚК Е-нің сызықтық түсуіне байланысты (сурет 13-те штрихтық сызықпен айырықшаланған) поляризациялық Е_n = І_раз* R_п ЭҚК тұрақтылығымен және кернеудің U _р сызықтық азаюын сипаттайды. Топайда қылу реакциясы жүрісінде электролит ерітіндісінен судың пайда болуынан және күкірт қышқылының сіңірілуінің арқасында, электролиттің тығыздығының γ сызықтық азаюына алып келеді. Екінші кезеңнің зарядсыздану сипаттамасында 3 және 4 нүктелерімен шектелген бөлігінің ұзақтығы ең үлкен болып, І_раз = 0,5*С₂₀ (жарықтандыру режимі) зарядсыздануда, жалпы зарядсыздану уақытының 80-90 % құрайды.

Зарядсыздану үшінші кезеңге қашан пластинаның нүкте активтік массасының пассивация белсенсіздену процессі айтарлықтай болғанда өтеді.

Поляризациялық қарсылық ұлғая бастайды, соған лайық ЭҚК Е_п-де ұлғаяды. Соныңмен бірге, электролиттің тығыздығының γ түсуіне байланысты. Омдық қарсылықта Rо өседі (сурет 13).Қорғасын күкірт қышқыл тұздарының белсенсіздендіруінен, қышқылдың жетіспейтіндігінде жүретін химиялық реакция, нүкте 5-тен кейін, бұрынғы қалпына қайтпайтын жағдайға өтеді.

Сурет 13. Аккумулятор батареясының уақыттың зарядсыздану сипаттамасы және оның әртүрлі зарядсыздану кезеңдеріндегі баламалы ауыстыру электрлік схемасы.

Жүктеме ажыратылғаннан кейін, 5 нүктесінде кернеу U_раз күрт Омдық қарсылықта І_раз*R_o түскен шамасына кернеу ұлғаяды, бірақ ол электролиттің тығыздығының электродтар қалыңдығына біркелкі таралмауының салдарынан ЭҚК-тің Е теңсалмақты мәніне жетпейді.

Бұл, конденсаторда зарядтың барлығына лайықты балама схема.

Өтпелі процесстің бірталай уақытнан кейін, тығыздықтың γ таралуы бірқалыпты болады, сөйтіп, аккумулятордағы кернеу Е мәніне дейін көтеріледі. Балама схемада бұл поляризациялық қарсылықта R_n конденсатордың С_п зарядсыздануына тура келеді.

Төртінші кезең (нүкте 5-7), бұл процессте суреттелетін, қорытындылаушы болып табылады. Аккумуляторды тұрақты токпен І_з зарядтағанда, осыған ұқсас процесстер жүреді (сурет14).

Зарядтау схемасы, заряд көзінен Е_з, батареядан, ажыратқыштан және ауыспалы балластың кедергіден R_б, бұлар тұрақты токты, қамтамасызету үшін батареяға тізбектеліп жалғанады. Зарядтаушы токтың тұрақтылығын зарядтаушы құрылғының кернеуін реттеуменде қамтамасыз етуге болады.

Бірінші кезеңде, зарядсыздандыру процессіндегідей, тепе-теңдік ЭҚК Е-мен салыстырғанда, аккумуляторда (1-2) Омдық шығынның шамасындай кернеудің секіруі болады, ал оннан кейін электродтарға жақын жерлерде электролиттер шоғырының тепе-тең емес таралуын тұрақтандыру үшінгі (ауыстырылу балама схемасындағы конденсатор С_п заряды) өтпелі процесс 2-3.

Екінші кезең жеңілдету үшін өсуші U_з-нің сызықтық және сызықтықемес участкалары біріктіріледі.

Бұл кезде кернеу кенеттен көтеріліп 2,7В жетеді де, ол суды ыдыратуда көбірек жоғарғы кернеу қажеттігімен түсіндіріледі. Газбөлінудің бастапқы моменті сурет 13-те белгіленген. Зарядтаушы кернеу көрсетілген шамаға жеткеннен кейін көтеріледі тоқтатады. Зарядтау процессінің үшінші кезеңі қашан 2-3 кернеу U_з және тығыздық γ өзгермейтін, артық зарядталу деп, аталатын кезең басталады. Бұл кезде электролиттен жеткілікті газбөлінуі – «қайнау» байқалады.

Сурет 14. Аккумулятор батареясының уақыттық зарядтану сипаттамасы және оның әртүрлі зарядтану кезеңдеріндегі баламалы ауыстыру электрлік схемасы.

Зарядтаушы тізбекті ажыратқансоң, төртінші кезеңде, электродтарда және олардың аралығында электролиттер тығыздығының теңелінуі болады. Соған лайық аккумулятордың кернеуі электролиттің жетіскен тығыздығына γ_з лайықты ЭҚК е-нің тепе-теңдік мәніне дейін түседі. Ауыстыру схемасында бұл батареяның кернеуіне Е_п, конденсатордың С_п, поляризациялау қарсылығына R_п зарядталғанды, зарядсыздандыруға тура келеді. 5-6 бөлігі, активтік қарсылық зарядтаудың аяғында І_зR_о, кернеудің төмен түсуіне тура келеді.