- Konštrukcia olovených batérií
- Fungovanie olovnatej batérie
- Nabíjanie olovených batérií
- Vybíjanie olovených batérií
- Rizikový faktor a elektrické hodnotenie
- Pravidlá údržby olovených batérií
Batéria obsahuje takmer každé prenosné a vreckové zariadenie. Batéria je úložné zariadenie, kde sa ukladá energia, ktorá poskytuje energiu, kedykoľvek je to potrebné. V tomto modernom svete elektroniky sú k dispozícii rôzne typy batérií, medzi nimi sa bežne používa olovená batéria na vysoké napájanie. Olovené batérie majú zvyčajne väčšiu veľkosť s tvrdou a ťažkou konštrukciou, môžu akumulovať vysoké množstvo energie a zvyčajne sa používajú v automobiloch a invertoroch.
Aj po získaní konkurencie s lítium-iónovými batériami stúpa dopyt po olovených batériách každým dňom, pretože sú v porovnaní s lítium-iónovými batériami lacnejšie a ľahko ovládateľné. Podľa niektorých prieskumov trhu sa predpokladá, že trh s olovenými batériami v Indii vzrastie v rokoch 2018-24 na CAGR o viac ako 9%. Má teda obrovský dopyt na trhu v oblasti automatizácie, automobilového priemyslu a spotrebnej elektroniky. Aj keď väčšina elektrického vozidla je dodávaná s lítium-iónovými batériami, stále existuje veľa elektrických dvojkoliek, ktoré na napájanie vozidla používajú batérie s kyselinou olovnatou.
V predchádzajúcom tutoriáli sme sa dozvedeli o lítium-iónových batériách, kde porozumieme funkcii, konštrukcii a použitiu olovených batérií. Dozvieme sa tiež o hodnotení nabíjania / vybíjania, požiadavkách a bezpečnosti olovených batérií.
Konštrukcia olovených batérií
Čo je olovená batéria? Ak zlomíme názov Olovená batéria, dostaneme Olovo, Kyselinu a Batériu. Olovo je chemický prvok (symbol je Pb a atómové číslo je 82). Je to mäkký a tvárny prvok. Vieme, čo je kyselina; môže darovať protón alebo prijať elektrónový pár, keď reaguje. Batéria, ktorá sa skladá z olova a bezvodej kyseliny olovnatej (niekedy nesprávne označovanej ako peroxid olova), sa nazýva batéria olovnatej.
A teraz, čo je vnútorná konštrukcia?
Olovená batéria pozostáva z nasledujúcich vecí, ktoré môžeme vidieť na nasledujúcom obrázku:
Olovená batéria sa skladá z platní, oddeľovača a elektrolytu z tvrdého plastu s puzdrom z tvrdej gumy.
V batériách sú platne dvoch typov, pozitívny a negatívny. Pozitívny sa skladá z oxidu olovnatého a negatívny z huby Sponge Lead. Tieto dve dosky sú oddelené pomocou separátora, ktorým je izolačný materiál. Táto celková konštrukcia je uložená v tvrdom plastovom puzdre s elektrolytom. Elektrolyt je voda a kyselina sírová.
Puzdro z tvrdého plastu je jedna bunka. Obchod s jednou bunkou zvyčajne 2,1 V. Z tohto dôvodu sa 12V kyselinová batéria skladá zo 6 článkov a poskytuje obvykle 6 x 2,1 V / článok = 12,6 V.
Aká je teraz kapacita úložiska poplatkov?
Je vysoko závislý od aktívneho materiálu (množstvo elektrolytu) a veľkosti doštičky. Možno ste videli, že kapacita úložiska lítiovej batérie je popísaná v mAh alebo miliampérhodinách, ale v prípade olovnatej batérie je to Amp hodina. Popíšeme to v ďalšej časti.
Fungovanie olovnatej batérie
Práca s olovenou batériou je predovšetkým o chémii a je veľmi zaujímavé o nej vedieť. Pri nabíjaní a vybíjaní batérie s kyselinou olovnatou sa podieľa obrovský chemický proces. Keď sa kyselina rozpustí, zriedené molekuly kyseliny sírovej H 2 SO 4 sa rozdelia na dve časti. Vytvorí kladné ióny 2H + a záporné ióny SO 4 -. Ako sme už povedali, dve elektródy sú spojené ako doštičky, anóda a katóda. Anóda zachytáva záporné ióny a katóda priťahuje kladné ióny. Táto väzba na anódu a SO 4 - a katódou s 2 H + výmeny elektrónov a ktorá je ďalej reagujú s H2O, alebo s vodou (zriedenej kyseliny sírovej, kyselina sírová + voda).
Batéria má dva stavy chemickej reakcie: nabíjanie a vybíjanie.
Nabíjanie olovených batérií
Ako vieme, na nabitie batérie je potrebné poskytnúť napätie väčšie ako koncové napätie. Na nabitie 12,6 V batérie je teda možné použiť 13 V.
Ale čo vlastne stane, keď účtujeme olovené batérie?
Rovnaké chemické reakcie, ktoré sme už opísali. Konkrétne, keď je batéria spojená s nabíjačkou, molekuly kyseliny sírovej rozdeliť na dva ióny, kladné ióny 2H + a záporné ióny SO 4 -. Výmenné vodík elektróny s katódou a získanie vodíka, tento vodíka reaguje s PbSO 4 v katóde a tvorí s kyselinou sírovou (H 2 SO 4) a olova (Pb). Na druhej strane, SO 4 - výmena elektróny s anódou a stať sa zvyšok SO 4. Tento SO 4 reaguje s PbSO 4 anódy a vytvoriť vedenie peroxid PbO 2 a kyseliny sírovej (H 2 SO 4). Energia sa ukladá zvyšovaním gravitácie kyseliny sírovej a zvyšovaním potenciálneho napätia bunky.
Ako je vysvetlené vyššie, nasledujúce chemické reakcie prebiehajú na anóde a katóde počas procesu nabíjania.
Na katóde
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
Na anóde
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Kombináciou dvoch rovníc bude celková chemická reakcia
2PbSO 4 + 2 H 2 O => PbO 2 + Pb + 2 H 2 SO 4
Na nabíjanie oloveného akumulátora je možné použiť rôzne spôsoby. Každá metóda môže byť použitá pre konkrétnu olovenú batériu pre konkrétne aplikácie. Niektoré aplikácie používajú metódu nabíjania s konštantným napätím, niektoré používajú metódu s konštantným prúdom, zatiaľ čo v niektorých prípadoch je užitočné aj šteklenie. Výrobca batérií obvykle poskytuje správny spôsob nabíjania konkrétnych olovených batérií. Nabíjanie konštantným prúdom sa pri nabíjaní olovnatými batériami zvyčajne nepoužíva.
Najbežnejšou metódou nabíjania používanou v olovených batériách je metóda nabíjania s konštantným napätím, čo je efektívny proces z hľadiska času nabíjania. V cykle úplného nabitia zostáva nabíjacie napätie konštantné a prúd sa postupne zvyšuje so zvyšovaním úrovne nabitia batérie.
Vybíjanie olovených batérií
Vybitie oloveného akumulátora je opäť spojené s chemickými reakciami. Kyselina sírová je v zriedenej forme s typickým pomerom 3: 1 s vodou a kyselinou sírovou. Ak sú zaťaženie spojené cez taniere, kyseliny sírovej znova dostane do kladných iónov 2H + a záporné ióny SO 4. Vodíkové ióny reagujú s PbO 2 a aby PbO a vody H 2 O. PbO začnú reagovať s H 2 SO 4 a vytvára PbSO 4 a H 2 O.
Na druhú stranu, aby 4 - ióny vymieňať elektróny z Pb, vytvára zvyšok SO 4, ktorý ďalej vytvára PbSO 4 sa nechá reagovať s Pb.
Ako je vysvetlené vyššie, nasledujúce chemické reakcie prebiehajú na anóde a katóde počas procesu vybíjania. Tieto reakcie sú úplne opačné ako nabíjacie reakcie:
Na katóde
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
Na anóde:
PbO 2 + SO 4 2 + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2 H 2 O
Kombináciou dvoch rovníc bude celková chemická reakcia
PbO 2 + Pb + 2 H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2 H 2 O
Vďaka výmene elektrónov cez anódu a katódu je ovplyvnená rovnováha elektrónov cez platne. Elektróny potom pretekajú záťažou a batéria sa vybije.
Počas tohto vypúšťania klesá gravitácia zriedenej kyseliny sírovej. Zároveň sa zmenšuje potenciálny rozdiel bunky.
Rizikový faktor a elektrické hodnotenie
Olovená batéria je škodlivá, ak nie je bezpečne udržiavaná. Pretože batéria generuje počas chemického procesu plynný vodík, je veľmi nebezpečná, ak sa nepoužíva vo vetranom priestore. Nepresné nabíjanie tiež vážne poškodzuje batériu.
Aké sú štandardné hodnotenie olovených batérií?
Každá olovená batéria je vybavená údajovým listom pre štandardný nabíjací prúd a vybíjací prúd. Typicky 12V olovená batéria, ktorá je použiteľná pre automobilové aplikácie, sa môže pohybovať v rozmedzí od 100 Ah do 350 Ah. Toto hodnotenie je definované ako stupeň vybíjania s časovým obdobím 8 hodín.
Napríklad 160Ah batéria by mohla poskytnúť 20A napájacieho prúdu do záťaže na 8 hodín rozpätia. Môžeme čerpať viac prúdu, ale nie je to vhodné. Odber väčšieho prúdu, ako je maximálny vybíjací prúd za 8 hodín, poškodí účinnosť batérie a mohol by sa tiež zmeniť vnútorný odpor batérie, čo ďalej zvyšuje teplotu batérie.
Na druhej strane, počas fázy nabíjania by sme si mali dávať pozor na polaritu nabíjačky, mala by byť správne spojená s polaritou batérie. Opačná polarita je pre nabíjanie oloveného akumulátora nebezpečná. Hotová nabíjačka sa dodáva s meračom nabíjacieho napätia a nabíjacieho prúdu s možnosťou ovládania. Na nabitie batérie by sme mali poskytnúť väčšie napätie ako napätie batérie. Maximálny nabíjací prúd by mal byť rovnaký ako maximálny napájací prúd pri 8 hodinách vybíjania. Ak vezmeme rovnaký príklad 12V 160Ah, potom je maximálny napájací prúd 20A, takže maximálny bezpečný nabíjací prúd je 20A.
Nemali by sme zvyšovať alebo poskytovať veľký nabíjací prúd, pretože to bude mať za následok teplo a zvýšenú tvorbu plynu.
Pravidlá údržby olovených batérií
- Polievanie je najzanedbávanejšou funkciou údržby zaplavených olovených batérií. Pretože prebíjanie znižuje vodu, musíme to často kontrolovať. Menej vody vytvára oxidáciu v doskách a znižuje životnosť batérie. Podľa potreby pridajte destilovanú alebo ionizovanú vodu.
- Skontrolujte vetracie otvory, ktoré je potrebné dotiahnuť gumovými uzávermi, ktoré sú často príliš prilepené k otvorom.
- Olovené batérie nabíjajte po každom použití. Dlhé obdobie bez dobíjania poskytuje sulfatáciu v doskách.
- Batériu nezmrazujte a nenabíjajte na viac ako 49 stupňov Celzia. V chladnom prostredí musia byť batérie úplne nabité, pretože úplne nabité batérie sú z hľadiska zamrznutia bezpečnejšie ako prázdne batérie.
- Batériu hlboko nevybíjajte menej ako 1,7 V na článok.
- Na uskladnenie olovenej batérie je potrebné ju úplne nabiť a potom vypustiť elektrolyt. Batéria potom vyschne a je možné ju dlho skladovať.