Раздел 2. Электрооборудование и автоматизированные системы управления.

Тема 14. Источники электрической энергии (аккумуляторы, корабельные генераторы), характеристика, устройство и эксплуатация.

Лекция №21 Щелочные аккумуляторы. Кадмиево-никелевый аккумулятор. Железно-никелевый аккумулятор. Серебряно-цинковый аккумулятор. Разряд щелочных аккумуляторов. Способы зарядки щелочных аккумуляторов.

Учебные вопросы:

1. Щелочные аккумуляторы.

2. Кадмиево-никелевый аккумулятор.

3.Железно-никелевый аккумулятор.

4. Серебряно-цинковый аккумулятор.

5. Разряд щелочных аккумуляторов.

6. Способы зарядки щелочных аккумуляторов.

Щелочные аккумуляторы.

Аккумулятором называется химический источник тока, который способен накапливать (аккумулировать) в себе электрическую энергию и по мере необходимости отдавать ее во внешнюю цепь. Накапливание в аккумуляторе электрической энергии происходит при пропускании по нему тока от

постороннего источника (рис. А,а). Этот процесс, называемый зарядом аккумулятора, сопровождается превращением электрической энергии в химическую, в результате чего аккумулятор сам становится источником тока. При разряде аккумулятора (рис.А, б) происходит обратное превращение химической энергии в электрическую. Аккумулятор обладает большим преимуществом по сравнению с гальваническим элементом. Если элемент разрядился, то он приходит в полную негодность; аккумулятор же после разряда может быть вновь заряжен и будет служить источником электрической энергии. В зависимости от рода электролита аккумуляторы разделяют на кислотные и щелочные. Если кислотные аккумуляторы используют в качестве стартерных, то для питания прочих низковольтных устройствприменяют щелочныекадмиево-никелевые и железоникелевые аккумуляторы (они одинаковы по конструкции и составу электролита). Корпус 9 щелочного аккумулятора (рис.1) изготовляют сварным из листовой стали, покрытой никелем. Технология изготовления положительных 4 и отрицательных 11 пластин одинакова: их выполняют из тонких перфорированных листов стали в виде ламелей-футляров 3, в которые помещается активная масса 1.Гидрат окиси никеля Ni (OH)3служит активной массой положительных пластин щелочных аккумуляторов обоих типов. Активная масса отрицательных пластин у кадмиево никелевых аккумуляторов состоит из смеси губчатого кадмия с железом, а у железо-никелевых - из смеси электро- химически активного железа (губчатогожелеза) с его окислами и небольшого количества окиси ртути. Вэлектрохимических процессахучаствуют Cd или Fe, а присадкиулучшают электрохимические процессы.

С помощью контактных пластин 12 и соединительных бареток10пластины собирают в блоки и через выводы 5, 7 соединяют с внешней цепью. В стальной крышке8 расположены пробки6, в которых устроены небольшие отверстия для вентиляции. Изоляция пластин одна от другой и от корпуса достигается установкой распорных эбонитовых палочек2 и эбонитовых пластин13 со стойками14. У кадмиево-никелевых аккумуляторов крайние пластины всегда положительные, у железоникелевых отрицательные. При сборе в батарею аккумуляторы монтируют на изоляционных прокладках в общем деревянном или пластмассовом ящике и надежно изолируют от корпуса судна.

Электролитом служит раствор едкого кали КОН или натра NaOH (плотность 1,19-1,21г/см³) в дистиллированной воде с небольшой добавкой едкого лития LiOH, который увеличивает срок службы аккумуляторов в2-2,5раза.

При разряде щелочного аккумулятора гидрат окиси никеля NiOOH на положительном электроде, взаимодействуя с ионами электролита, переходит в гидрат закиси никеля Ni(OH)2, а железо или кадмий отрицательного электрода превращается соответственно в гидрат окиси железа Fe(ОН)2 или гидрат окиси кадмия CdOН2. Между электродами возникает разность потенциалов около 1,45В, обеспечивающая протекание тока по внешней цепи и внутри аккумуляторов.

При заряде аккумулятора под действием электрической энергии, подводимой от внешнего источника тока, происходит окисление активной массы положительных пластин, сопровождаемое переходом гидрата закиси никеля Ni (ОН)2 в гидрат окиси никеля NiOOH. В то же время активная масса отрицательных пластин восстанавливается с образованием железа Fe или кадмия Cd.

Положительным качеством щелочного аккумулятора является то, что все компоненты, образующиеся в процессе заряда и разряда, практически нерастворимы в электролите и не вступают в какие-либо химические реакции. Электролит в процессе электрохимических реакций не расходуется, поэтому плотность его не изменяется. Это позволяет обходиться сравнительно небольшими количествами электролита, что делает эти аккумуляторы более компактными, чем кислотные.

Для правильной работы никель-железного аккумулятора отрицательный электрод (губчатое железо) должен иметь большую массу, чем положительный (гидрат окиси кадмия). Поэтому отрицательных пластин берут на одну больше, чем положительных. В сборном блоке никель-железного аккумулятора крайние пластины отрицательные; они электрически соединены с корпусом. В никель-кадмиевых аккумуляторах, наоборот, положительная активная масса должна занимать больший объем, чем отрицательная. Поэтому у них крайние пластины положительные и электрически соединены с корпусом.

Полностью заряженный аккумулятор имеет э. д. с. около 1,45В. Вследствие большого внутреннего сопротивления его напряжение при разряде значительно меньше этого значения, а при заряде значительно больше. При разряде напряжение аккумулятора довольно быстро падает до 1,3В, а затем медленно уменьшается до 1В (рис.2.1); при этом напряжении разряд следует прекращать. Среднее расчетное напряжение при разряде составляет 1,25В. Разряжать щелочные аккумуляторы ниже установленного конечного напряжения нельзя, так как это приведет к безвозвратной потере емкости и уменьшению срока службы. При заряде напряжение с 1,55В быстро поднимается до 1,75В, а затем медленно повышается до 1,8 В. Заряд щелочного аккумулятора ведут до тех пор, пока не будет сообщено требуемое количество ампер-часов (согласно паспортным данным). Заряд щелочного аккумулятора осуществляется током, равным одной четвертой его номинальной емкости, при этом аккумулятору сообщается 150 % емкости.

Выделение газа у щелочных аккумуляторов не является признаком конца заряда, однако при бурном газовыделении необходимо уменьшить зарядный ток. Щелочные аккумуляторы лучше перезарядить, чем недозарядить, так как неполные заряды способствуют преждевременному выходу их из строя. Рис.2.1 Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде

Повышениетемпературы выше 45°С также приводит к разрушению активной массы электродов.Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов, составляющее 0,03-0,05Ом, сравнительно высоко, поэтому их нельзя использовать в стартерном режиме.Кислотные и щелочные АБ применяют на судах для питания электроэнергией сетей управления автоматических устройств, аварий­ного освещения, авральной и пожарной сигнализации, радио- и теле­фонной связи, отличительных огней, для пуска дизелей с помощью электростартеров.