7 Конструктивный расчёт положительного электрода аккумуляторной батареи 6ст-190

1.1 Расчёт активной массы положительных электродов , г, производится по формуле

(22)

где электрохимический эквивалент свинца, г/А∙ч;

(23)

где атомная масса свинца, (г);

количество электронов, участвующих в электрохимической реакции;

число Фарадея, А∙ч ;

номинальная ёмкость аккумулятора, А∙ч ;

коэффициент, превышение фактической ёмкости положительного электрода над номинальной [4];

коэффициент использования активной массы положительного электрода [2];

общее содержание свинца в свинцовом порошке, %

(24)

где содержание оксида свинца в свинцовом порошке, (65-72%) [4];

молекулярная масса оксида свинца, (г);

содержание металлического свинца в свинцовом порошке, %

(25)

процентное содержание свинцового порошка в пасте положительного электрода, %

(26)

где содержание свинцового порошка в пасте положительного электрода, % [1];

суммарное содержание компонентов пасты положительного электрода на 100 кг. свинцового порошка, кг [4];

Таблица № 1 Рецепт пасты положительного электрода

свинцовый порошок		100 кг
раствор H2S04 (1,07 г/см3)		15,0 л
раствор H2S04 (1,40 г/см3)		2,85 л
вода		0—2 л
Волокно(полиэстер)		0,05—0,1 кг
Сумма,кг	122,14

2. Масса свинцового порошка в пасте положительных электродов , г рассчитывается по формуле:

(27)

1.3 Масса металлического свинца в пасте положительных электродов , г, рассчитывается по формуле:

(28)

1.4 Объём положительных электродов , см³, рассчитывается по формуле:

(29)

где объём, занимаемый активной массой положительных электродов, см³

(30)

где плотность активной массы положительных электродов г/см³[5];

Таблица № 2 Параметры активной массы [5]

Тип решеток	Тип пасты	Плотность пасты, г/см3
+	Положительная активная масса	4,1-4,3
–	Отрицательная активная масса	4,3 – 4,5

Плотность активной массы после прокатки и сушки пластин увеличивается на 0,1-0,2 г/см³ [9] (берем средне значение 0,15 г/см³)

объём токоведущих основ положительных электродов, см³

(31)

где масса токоведущих основ положительных электродов, (г);

(32)

где масса положительных электродов, (г);

(33)

где коэффициент, учитывающий долю массы решётки, от общей массы пластины, доли;

Таблица № 3 Характеристики решеток и пластин [5]

Тип	Решетка(одинарн)		Ширина решетки, мм.	Пластина(одинарная)
	Вес(г)	Толщина(мм)		Вес(г)	Толщина(мм)
+	61-67	1,5±0,1	144±0,05	204-214	1,95-2,25
−	61-67	1,5±0,1	144±0,05	184-194	1,75-2,05

Среднее значение массы пластины–209г; для решетки– 64г, что составляет 31% от общей массы пластины.

плотность сплава применяемого при отливки токоведущих основ положительных электродов, г/см³;

(34)

где массовая доля компонентов сплава токоведущей основы отрицательных электродов, доли [5];

Таблица 4 Состав сплава положительного электрода

Компонент	Процентное содержание компонента в сплаве, %	Плотность компонента сплава, г/см3
Олово(Sn)	0,10 – 0,13%(сред. 0,115)	5,75
Мышьяк (As)	0,11 – 0,15 % (сред. 0,13)	5,73
Селен (Se)	0,024–0,032 % (сред.0,028)	4,82
Медь(Cu)	0,020 – 0,040 (сред.0,030)	8,92
Сурьма (Sb)	1,70–1,90 % (сред. 1,8)	6,68
Свинец (Pb)	97,9 %	11,34

плотность компонента сплава токоведущей основы отрицательных электродов, г/см³ [6]

таким образом, получаем:

(35)

1.5 Общая толщина положительных электродов , см, рассчитывается по формуле:

(36)

где площадь стороны электрода, см²;

(37)

где длина электрода 14,4 см [5];

высота электрода 12,6 см [5] ;

1.6 Оптимальная толщина положительного электрода , см, рассчитывается по формуле:

(38)

где количество положительных электродов в аккумуляторе, шт [5];

Полученная толщина положительного электрода имеет хорошее совпадение с толщиной применяемой на предприятиях по производству аккумуляторных батарей. Толщина отрицательного электрода [5]. Количество отрицательных электродов на один больше.

2 Расчёт внутренних габаритов аккумулятора

2.1 Внутренняя ширина , мм, определяется по рисунку:

(39)

где количество расстояний между пластинами, шт;

(40)

расстояние между пластинами (обычно принимают равным толщине сепарации, но с учётом степени набухания сепаратора и электродов в электролите при эксплуатации), мм [5];

расстояние от стенки корпуса до пластины, для создания необходимого технологического зазора, мм;

Рисунок 1 – Эскиз аккумулятора

2.2 Внутренняя длина , мм, определяется по рисунку 2

(41)

где длина пластины, мм ;

ширина сварного шва сепаратора-конверта, которая одновременно является зазором между пластиной и стенкой корпуса, мм [5];

Рисунок 2 – Эскиз аккумулятора

2.3 Внутренняя высота , мм, определяется по рисунку 3

(42)

высота пластины, мм ;

высота зеркала электролита над электродом, мм [7];

высота газового пространства, мм [1];

(43)

Рисунок 3 – Эскиз аккумулятора

2.4 Высота электролита в аккумуляторе , мм, рассчитывается по формуле:

(44)

2.5 Расчет внешних габаритов аккумуляторной батареи

Необходимо учитывать, что аккумуляторы в аккумуляторной батареи 6СТ-190 установлены в два ряда по три аккумулятора в каждом (рисунок 4)

Рисунок 4 Внешние габариты аккумуляторной батареи

2.5.1 Внешняя ширина АКБ , мм, рассчитывается по формуле

(45)

где толщина перегородки, мм [5];

толщина стенки корпуса, мм [5];

толщина крепёжных выступов[5];

2.5.2 Внешняя длина АКБ , мм, рассчитывается по формуле:

(46)

где длина выступов на крышке для крепления ручек , мм [5];

2.5.3 Внешняя высота АКБ , мм, рассчитывается по формуле:

(47)

где толщина дна, мм [5];

толщина крышки, мм [5];

высота клемм над крышкой, мм [6];

3 Объём электролита в аккумуляторной батарее , л, рассчитывается по формуле:

(48)

где количество аккумуляторов в АКБ, шт;

пористость отрицательных электродов в заряженном состоянии, доли[3];

пористость положительных электродов в заряженном состоянии, доли[3] ;

высота сепаратора, 131-135 мм, ширина сепаратора 158-162 мм;

− толщина сепаратора, 1,5 мм;

пористость сепаратора,[0,65] [5];

3.1 Проверочный расчет необходимого количества электролита

Суммарная электрохимическая реакция:

Pb +PbO₂ +2H₂O +2H₂SO₄=2PbSO₄ +2H₂O +/- 2e^- (49)

q_H2O= , (50)

q_H2O= г/А∙ч

q_H2SO4= г/А∙ч

Изменение массы компонентов в электролите аккумулятора в ходе его заряда

Расход воды, q_H2O, г , рассчитывается по формуле:

g_H2O=q_H2O∙Q_ф, (51)

g_H2O=0,677∙190=128,63г

Рассчет количества выделившейся серной кислоты, q_H2SO4, г , призводится по формуле:

g_H2SO4=q_H2SO4∙Q_ф, (52)

g_H2SO4=3,69∙190=701,1г

Количество серной кислоты в электролите разряженного аккумулятора b_H2SO4, г, рассчитывается по формуле:

b_H2SO4= (53)

где А₁- масса электролита в разряженном аккумуляторе;

14,35 – процентное содержание серной кислоты в электролите плотностью d_p=1,1;

Содержание воды b_H2O, г, рассчитывается по формуле:

b_H2O= , (54)

где 85,65 – процентное содержание воды в электролите;

В электролите заряженного аккумулятора масса H₂SO₄ равна:

b¹_H2SO4=А₁∙0,1435+g_H2SO4, (55)

Масса воды в электролите заряженного аккумулятора b¹_H2O , г, рассчитывается по формуле[8];

b¹_H2O=А₁∙0,8565-g_H2O, (56)

Тогда:

b'_H2SO4 (A₁·0,1435+701,1) P _H2SO4 36,87

——— = ————————— = ——— = ——— (57)

b'_H2O (A₁·0,8565 – 128,63) P _H2SO4 63,13

Отсюда А1=2175,97г

Объем электролита разряженного аккумулятора Vр, см3, рассчитывается по формуле:

V_р= , (58)

V_р=2175,97/1,1=1978,16 см³

Масса электролита заряженного аккумулятора А2, г, рассчитывается по формуле:

А₂=А₁-g_H2O+g_H2SO4, (59)

А₂=2175,97-128,63+701,1=2748,44г

Объем электролита заряженного аккумулятора V₃, см³, рассчитывается по формуле:

V_з= , (60)

V_З= 2748,44/1,27 = 2164,12 мл

Объем электролита, который необходимо залить в заряженную батарею Vобщ, см3,рассчитывается по формуле:

V_общ=V_з∙6, (61)

V_общ=2164,12∙6=12984,72см³=12,98л

Полученный объём электролита, ниже рассчитанного ранее объёма, равного 13,48 л. Таким образом, создаётся необходимый запас электролита.