Электрические характеристики аккумуляторов

Основными электрическими характеристиками аккумуляторов являются: Э.Д.С., внутреннее сопротивление, напряжение, емкость, отдача, саморазряд.

1. Электродвижущая сила (Э.Д.С.), - это разность электродных потенциалов между положительным и отрицательным электролитами при разомкнутой внешней цепи Е= φ₊ - φ_-

Э.Д.С. Е зависит от материала активных веществ электродов и электролита. У свинцовых аккумуляторов Э.Д.С. зависит также от плотности и в малой степени от температуры электролита. Значение Э.Д.С. при плотности электролита ρ = 1,285 г/см³ и температуре 15° С равно 2,125 В. При разряде аккумулятора плотность электролита и Э.Д.С. уменьшаются. Когда Э.Д.С. достигает 1,82÷1,85 В, аккумулятор считается разряженным. Э.Д.С. никель-кадмиевого, только что заряженного аккумулятора равна 1,45 В и спустя 120 ч после заряда она снижается до 1,36÷1,38 В.. Э.Д.С. этого аккумулятора практически не зависит от температуры.

2. Полное внутреннее сопротивление - R - это сопротивление между внешними клеммами АБ;

Полное внутреннее сопротивление аккумулятора R складывается из сопротивления электродов и сопротивления электролита, причем большую часть R составляет сопротивление электролита.

У кислотных авиационных аккумуляторов оно весьма мало и составляет сотые доли Ома (R = 0,01÷0,02 Ом). Это позволяет получать от аккумуляторов большие токи при сравнительно малых потерях внутри аккумулятора. Сопротивление электролита зависит от его плотности и температуры и изменяется в процессе разряда и заряда. С уменьшением температуры оно возрастает и уменьшается при заряде аккумулятора.

Полное внутреннее сопротивление никель-кадмиевого аккумулятора с намазными пластинами сравнимо по величине с сопротивлением свинцовых аккумуляторов, что позволяет использовать их также в стартерном режиме. Существенное влияние на полное внутреннее сопротивление этих аккумуляторов оказывает также температура электролита.

3. Напряжение. Напряжение АБ бывает разряда и заряда .

Напряжение на зажимах аккумулятора при разряде U_P и заряде U₃ отличается от Э.Д.С. на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении:

U_P = Е - I_P·R; U_З = Е + I_З·R.

Напряжение U_P в сильной степени зависит от величины разрядного тока I_P и от температуры окружающей среды. Для свинцовых аккумуляторов конечное допустимое напряжение при разряде номинальным током равно 1,7 В. При понижении температуры электролита напряжение при разряде уменьшается.

В процессе разряда напряжение аккумулятора изменяется. За среднее значение напряжения при разряде номинальным током принимают 2 В (для аккумуляторной батареи соответственно 212 = 24 В). Аккумулятор можно разряжать до конечного напряжения 1,7 В. Среднее значение напряжения НКБН равно 26 В.

4. Коэффициент отдачи аккумулятора по энергии - η_А. Он определяется отношением отдаваемой энергии к затрачиваемой для его полного заряда.

η_A = i_p·U_P dt / i_З·U_З dt

5. Емкость аккумулятора Q_P - количество электричества, которое отдает аккумулятор при разряде до наименьшего допустимого напряжения:

Q_P = i_p dt

При i_p = I_P = const

Q_P = I_P·t_P, где t_P - время разряда.

Отдача по емкости η_Q — отношение разрядной емкости к зарядной η_Q = Q_P./Q_З.

Разрядная емкость Q - количество электричества, которое можно получить от аккумулятора при заданных значениях температуры, разрядного тока и конечного разрядного напряжения. Разрядная емкость

Q_P = I_P·dt, где I_Р — ток разряда.

Емкость аккумулятора зависит от количества активных веществ, коэффициента их использования и температуры электролита. На коэффициент использования активных веществ существенное влияние оказывают толщина и площадь пластин, их пористость и режим разряда аккумулятора. При одинаковом количестве активных веществ аккумулятор с тонкими пластинами имеет большую разрядную емкость, чем с толстыми, так как при этом электролит легче проникает в поры активных масс, а также омывает большее количество активных веществ, что обеспечивает лучшее их использование. Поэтому чем пористее активное вещество, тем большую емкость можно от него получить.

При разряде аккумулятора токами, значительно превышающими номинальные, вследствие отставания процесса диффузии от процесса разряда, используются главным образом активные вещества поверхностного слоя пластин. При разряде сульфат свинца, образующийся на поверхности, препятствует проникновению электролита в поры пластин, исключая глубоколежащие слои активного вещества. Количество активного вещества, используемого в процессе разряда, уменьшается, что приводит к уменьшению разрядной емкости.

За номинальную емкость авиационных кислотных аккумуляторов принимают емкость при 5÷10-часовом режиме до напряжения на зажимах элемента 1,7 В, при начальной плотности электролита 1,285 г/см³, при температуре +20° С. При уменьшении температуры на 1° С емкость аккумулятора уменьшается на 1%. Учитывая столь большое влияние температуры на емкость, аккумуляторные батареи на ЛА устанавливают в утепленных или обогреваемых контейнерах.

Зависимость разрядной емкости от разрядного тока батареи 20 НКБН-25 показана на рис. 1.1. В течение первых 15 ÷ 20 суток саморазряд составляет 1,5% в сутки, а затем уменьшается до 0,5%.- разрядная емкость Q_P - это количество электричества, отдаваемое источником во внешнюю цепь. Q_P = I_P·dt выражается в [А·ч]. Q_P зависит от температуры электролита, разрядного тока, конечного разрядного напряжения. Q_P уменьшается с уменьшением температуры, увеличением разрядного тока и увеличением конечного напряжения разряда;

Номинальная емкость Q_H - это емкость АБ при оговоренных технических условиях разряда. Условий разряда два: время разряда и конечное напряжение разряда. На свинцовую АБ t_P = 5 ч., U_K.P. = 1,7 В. На никель-кадмиевую t_P = 5 ч. и U_K.P. = 1 В. на один элемент. Из этих условий определяется номинальный ток разряда и Q_H. I_H.P.=Q_H/5, Q_H=I_H.P.·5. Таким образом, АБ, заряженная на номинальную емкость за 5 ч при токе I_H.P. , достигнет напряжения U_K.P.;

6. Саморазряд — бесполезная потеря емкости, обусловленная протеканием химических процессов при разомкнутой внешней цепи. Количественно он оценивается уменьшением емкости за сутки

Q_C = [(Q₁ – Q₂) /(Q₁·T)] ·100,%

где Q₁ и Q₂ — емкости химического источника тока до и после хранения; T - продолжительность хранения в сутках.

Саморазряд увеличивается с повышением температуры. Он считается нормальным, если не превышает 1% в сутки или 30% в месяц. Учитывая это, аккумуляторы необходимо периодически подзаряжать, если они длительное время находились в бездействии. В противном случае пластины аккумулятора могут засульфатироваться, т. е. произойдет практически необ­ратимый переход мелкозернистого сульфата свинца в крупно­зернистый (необратимая сульфатация) и аккумулятор выйдет из строя. - саморазряд - это потеря емкости АБ при разомкнутой внешней цепи. Причиной саморазряда являются примеси имеющиеся всегда в электрохимической системе. В свинцовых АБ саморазряд равен 1% в сутки. В никель-кадмиевых АБ составляет 1,5% в сутки в течение первых 15÷20 суток, затем 0,5% в сутки;

Саморазряд — потеря емкости при разомкнутой внешней цепи вследствие протекания тока под действием разности потенциалов между элементами активной массы и примесями, содержащимися в ней.

7. Сохранность, срок службы. Допустимый срок хранения свинцовых аккумуляторов в сухом виде не превышает 3 лет. С электролитом хранить аккумуляторы можно только в заряженном состоянии во избежание вредной сульфатации. Для восстановления емкости, утраченной в процессе саморазряда, аккумулятор не реже 1 раза в месяц требуется подзаряжать.

Срок службы бортовых аккумуляторных батарей составляет: для 12А-30 и 12САМ-28 — 2 года, для 12САМ-55 — 1,5 года. К истечению срока службы емкость аккумуляторных батарей снижается до 70—75%.

Гарантийный срок годности никель-кадмиевого аккумулятора 2,5 года, в этот срок входят хранение, транспортировка и работа его на самолете.

- срок службы для бортовых АБ - это время работы, за которое АБ потеряет 25% Q_Н . РЛЭ предписывает на ВС проверять заряженность АБ на 75% Q_Н . Для аэродромных АБ срок службы выражается в циклах разряда – заряда.