Исследование процесса нагрева аккумуляторных батарей
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
но теории двойной сульфатации при разряде на обоих электродах происходит образование одного продукта-сульфата свинца (PbSO4) вследствие восстановления двуокиси свинца PbO2 на положительном электроде и окислении губчатого свинца на отрицательном. При этом количество серной кислоты в электролите уменьшается, а количество воды увеличивается и соответственно понижается плотность электролита. В процессе заряда химические процессы проходят в обратном направлении и плотность электролита растёт.
Поскольку в обоих случаях изменяется плотность электролита, то по величине плотности можно судить о степени заряженности аккумулятора. Связь между ЭДС аккумулятора и плотностью электролита приближённо определяется эмпирической зависимостью:
Е=0,84+r ,
где ? - плотность электролита при температуре +15 С.
Температура электролита в значительной степени влияет на ёмкость АБ: изменение температуры приводит к изменению вязкости электролита и, следовательно, скорости его диффузии в поры пластин. С понижением температуры диффузионные процессы замедляются и ёмкость батарей снижается.
С увеличением разрядного тока ёмкость аккумулятора также уменьшается. По мере разряда на поверхности активного вещества пластин образуются кристаллы сульфата свинца, вызывающего уменьшение проходных сечений пор и, следовательно, замедление процесса диффузии. С увеличением тока разряда интенсивность реакции на наружных поверхностях пластин возрастает, а внутри пор пластин расход серной кислоты не успевает пополняться за счёт диффузионных процессов. При значительном разрядном токе внутренние слои активного вещества практически не участвуют в работе аккумулятора. Напряжение аккумулятора быстро падает.
Таким образом, основные параметры АБ - напряжение, ЭДС, ёмкость зависят от температуры электролита, от плотности электролита, интенсивности процессов разряда и саморазряда.
С понижением температуры электролита разрядная ёмкость АБ резко падает вследствие увеличения вязкости и электросопротивления электролитов, снижения скорости диффузии кислоты в поры активных масс и растворимости PbSO4. Указанные изменения ведут к уменьшению отдачи АБ при длительных и, особенно, при стартерных режимах разряда.
Попытка увеличить электропроводность и уменьшить вязкость растворов серной кислоты при низких температурах путём введения различных добавок (например, сульфата магния, церия) не увенчалась успехом.
Совершенным способом подогрева является подогрев АБ переменным током в процессе заряд-разряд. При этом интенсивность нагрева может быть значительно увеличена. Воздействие на аккумулятор асимметричного импульсного тока уменьшает процесс сульфатации пластин АБ. Этот метод не требует установки внутри АБ дополнительных элементов, а, следовательно, не снижает надёжность работы химического источника тока.
Согласно теории двойной сульфатации, которая достаточно достоверно описывает явления, происходящие в аккумуляторе, процессы заряда и разряда сопровождаются выделением серной кислоты на обоих электродах и воды на положительном электроде. Это приводит к практически пропорциональной зависимости концентрации электролита, а значит, и его плотности, от степени заряженности аккумулятора. Зависимость плотности электролита от степени заряженности - линейная:
t=15+(15-t)
где t - плотность электролита при температуре t, С
15 -плотность электролита при температуре +15, С
- температурный коэффициент, зависящий от 15 в диапазоне от 1,1 до 1,3 г/см3, изменяется от 0,00048 до 0,00075.
В зависимости от плотности электролита изменяется равновесная ЭДС:
Е=0,32+1,43*
Сопротивление электролита зависит от его плотности и температуры. С повышением температуры сопротивление понижается:
Rt = R0*[1+*(t-200)
где Rt - удельное сопротивление электролита при t, отличной от 200;
R0 - удельное сопротивление электролита при температуре +200;
- температурный коэффициент, зависящий от температуры.
. Теоретическое исследование процесса нагрева аккумуляторных батарей переменным током
При нагреве аккумулятора током, который попадает на его подвесные выводы, имеет место теплообмен между электродами, электролитом, баком и окружающим воздухом. Для исследования процесса нагрева АБ необходимо рассмотреть термический переходной процесс между указанными элементами. Указанный переходной процесс рассматривается при следующих допущениях: активные элементы аккумулятора представляются системой 3-х тел с сосредоточенной теплоёмкостью, ввиду относительно высокой внутренней теплопроводности активных элементов аккумулятора, температура внутри объёма каждого тела принимают одинаковой в любой точке, теплоёмкость окружающего воздуха принимается бесконечно большой.
Уравнения теплового баланса, описывающие термический переходной процесс при нестационарном нагреве аккумулятора как системы трёх тел, составляем в таком виде:
где Pgdt,Ptdt -количество теплоты, выделившееся в электродах и электролите за время dt.
Kgt(Qg-Qt)dt - количество теплоты, переданное от электродов электролиту за время dt.
Ktb(Qt-Qb)dt - количество теплоты, переданное от электролита баку за время dt.
KbQbdt - количество теплоты, переданное от бака окружающему воздуху за время dt.
CgdQg , CtdQt , CbdQb - количество теплоты аккумулируемое в электродах, электролите и баке.
Pg,t - потери в электродах и электролите.