КОМПЛЕКСНА КОНТРОЛЬНО-ЕКЗАМЕНАЦІЙНА РОБОТА

Розрахунково-пояснювальна записка

На тему: “Акумуляторна батарея і генератор”

АКУМУЛЯТОРНА БАТАРЕЯ

Акумулятором називається – вторинне хімічне джерело, яке здатне на накопичувати (акумулювати) електричну енергію і в міру потреби віддавати її споживачам. Накопичування електричної енергії в акумуляторі відбувається при пропусканні через нього електричного струму від стороннього джерела. Цей процес називають зарядкою акумулятора, при якій відбувається перетворення електричної енергії в хімічну, внаслідок чого акумулятор стає джерелом електричної енергії. При розрядці на будь-який споживач електричної енергії відбувається зворотне перетворення хімічної енергії в електричну.

В залежності від роду електроліту акумулятори поділяються на лужні і кислотні.

Лужні акумулятори бувають залізо-нікельовані, кадмий-нікельовані. Нікель-цинкові, срібно-цинкові і срібно-кадмові. За конструктивним параметрами залізо-нікельовані і кадмий-нікельовані акумулятори дуже схожі. Акумуляторна батарея служить для живлення електричним струмом стартера під час пуску двигуна, а також усіх інших приладів електрообладнання, коли генератор не працює або не можу ще віддавати енергію в коло (наприклад під час робот двигуна в режимі холодного ходу), Вони складаються з стальної нікельованої посудини, в яку вмонтовано блоки позитивних і негативних пластин. Кожна негативна пластина знаходиться між двома позитивними пластинами. Між пластинами (для ізоляції) закладені ебонітові стержні, так звані сепаратори. До посудини зверху приварюють кришку, зовні якої виводять струмовідвідні клеми. Через пробку заливають електроліт – 20 процентний розчин гідроксид калію (їдке калі) КОН. Позитивні і негативні пластини виготовлені з нікельованої решітки. В комірки решіток запресовано плоскі коробочки (панелі), виготовлені з нікельованої жесті, з великою кількістю дрібних отворів для проходу електроліту до активної маси.

Активна маса, позитивних пластин складається з гідроксиду нікелю Ni(ОН)3 з домішкою певної кількості графіку для збільшення електропровідності. Активна маса негативних пластин у залізо-нікелевих акумуляторів складається з губчастого заліза FG (порошок відновленого заліза), а у кадмій – нікелевих – з суміші губчастого кадмію Сd з порошком відновленого заліза Кс. Робота обох типів акумуляторів заснована на окислювальних реакціях при розряді і заряді.

Розглянемо електрохімічні процеси, що відбуваються на електродах кадмій-нікелевого акумулятора. При розрядці на позитивному спектрові гідроксид нікелю Ni(ОН)3 переходять в гідроксид нікелю Ni(ОН)2, а на негативному електроді кадмій переходимо в гідроксид кадмію Сd(OH)2 отже на позитивному електроді 2Ni(ОН)3 + 2 = 2Ni(ОН)2 + “ОН-;

На негативному Сd - 2 + 2ОН- = Сd (ОН)2

Загальне рівняння розряду одержується сумуванням двох попередніх 2Ni(ОН)3 + Сd + 2Ni(ОН)2 + Сd(ОН)2

Електрони, що утворюються в процесі реакцій, переходять по зовнішньому колу через споживачі електричної енергії, виконуючи певну роботу. При зарядці акумулятора під дією електричної енергії, що надходить від зовнішнього джерела струму, відбувається окислення активної маси позитивних пластин, що супроводжується переходом гідроксиди нікелю 2Ni(ОН)2 в гідроксид нікелю 2Ni(ОН)3 .

В цей час активна маса негативних пластин відновляється з утворенням губчастого кармін Сd.

Отже на позитивному електроді рівняння заряду буде 2Ni(ОН)2 - 2 + 2ОН- = 2Ni(ОН)3 , а на негативному – Сd (ОН)2 + 2 + Сd + 2ОН-, сумарне рівняння заряду 2Ni(ОН)2 +Сd(ОН)2 = 2Ni(ОН)3 +Сd. Резупотуюче хімічне рівняння розряд – заряд кадмій – нікелевого акумулятора 2Ni(ОН)3 = Сd заряди 2Ni(ОН)2 + Сd (ОН)2. Електроліт в процесі хімічних реакцій не витрачається. Тому його густина не змінюється. Він забезпечує рух іонів. Всі хімічні процеси, що виникають у залізо нікелевому акумуляторі, аналогічні, лише замість кадмію Сd в рівняння входить залізо Fe.

Повністю заряджений акумулятор має ЕРС біля 1,5В. Напруга акумулятора значно нижча ніж ЕРС, внаслодік великого внутрішнього опору. V=Е-Іr, де r – внутрішній опір акумулятора, І – струм навантаження..

В процесі зарядки і розрядки акумулятора його напруга змінюється. При розрядці напруга спочатку швидко спадає до 1,3В, а потім повільно 1 В, в цей момент розрядку слід припинити. При зарядці на-оборот напруга спочатку швидко спадає до 1,7В, а потім раліноповільно піднімається до 1,8 В. На основних правилах зарядки акумуляторів ми зупинимось нижче. Ємність дужних акумуляторів залежить від кількості активної маси, отже від кількості пластин. Для одержання більшої ємності і напруги однотипні акумулятори з'єднують відповідно паралельно, або послідовно. Економічність роботи акумулятора характеризується його коефіцієнтом корисної дії і віддачі. Коефіцієнтом корисної дії ККД акумулятора називається відношення кількості енергії в кіловат/годинах, яку одержано від нього під час розрядки Wp, до кількості енергії, витраченої при задярці W3, nW= Wp/W3 100%.

Для сучасних кадмій – нікелевих (КН.) і залізо-нікелевих (ЗН) акумуляторів К, К. Д дорівнює 55-65% Коефіцієнтом віддачі акумулятора по ємності nа називається відношення кількості електрики, одержаної при розрядці акумулятора Qp, до кількості електрики, відданої йому при зарядці Q3 і становить 75-80%: na = Qp3 100%. Зараз знайшли широке застосування кадмій-нікелеві безпамельні і герметичні лужні і кислотні свинцеві акумулятори.

Кислотні (свинцеві) акумулятори бувають стаціонарні (С) – для тривалих режимів розряджання, стартерні (Ст.) – для літаків, радіоанодні (РА) – для живлення анодних кіл радіоприймачів і ін. Відрізняються вони габаритами, зовнішнім виглядом, та у всіх в основу роботи покладена одна і та сама електрохімічна система: +РbО2/Н2SO4/ Pb-, де РbО2 – діоксид свинцю, позитивний електрод: Н2SO4 – електроліт – 30-35%-ний розчин сірчаної кислоти (при такій концентрації питома електропровідність розчину максимальна), Pb – чистий (губчастий) свинець є негативним