Раздел 3. «Характеристика и расчет электрохимических накопителей энергии» (лекция 2)

Особенности конструкции АКБ. Тепловые процессы, особенности работы и эксплуатации. Перспективные схемы АКБ. Особенности использования АКБ на водном транспорте.
Ни один студент не подписался
  • 15 уроков

Особенности конструкции АКБ. Тепловые процессы, особенности работы и эксплуатации. Перспективные схемы АКБ. Особенности использования АКБ на водном транспорте.

Лекция 3.2.1.1. Особенности конструкции АКБ.

В широком смысле слова в технике под термином «Аккумулятор» понимается устройство, которое позволяет при одних условиях эксплуатации накапливать определенный вид энергии, а при других — расходовать ее для нужд человека.

Их применяют там, где необходимо собрать энергию за определенное время, а затем использовать ее для совершения больших трудоемких процессов. Например, гидравлические аккумуляторы, используемые в шлюзах, позволяют поднимать корабли на новый уровень русла реки.

Электрические аккумуляторы работают с электроэнергией по этому же принципу: вначале накапливают (аккумулируют) электричество от внешнего источника заряда, а затем отдают его подключенным потребителям для совершения работы. По своей природе они относятся к химическим источникам тока, способным совершать много раз периодические циклы разряда и заряда.

Во время работы постоянно происходят химические реакции между компонентами электродных пластин с заполняющим их веществом — электролитом.

Принципиальную схему устройства аккумулятора можно представить рисунком упрощенного вида, когда в корпус сосуда вставлены две пластины из разнородных металлов с выводами для обеспечения электрических контактов. Между пластинами залит электролит.

Когда к электродам подключена нагрузка, например, лампочка, то создается замкнутая электрическая цепь, через которую протекает ток разряда. Он формируется движением электронов в металлических частях и анионов с катионами в электролите. Этот процесс условно показан на схеме с никель-кадмиевой конструкцией электродов.

Здесь в качестве материала положительного электрода используют окислы никеля с добавками графита, которые повышают электрическую проводимость. Металлом отрицательного электрода работает губчатый кадмий.

Во время разряда частицы активного кислорода из окислов никеля выделяются в электролит и направляются на отрицательные пластины, где окисляют кадмий.

Работа аккумулятора при заряде

При отключенной нагрузке на клеммы пластин подается постоянное (в определенных ситуациях пульсирующее) напряжение большей величины, чем у заряжаемого аккумулятора с той же полярностью, когда плюсовые и минусовые клеммы источника и потребителя совпадают.

Зарядное устройство всегда обладает большей мощностью, которая «подавляет» оставшуюся в аккумуляторе энергию и создает электрический ток с направлением, противоположным разряду. В результате внутренние химические процессы между электродами и электролитом изменяются. Например, на банке с никель кадмиевыми пластинами положительный электрод обогащается кислородом, а отрицательный — восстанавливается до состояния чистого кадмия.

При разряде и заряде аккумулятора происходит изменение химического состава материала пластин (электродов), а электролита не меняется.

Рассмотрим конструкцию АКБ на примере свинцового аккумулятора. Аккумулятор является обратимым электрохимическим источником тока. Иначе говоря, он может накапливать и отдавать электрическую энергию, причём каждая из фаз его работы связана с химическими реакциями, протекающими в его внутренней части. Аккумулятор представляет собой группу элементов (батарею), электрически соединённых друг с другом и закрытых в изолированных отсеках внутри корпуса (блока). На двух крайних элементах имеются полюсные выводы: положительный и отрицательный, имеющие форму срезанных конусов одинаковой высоты (около 17 мм), но разных диаметров, Диаметры у основания: положительного вывода-19,5 мм, отрицательного 17,9 мм, обозначенные соответственно (+) и (-). Полюсные выводы предназначены для соединения аккумулятора с электрической цепью электрооборудования. Соединительные провода с одной стороны заканчиваются специальными насадками (клеммами), которые накладывают и зажимают на полюсных выводах аккумулятора один на «землю», а второй — на потребители.

Поделиться: