แรงดันไฟแบตเตอรี่รถยนต์ปกติและวิธีการวัด แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นได้อย่างไรในแบตเตอรี่กรด

แรงเคลื่อนไฟฟ้า

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่คือความต่างศักย์ไฟฟ้าที่วัดด้วยวงจรภายนอกแบบเปิด ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่มีวงจรภายนอกแบบเปิดประกอบด้วยศักย์ไฟฟ้าสมดุลและศักย์ไฟฟ้าโพลาไรซ์ ศักย์ไฟฟ้าดุลยภาพกำหนดลักษณะของอิเล็กโทรดในกรณีที่ไม่มีกระบวนการชั่วคราวในระบบไฟฟ้าเคมี ศักย์โพลาไรซ์ถูกกำหนดให้เป็นความแตกต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างการชาร์จและการคายประจุและศักย์ไฟฟ้ากับวงจรภายนอกแบบเปิด โพลาไรซ์ของอิเล็กโทรดจะยังคงอยู่ในแบตเตอรี่แม้ในกรณีที่ไม่มีกระแสไฟหลังจากถอดโหลดออกจากเครื่องชาร์จแล้ว เนื่องจากกระบวนการกระจายตัวปรับระดับความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุนของอิเล็กโทรดและพื้นที่ของเซลล์แบตเตอรี่ อัตราการแพร่กระจายต่ำ ดังนั้นการลดทอนของกระบวนการชั่วคราวจึงเกิดขึ้นภายในเวลาหลายชั่วโมงและแม้กระทั่งวัน ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์ จากการมีอยู่ของส่วนประกอบสองส่วนของศักย์ไฟฟ้าในสภาวะชั่วครู่ จึงมี EMF ที่สมดุลและ EMF ที่ไม่สมดุลของแบตเตอรี่

EMF สมดุลของแบตเตอรี่ตะกั่วขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของสารออกฤทธิ์และความเข้มข้นของไอออนในอิเล็กโทรไลต์

ค่า EMF ได้รับผลกระทบจากความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์และอุณหภูมิเล็กน้อยมาก การเปลี่ยนแปลงของ EMF ขึ้นอยู่กับ อุณหภูมิน้อยกว่า

3 10 -4 V / องศา การพึ่งพา EMF ต่อความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในช่วง 1.05-1.30 g / cm 3 ดูเหมือนสูตร:

โดยที่ E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่, V;

p คือความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ที่ลดลงเป็นอุณหภูมิ 5°C, g/cm"

ด้วยความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ที่เพิ่มขึ้น EMF จะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 3.1) ที่ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในการทำงานที่ 1.07-1.30 ก./ซม. 3 EMF ไม่ได้ให้แนวคิดที่ถูกต้องเกี่ยวกับระดับการคายประจุของแบตเตอรี่ เนื่องจาก EMF ของแบตเตอรี่ที่คายประจุซึ่งมีอิเล็กโทรไลต์ที่มีความหนาแน่นสูงกว่าจะสูงกว่า

EMF ไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณของวัสดุที่ใช้งานที่ฝังอยู่ในแบตเตอรี่และขนาดทางเรขาคณิตของอิเล็กโทรด EMF ของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของจำนวนแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อในชุด m: E แบตเตอรี่ \u003d m E A

ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุนของอิเล็กโทรดและโมโนบล็อกจะเท่ากันสำหรับแบตเตอรี่ที่เหลือ ความหนาแน่นนี้สอดคล้องกับ EMF ที่พักผ่อน เนื่องจากโพลาไรเซชันของเพลตและการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุนของอิเล็กโทรดที่สัมพันธ์กับความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในโมโนบล็อก EMF ระหว่างการคายประจุจึงน้อยกว่า และระหว่างประจุจะมากกว่า EMF ที่เหลือ สาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลง EMF ระหว่างการคายประจุหรือประจุคือการเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการไฟฟ้าเคมี

ข้าว. 3.1.การเปลี่ยนแปลง EMF สมดุลและศักย์ไฟฟ้าของแบตเตอรี่ตะกั่วขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์:

1- EMF; 2 - ศักยภาพของอิเล็กโทรดบวก; 3 - ศักยภาพของอิเล็กโทรดลบ

แรงดันไฟฟ้า.

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่แตกต่างจาก EMF โดยปริมาณของแรงดันตกคร่อมในวงจรภายในระหว่างการคายประจุหรือกระแสไฟชาร์จ เมื่อคายประจุ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่จะน้อยกว่า EMF และเมื่อชาร์จจะมากกว่า

แรงดันจำหน่าย

U p \u003d E - ฉัน p r \u003d E - E n - ฉัน p r o

โดยที่ En คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าโพลาไรซ์ V;

ฉัน p - ความแรงของกระแสไฟออก A;

r คือความต้านทานภายในทั้งหมด, โอห์ม;

r o - ความต้านทานโอห์มมิกของแบตเตอรี่โอห์ม แรงดันการชาร์จ

U s \u003d E + I s r \u003d E + E n + ฉัน s r o

โดยที่ฉัน c คือความแรงของกระแสไฟชาร์จ A.

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของโพลาไรซ์สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าระหว่างกระแสไฟฟ้า และขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ระหว่างอิเล็กโทรดและในรูพรุนของมวลแอกทีฟของอิเล็กโทรด เมื่อคายประจุ ศักย์ของอิเล็กโทรดจะเข้าใกล้กัน และเมื่อประจุไฟฟ้า พวกมันจะเคลื่อนออกจากกัน

ที่ความแรงคงที่ของกระแสไฟที่ปล่อยออกมา วัสดุที่ใช้งานจำนวนหนึ่งจะถูกใช้ต่อหน่วยเวลา ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ลดลงตามกฎเชิงเส้น (รูปที่ 3.2, a) ตามการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ EMF และแรงดันแบตเตอรี่จะลดลง ในตอนท้ายของการปล่อยตะกั่วซัลเฟตจะปิดรูพรุนของสารออกฤทธิ์ของอิเล็กโทรด ป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์ไหลเข้าจากถังและเพิ่มความต้านทานไฟฟ้าของอิเล็กโทรด

ความสมดุลถูกรบกวนและความตึงเครียดเริ่มลดลงอย่างรวดเร็ว แบตเตอรี่ถูกคายประจุไปยังแรงดันไฟฟ้าสุดท้ายในสหราชอาณาจักรเท่านั้น ซึ่งสอดคล้องกับการผันแปรของลักษณะการคายประจุ ขึ้น=f(τ) การปลดปล่อยจะหยุดลงแม้ว่าวัสดุที่ใช้งานจะไม่ถูกใช้จนหมด การคายประจุเพิ่มเติมเป็นอันตรายต่อแบตเตอรี่และไม่สมเหตุสมผลเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าไม่เสถียร

ข้าว. 3.2. ลักษณะของแบตเตอรี่ตะกั่ว:

a - การคายประจุ b - การชาร์จ

หลังจากปิดโหลด แรงดันแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นเป็นค่า EMF ที่สอดคล้องกับความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุนของอิเล็กโทรด จากนั้นในบางครั้ง EMF จะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุนของอิเล็กโทรดและในปริมาตรของเซลล์แบตเตอรี่จะเท่ากันเนื่องจากการแพร่ ความเป็นไปได้ในการเพิ่มความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุนของอิเล็กโทรดในช่วงเวลาสั้น ๆ ที่ไม่มีการใช้งานหลังจากการคายประจุเมื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ แนะนำให้เริ่มต้นโดยแยกความพยายามในระยะสั้นโดยแบ่งเป็นช่วงพัก 1-1.5 นาที การคายประจุเป็นระยะยังช่วยให้ใช้ชั้นลึกของสารออกฤทธิ์ของอิเล็กโทรดได้ดีขึ้น

ในโหมดการชาร์จ (รูปที่ 3.2, b) แรงดันไฟฟ้า Uz ที่ขั้วแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟตกภายในและการเพิ่มขึ้นของ EMF ด้วยความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ที่เพิ่มขึ้นในรูพรุนของอิเล็กโทรด เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็น 2.3 V สารออกฤทธิ์จะกลับคืนมา พลังงานของประจุจะไปสู่การสลายตัวของน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งถูกปล่อยออกมาในรูปของฟองแก๊ส วิวัฒนาการของแก๊สคล้ายกับการเดือด สามารถลดได้โดยการลดมูลค่าของกระแสไฟชาร์จเมื่อสิ้นสุดการคายประจุ

ไอออนบวกของไฮโดรเจนบางส่วนที่ปล่อยออกมาที่ขั้วลบจะถูกทำให้เป็นกลางโดยอิเล็กตรอน ไอออนส่วนเกินสะสมอยู่บนพื้นผิวอิเล็กโทรด และสร้างแรงดันไฟฟ้าเกินได้ถึง 0.33 V แรงดันไฟฟ้าที่จุดสิ้นสุดของการชาร์จจะเพิ่มขึ้นเป็น 2.6-2.7 V และยังคงไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการชาร์จเพิ่มเติม แรงดันไฟฟ้าคงที่ระหว่างการชาร์จ 1-2 ชั่วโมงและการปล่อยก๊าซออกจำนวนมากเป็นสัญญาณของการสิ้นสุดการชาร์จ

หลังจากถอดแบตเตอรี่ออกจากเครื่องชาร์จแล้ว แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเป็นค่า EMF ที่สอดคล้องกับความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุน จากนั้นจะลดลงจนกว่าความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุนของเพลตและในภาชนะแบตเตอรี่จะเท่ากัน

แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแบตเตอรี่ในระหว่างการคายประจุขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสไฟที่คายประจุและอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์

ด้วยการเพิ่มขึ้นของ Ip ของกระแสไฟดิสชาร์จ แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเร็วขึ้นเนื่องจากความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในถังแบตเตอรี่และในรูพรุนของอิเล็กโทรดแตกต่างกันมากขึ้น รวมถึงแรงดันไฟภายในที่ลดลงในแบตเตอรี่มากขึ้น ทั้งหมดนี้นำไปสู่ความจำเป็นในการยุติการคายประจุแบตเตอรี่ก่อนหน้านี้ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดผลึกตะกั่วซัลเฟตที่ไม่ละลายน้ำขนาดใหญ่บนอิเล็กโทรด การคายประจุของแบตเตอรี่จะหยุดที่แรงดันไฟฟ้าสุดท้ายที่ 1.75 V ในแบตเตอรี่หนึ่งก้อน

เมื่ออุณหภูมิลดลง ความหนืดและความต้านทานไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์จะเพิ่มขึ้น และอัตราการแพร่กระจายของอิเล็กโทรไลต์จากถังแบตเตอรี่ไปยังรูพรุนของสารออกฤทธิ์ของอิเล็กโทรดจะลดลง

ความต้านทานภายใน

ความต้านทานภายในรวมของแบตเตอรี่คือความต้านทานที่กระทำโดยทางผ่านแบตเตอรี่ของการคายประจุคงที่หรือกระแสไฟชาร์จ:

r \u003d r 0 + E P / I R \u003d r 0 + r P,

โดยที่ r 0 คือความต้านทานโอห์มมิกของอิเล็กโทรด อิเล็กโทรไลต์ ตัวแยก และชิ้นส่วนที่รับกระแสไฟเสริม (สะพาน โบรอน จัมเปอร์) r P - ความต้านทานโพลาไรเซชันซึ่งปรากฏขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าระหว่างกระแสไฟฟ้า

ข้าว. 3.3. การพึ่งพาการนำไฟฟ้าจำเพาะของอิเล็กโทรไลต์ต่อความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20°C

ค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ (ที่อุณหภูมิคงที่) ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ (รูปที่ 3.3) ดังนั้น สิ่งอื่นที่เท่าเทียมกัน แบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ 1.2 - 1.3 ก./ซม. 3 มีคุณสมบัติในการเริ่มต้นที่ดีที่สุด

แบตเตอรี่(องค์ประกอบ) - ประกอบด้วยอิเล็กโทรดบวกและลบ (เพลตตะกั่ว) และตัวแยกที่แยกเพลตเหล่านี้ ติดตั้งในตัวเรือนและแช่ในอิเล็กโทรไลต์ (สารละลายของกรดซัลฟิวริก) การสะสมของพลังงานในแบตเตอรี่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเคมีของการเกิดออกซิเดชัน - การลดลงของอิเล็กโทรด

แบตเตอรี่สะสมประกอบด้วย 2 ชุดขึ้นไปหรือ (และ) ส่วนขนาน (แบตเตอรี่, เซลล์) ที่เชื่อมต่อกันเพื่อให้แรงดันและกระแสไฟที่ต้องการสามารถสะสม จัดเก็บ และจำหน่ายไฟฟ้า สตาร์ทเครื่องยนต์ และจ่ายไฟให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าเมื่อเครื่องยนต์ไม่ทำงาน

แบตเตอรี่กรดตะกั่ว- แบตเตอรี่ซึ่งอิเล็กโทรดทำมาจากตะกั่วเป็นส่วนใหญ่ และอิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายของกรดซัลฟิวริก

มวลที่ใช้งาน- นี่คือส่วนสำคัญของอิเล็กโทรด ซึ่งผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีระหว่างกระแสไฟฟ้าผ่านระหว่างการคายประจุ

อิเล็กโทรดวัสดุนำไฟฟ้าที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้เมื่อทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์

อิเล็กโทรดบวก (แอโนด) -อิเล็กโทรด (แผ่น) ที่มีมวลสารในแบตเตอรี่ที่ชาร์จแล้วประกอบด้วยตะกั่วไดออกไซด์ (PbO2)

อิเล็กโทรดลบ (แคโทด) -อิเล็กโทรดที่มีมวลแอกทีฟในแบตเตอรี่ที่ชาร์จแล้วประกอบด้วยตะกั่วที่เป็นรูพรุน

กริดอิเล็กโทรดทำหน้าที่เก็บมวลที่ใช้งานตลอดจนจัดหาและกำจัดกระแสออกไป

ตัวคั่น -วัสดุที่ใช้แยกอิเล็กโทรดออกจากกัน

ขั้วเสาทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟชาร์จและส่งคืนภายใต้แรงดันไฟรวมของแบตเตอรี่

ตะกั่ว -(Pb) - องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่มที่สี่ของระบบธาตุของ D. I. Mendeleev หมายเลขซีเรียล 82 น้ำหนักอะตอม 207.21 ความจุ 2 และ 4 ตะกั่วเป็นโลหะสีเทาอมน้ำเงินความถ่วงจำเพาะในรูปของแข็งคือ 11.3 g /cm 3 จะลดลงในระหว่างการหลอมขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โลหะที่มีความเหนียวมากที่สุด รีดได้อย่างดีกับแผ่นที่บางที่สุด และปลอมแปลงได้ง่าย ตะกั่วสามารถกลึงได้ง่ายและเป็นโลหะหลอมเหลวชนิดหนึ่ง

ตะกั่ว (IV) ออกไซด์(ตะกั่วไดออกไซด์) PbO 2 เป็นผงหนักสีน้ำตาลเข้ม มีกลิ่นเฉพาะตัวของโอโซน

พลวงเป็นโลหะสีเงิน-ขาวที่มีความมันวาวสูง โครงสร้างเป็นผลึก ตรงกันข้ามกับตะกั่ว มันเป็นโลหะแข็ง แต่เปราะมากและแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยได้ง่าย พลวงเบากว่าตะกั่วมาก มีความถ่วงจำเพาะ 6.7 g/cm 3 น้ำและกรดอ่อนๆ ไม่มีผลต่อพลวง มันค่อยๆละลายในกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกที่แรง

ปลั๊กเซลล์ปิดช่องเปิดเซลล์ในฝาครอบแบตเตอรี่

ปลั๊กระบายอากาศกลางทำหน้าที่ปิดกั้นช่องจ่ายแก๊สในฝาครอบแบตเตอรี่

โมโนบล็อก- เป็นเคสแบตเตอรี่โพลีโพรพิลีน แบ่งตามพาร์ติชั่นเป็นเซลล์แยกกัน

น้ำกลั่นเติมลงในแบตเตอรี่เพื่อชดเชยความสูญเสียที่เกิดจากการสลายตัวของน้ำหรือการระเหยของน้ำ ควรใช้น้ำกลั่นเพื่อเติมแบตเตอรี่เท่านั้น!

อิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายของกรดซัลฟิวริกในน้ำกลั่น ซึ่งเติมปริมาตรของเซลล์อิสระและแทรกซึมเข้าไปในรูพรุนของมวลอิเล็กโทรดและตัวแยก

สามารถนำกระแสไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดที่แช่อยู่ในนั้นได้ (สำหรับรัสเซียตอนกลางที่มีความหนาแน่น 1.27-1.28 g/cm3 ที่ t=+20°C)

อิเล็กโทรไลต์ที่เคลื่อนที่ช้า:เพื่อลดอันตรายจากอิเล็กโทรไลต์ที่หกออกจากแบตเตอรี่ มีการใช้สารที่ลดความลื่นไหลของแบตเตอรี่ สารสามารถเติมลงในอิเล็กโทรไลต์ที่เปลี่ยนเป็นเจลได้ อีกวิธีหนึ่งในการลดความคล่องตัวของอิเล็กโทรไลต์คือการใช้แผ่นแก้วเป็นตัวคั่น

เปิดแบตเตอรี่- แบตเตอรี่ที่มีปลั๊กที่มีรูสำหรับเติมน้ำกลั่นและนำผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซออก รูสามารถจัดให้มีระบบระบายอากาศได้
ปิดสะสม- ตัวสะสมที่ปิดภายใต้สภาวะปกติ แต่มีอุปกรณ์ที่ช่วยให้ก๊าซถูกปล่อยออกมาเมื่อแรงดันภายในเกินค่าที่ตั้งไว้ โดยปกติจะไม่สามารถเติมอิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติมลงในแบตเตอรี่ดังกล่าวได้
แบตเตอรี่แห้ง- แบตเตอรี่แบบชาร์จได้ซึ่งเก็บไว้โดยไม่มีอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเพลต (อิเล็กโทรด) ซึ่งอยู่ในสถานะชาร์จแบบแห้ง

แผ่นท่อ (เปลือก)- เพลทบวก (อิเล็กโทรด) ซึ่งประกอบด้วยชุดของท่อที่มีรูพรุนซึ่งเต็มไปด้วยมวลแอคทีฟ

วาล์วนิรภัย- ส่วนหนึ่งของปลั๊กระบายอากาศซึ่งช่วยให้ก๊าซไหลออกได้ในกรณีที่มีแรงดันภายในมากเกินไป แต่ไม่อนุญาตให้อากาศเข้าไปในเครื่องสะสม

แอมแปร์ชั่วโมง (Ah)- เป็นการวัดพลังงานไฟฟ้า เท่ากับผลคูณของความแรงของกระแสเป็นแอมแปร์ และเวลาเป็นชั่วโมง (ความจุ)

แรงดันแบตเตอรี่- ความต่างศักย์ระหว่างขั้วของแบตเตอรี่ระหว่างการคายประจุ
ความจุของแบตเตอรี่- ปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายโดยแบตเตอรี่ที่ชาร์จจนเต็มเมื่อคายประจุจนถึงแรงดันไฟฟ้าสุดท้าย

ความต้านทานภายใน- ความต้านทานกระแสผ่านธาตุ วัดเป็นโอห์ม ประกอบด้วยความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์ ตัวคั่น และเพลต องค์ประกอบหลักคือความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริก

ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ - eแล้วลักษณะของร่างกายเท่ากับอัตราส่วนของมวลต่อปริมาตรที่ถูกครอบครอง มีหน่วยวัด ตัวอย่างเช่น ในหน่วย kg/l หรือ g/cm3

อายุการใช้งานแบตเตอรี่- อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด
Outgassing- การก่อตัวของก๊าซในกระบวนการอิเล็กโทรไลต์อิเล็กโทรไลต์

ปลดปล่อยตัวเอง- การสูญเสียความจุของแบตเตอรี่โดยธรรมชาติขณะพัก อัตราการคายประจุเองขึ้นอยู่กับวัสดุของเพลต สารเคมีเจือปนในอิเล็กโทรไลต์ ความหนาแน่น ความบริสุทธิ์ของแบตเตอรี่ และระยะเวลาการทำงาน

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่(แรงเคลื่อนไฟฟ้า) คือแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วขั้วของแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้วในวงจรเปิด นั่นคือในกรณีที่ไม่มีกระแสประจุหรือกระแสไฟจ่าย

วัฏจักร- หนึ่งลำดับของประจุและการปล่อยขององค์ประกอบ

การก่อตัวของก๊าซบนขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่ตะกั่ว มันถูกปล่อยออกมาอย่างล้นหลามเป็นพิเศษในช่วงสุดท้ายของการชาร์จแบตเตอรีตะกั่ว

แบตเตอรี่เจล- เป็นแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบปิดผนึก (ไม่ปิดผนึก เนื่องจากมีการปล่อยก๊าซเล็กน้อยเมื่อเปิดวาล์ว) ปิด โดยไม่ต้องบำรุงรักษาอย่างสมบูรณ์ (ไม่เติม) ด้วยอิเล็กโทรไลต์กรดคล้ายเจล (Dryfit และ Gelled Electrolite -เทคโนโลยีเจล)

เทคโนโลยี AGM(Absorbed Glass Mat) - แผ่นใยแก้วดูดซับ

คืนพลังงาน- อัตราส่วนของปริมาณพลังงานที่จ่ายออกเมื่อแบตเตอรี่หมดต่อปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการชาร์จให้อยู่ในสถานะเดิมภายใต้เงื่อนไขบางประการ พลังงานที่ส่งคืนสำหรับแบตเตอรี่กรดภายใต้สภาวะการทำงานปกติคือ 65% และสำหรับแบตเตอรี่อัลคาไลน์ 55 - 60%
พลังงานจำเพาะ- พลังงานที่แบตเตอรี่ปล่อยออกมาในระหว่างการคายประจุต่อหน่วยของปริมาตร V หรือมวล m เช่น W \u003d W / V หรือ W \u003d W / m พลังงานจำเพาะของแบตเตอรี่กรดคือ 7-25, นิกเกิล-แคดเมียม 11-27, เหล็กนิกเกิล 20-36, ซิลเวอร์-สังกะสี 120-130 W*h/kg

ไฟฟ้าลัดวงจรในแบตเตอรี่เกิดขึ้นเมื่อแผ่นเชื่อมต่อไฟฟ้าที่มีขั้วต่างกัน

ฉันแสดงความขอบคุณอย่างจริงใจต่อ Kuvalda (Kuvalda.spb.ru Ushkalov Evgeny Yurievich)
ที่สนับสนุนและให้กำลังใจ เขย่าวันเก่าๆ จำไว้
ว่าฉันยังคงเป็นนักฟิสิกส์และนักเคมี และรับหน้าที่เก่า:

ก่อนอื่น ฉันคิดว่าเป็นหน้าที่ของฉันที่จะต้องสังเกตว่า (ทั้งๆ ที่ฉันพยายามแล้ว) ข้อควรพิจารณาต่อไปนี้มีพื้นฐานมาจากวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ดังนั้นจึงต้องใช้ความพยายามบางอย่างเพื่อทำความเข้าใจ ผู้ที่ไม่ต้องการใช้ความพยายามเหล่านี้รวมถึงผู้ที่สับสนระหว่างแรงดันไฟฟ้าและความจุไม่แนะนำให้อ่าน - ดูแลตัวเองด้วย!

เพื่อความชัดเจนของการนำเสนอและไม่ต้องการใช้ข้อความมากเกินไปด้วยแนวคิดที่ซับซ้อนเกินไปของอุณหพลศาสตร์และจลนพลศาสตร์เคมีซึ่งไปไกลกว่าหลักสูตรทั่วไปของฟิสิกส์และเคมีของมหาวิทยาลัยเทคนิค ฉันจะยอมให้ตัวเองเข้าใจง่ายขึ้น (ถูกต้องในทุกกรณี) ซึ่ง (ไม่มีทาง) จะไม่ขัดกับความจริง - ฉันขอโทษล่วงหน้าต่อพวกชอบความสมบูรณ์แบบ ทุกคนสามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำด้วยตัวเอง - วรรณกรรมที่จำเป็นทั้งหมดมีอยู่ในห้องสมุดวิทยาศาสตร์และเทคนิคทุกแห่ง

ความสับสน

การสนทนาของฉันในหน้าของการประชุม UAZ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าผู้เข้าร่วมทั้งหมดในยานยนต์ของประเทศไม่เข้าใจอย่างชัดเจนว่าแบตเตอรี่คืออะไร เพื่อให้เข้าใจอย่างถูกต้อง ฉันจะพยายามกำหนดแนวความคิดที่ฉันจะจัดการ

แบตเตอรี่ (แบตเตอรี่)

ชุดเซลล์ (กระป๋อง) ต่อกันเป็นชุด จำนวน 6 ชุด ในข้อความ คำว่า "แบตเตอรี่" และแบตเตอรี่ถูกใช้เป็นคำพ้องความหมาย
เซลล์หรือที่เรียกว่า "แบงค์" เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของแบตเตอรี่ ซึ่งประกอบด้วยเพลต Pb - PbO2 ที่ทำงานอยู่อย่างน้อยหนึ่งคู่ (จริงๆ แล้วมีมากกว่า 10 คู่) ที่เต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์

แรงดันไฟฟ้า

สิ่งที่วัดที่ขั้วแบตเตอรี่โดยการเชื่อมต่อเครื่องทดสอบหรือมิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้าซึ่งอยู่บนแผงหน้าปัด เฉพาะคุณสมบัติภายนอก ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่างทั้งภายนอกและภายในแบตเตอรี่

โดยทั่วไป แรงดันไฟเป็นเพียงค่าเดียวที่วัดได้ตามปกติที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ ไม่มีสิ่งอื่นใดที่สามารถวัดได้อย่างถูกต้อง ไม่มีความจุ ไม่ใช่กระแสจริง ไม่มีความต้านทานภายในหรือ EMF

EMF

ล้วนๆ ภายในลักษณะเฉพาะ เซลล์ AKB น่าเสียดายที่มีผลกระทบอย่างน่าทึ่งที่สุด อาการภายนอกแบตเตอรี่.

ค่าของ EMF ถูกกำหนดโดยสภาวะสมดุลของปฏิกิริยาของรีเอเจนต์หลัก ในกรณีของเรา นี่คือ Pb + PbO2 + 2H2SO4 (-) + 2H (+) = 2PbSO4 + 2H2O

เป็นการยากที่จะกำหนดอย่างเป็นทางการ - ต้องใช้การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ที่ซับซ้อนของสถานะทางอุณหพลศาสตร์ของระบบ แต่ใน วิศวกรรมปฏิบัติใช้สูตรวิศวกรรมที่ให้ ความแม่นยำทางวิศวกรรมสำหรับแบตเตอรี่ตะกั่วในช่วงความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ 1.1-1.3 กก./ลิตร E=0.85+P โดยที่ Р คือความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์

นำไปใช้เพื่อกำหนด EMF ที่ค่าความหนาแน่นมาตรฐานของอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่รถยนต์ 1.27 เราได้รับค่า 2.12V ต่อขวดหรือ 12.7V ต่อแบตเตอรี่
สำหรับผู้ชอบความสมบูรณ์แบบมันไม่มีประโยชน์ที่จะมองหามิติที่นี่ เช่นเดียวกับในสูตรส่วนใหญ่สำหรับการคำนวณทางวิศวกรรมอย่างง่าย

ในทางปฏิบัติ สูตรนี้ยังคงมีประโยชน์สำหรับเรา
ด้วยความแม่นยำที่เราสนใจในที่นี้ ไม่มีปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่อขนาดของ EMF การพึ่งพา EMF กับอุณหภูมิประมาณหนึ่งในพันของโวลต์ต่อองศา ซึ่งสามารถมองข้ามได้อย่างชัดเจน
สารเจือปนโลหะผสมและเงินอื่นๆ ทั้งหมดช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ (เพิ่มความเสถียร เพิ่มอายุการใช้งาน ลดความต้านทานภายใน) แต่ไม่ส่งผลต่อ EMF

น่าเสียดายที่แบตเตอรี่สมัยใหม่สามารถวัดได้ทางอ้อมและด้วยสมมติฐานที่ทราบเท่านั้น ตัวอย่างเช่น สมมติว่ากระแสรั่วไหลเท่ากับศูนย์ (นั่นคือ ภายนอกแบตเตอรี่สะอาดและแห้ง ไม่มีรอยร้าวและรอยรั่วภายในระหว่างตลิ่ง ว่าไม่มีเกลือโลหะในอิเล็กโทรไลต์ และความต้านทานของ เครื่องมือวัดเป็นอนันต์)

สำหรับการวัดที่มีความแม่นยำที่น่าสนใจสำหรับเรา เพียงแค่ถอดแบตเตอรี่ออกจากผู้บริโภคทั้งหมด (ถอดขั้วออก) และใช้มัลติมิเตอร์แบบดิจิตอล (ในที่นี้ต้องคำนึงว่าระดับความแม่นยำของอุปกรณ์เหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่ อนุญาตให้กำหนดค่าที่แท้จริงทำให้เหมาะสำหรับการวัดแบบสัมพัทธ์เท่านั้น)

ความต้านทานภายใน

ปริมาณที่มีบทบาทสำคัญในการรับรู้ของเราเกี่ยวกับความเป็นจริงของแบตเตอรี่
ต้องขอบคุณเขาหรือการเพิ่มขึ้นของเขาที่ปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่เกิดขึ้น

อย่างง่าย นี้สามารถแสดงเป็นตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับแบตเตอรี่ ความต้านทานบางส่วน:

ค่าที่ไม่สามารถสัมผัสหรือวัดได้ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการออกแบบของแบตเตอรี่ ความจุ ระดับการคายประจุ การปรากฏตัวของซัลเฟตของเพลต การแตกภายใน ความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์และปริมาณของแบตเตอรี่ และแน่นอน อุณหภูมิ น่าเสียดายที่ความต้านทานภายในไม่ได้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ "เครื่องกล" เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับกระแสที่แบตเตอรี่ทำงานด้วย

ยิ่งแบตเตอรี่มีขนาดใหญ่เท่าใด ความต้านทานภายในก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น แบตเตอรี่ขนาด 70-100 Ah ใหม่มีความต้านทานภายในประมาณ 3-7 mOhm (ภายใต้สภาวะปกติ)

เมื่ออุณหภูมิลดลง อัตราการแลกเปลี่ยนของปฏิกิริยาเคมีจะลดลง และความต้านทานภายในจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ

แบตเตอรี่ใหม่มีความต้านทานภายในน้อยที่สุด โดยพื้นฐานแล้วจะพิจารณาจากการออกแบบองค์ประกอบที่มีกระแสไหลและความต้านทาน แต่ในระหว่างการใช้งานการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เริ่มสะสม - พื้นผิวที่ใช้งานของเพลตลดลง, ซัลเฟตปรากฏขึ้นและคุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงอิเล็กโทรไลต์ และการต่อต้านก็เริ่มเพิ่มขึ้น

กระแสไฟรั่ว

มีจำหน่ายในแบตเตอรี่ทุกประเภท มันเกิดขึ้น ภายในและ ภายนอก.

ภายในกระแสไฟรั่วมีขนาดเล็กและสำหรับแบตเตอรี่ 100Ah สมัยใหม่จะอยู่ที่ประมาณ 1 mA (เทียบเท่ากับการสูญเสียความจุ 1% ต่อเดือนโดยประมาณ) ค่าของมันถูกกำหนดโดยความบริสุทธิ์ของอิเล็กโทรไลต์โดยเฉพาะระดับการปนเปื้อนด้วยเกลือของโลหะ

ควรสังเกตว่ากระแสไฟรั่วภายนอกผ่านเครือข่ายออนบอร์ดของรถยนต์นั้นสูงกว่าแบตเตอรี่ที่ซ่อมบำรุงได้ภายในอย่างมาก

กระบวนการ

ส่วนใครที่ไม่อยาก "เข้า" ก็ข้ามส่วนนี้แล้วข้ามไปที่หมวดได้เลย

การคายประจุแบตเตอรี่

เมื่อแบตเตอรี่หมด กระแสจะถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการสะสมของ SO4 บนเพลต ซึ่งสัมพันธ์กับความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ที่ลดลงและความต้านทานภายในจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น

ลักษณะการคายประจุของแบตเตอรี่
เส้นโค้งบนสอดคล้องกับกระแสการคายประจุสิบชั่วโมง
ล่าง - สามนาฬิกา

สารออกฤทธิ์เกือบทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็นตะกั่วซัลเฟต นั่นคือเหตุผลที่การอยู่ในสถานะคายประจุเป็นเวลานานเป็นอันตรายต่อแบตเตอรี่ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดซัลเฟต จำเป็นต้องชาร์จแบตเตอรี่โดยเร็วที่สุด

ในเวลาเดียวกัน ยิ่งอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่มากขึ้น (เทียบกับมวลของตะกั่ว) ค่า EMF ของเซลล์จะลดลง สำหรับแบตเตอรี่ที่คายประจุ 50% ค่า EMF ที่ลดลงจะอยู่ที่ประมาณ 1% นอกจากนี้ "ปริมาณสำรอง" ของอิเล็กโทรไลต์จากผู้ผลิตหลายรายแตกต่างกัน ดังนั้น EMF ที่ลดลงและความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์จะแตกต่างกัน

เนื่องจาก EMF ลดลงเล็กน้อย แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะกำหนดระดับการคายประจุของแบตเตอรี่โดยเพียงแค่วัดแรงดันไฟฟ้าที่แบตเตอรี่ (สำหรับสิ่งนี้ มีปลั๊กโหลดที่กำหนดกระแสไฟที่สำคัญ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้เครื่องวัดแรงดันไฟฟ้าแบบปกติ (อุปกรณ์นี้ไม่ใช่โวลต์มิเตอร์ในความหมายที่แท้จริงของคำ แต่เป็นตัวบ่งชี้แรงดันไฟฟ้า) ของรถยนต์

กระแสไฟสูงสุดที่แบตเตอรี่สามารถให้ได้นั้นขึ้นอยู่กับพื้นผิวของเพลตเป็นหลัก และความจุของแบตเตอรี่ต่อมวลสารตะกั่ว ในกรณีนี้ แผ่นที่หนากว่าอาจมีประสิทธิภาพน้อยกว่า เนื่องจาก "ชั้นในของตะกั่วทำได้ยาก" ให้ทำงาน " นอกจากนี้ จำเป็นต้องมีอิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติม
ยิ่งผู้ผลิตสามารถสร้างเพลตได้มากเท่าไร ก็ยิ่งสามารถจัดหากระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นแบตเตอรี่ทั้งหมดที่สร้างขึ้นตามเทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันจะมีกระแสเริ่มต้นใกล้เคียงกัน แต่แบตเตอรี่ที่หนักกว่าสามารถให้ความจุมากกว่าสำหรับขนาดที่ใกล้เคียงกัน

ชาร์จแบตเตอรี่

กระบวนการชาร์จแบตเตอรี่ประกอบด้วยการสลายตัวทางไฟฟ้าเคมีของ PbSO4 บนอิเล็กโทรดภายใต้อิทธิพลของกระแสตรงจากแหล่งภายนอก
กระบวนการชาร์จแบตเตอรี่ที่คายประจุจนหมดจะคล้ายกับกระบวนการคายประจุเช่นเดียวกับที่ "พลิก" กลับหัวกลับหาง

ในขั้นต้น กระแสประจุจะถูกจำกัดโดยความสามารถของแหล่งกำเนิดในการสร้างกระแสที่ต้องการและความต้านทานขององค์ประกอบที่มีกระแสไฟ ในทางทฤษฎี มันถูกจำกัดโดยจลนศาสตร์ของกระบวนการละลาย (อัตราที่ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาจะถูกลบออกจากแกนกลาง) จากนั้นเมื่อโมเลกุลของกรดซัลฟิวริก "ละลาย" กระแสจะลดลง

หากละเลยกระบวนการด้านข้าง เมื่อชาร์จแบตเตอรี่จนเต็ม กระแสไฟจะกลายเป็นศูนย์ แบตเตอรี่หยุด "รับ" การชาร์จ น่าเสียดายที่แบตเตอรี่จริงมีกระแสไฟรั่วและน้ำอยู่เสมอ เพื่อชดเชยกระแสไฟรั่วจะใช้การชาร์จแบตเตอรี่อย่างต่อเนื่อง

ตามมาตรฐาน ขอแนะนำให้ชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่วโดยใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟ
แรงดันไฟชาร์จที่แนะนำต่อเซลล์ (ตาม VARTA) จะอยู่ที่ประมาณ 2.23V หรือ 13.4V สำหรับแบตเตอรี่ทั้งหมด แรงดันประจุที่สูงขึ้นจะทำให้มีประจุสะสมเร็วขึ้น แต่ในขณะเดียวกัน ปริมาณน้ำที่จะย่อยสลายก็เพิ่มขึ้น

ตำนาน:
แบตเตอรี่ที่ "ชาร์จแล้ว" จะเสื่อมสภาพและสูญเสียความจุ
อันที่จริงแบตเตอรี่ Ni-Cd เสื่อมสภาพ (สูญเสียความจุ) ด้วยการชาร์จเป็นเวลานานซึ่งจะไม่เกิดขึ้นกับแบตเตอรี่ตะกั่ว ตะกั่ว เมื่อชาร์จด้วยไฟฟ้าแรงสูง จะสูญเสียน้ำเท่านั้น (นั่นคือน้ำที่เดือด) - ในช่วงกว้าง กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์โดยเพียงแค่เติมน้ำ ด้วยการชาร์จไฟที่ยาวนานด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ "ถูกต้อง" (2.23V) จึงไม่เกิดการสูญเสียน้ำ

โชคดีสำหรับเราที่แบตเตอรี่ตะกั่วไม่เสื่อมสภาพในโหมดการชาร์จแบบลอยตัว ตรงกันข้าม โหมดนี้สนับสนุนและแนะนำอย่างยิ่ง ดังนั้น ในรถยนต์ (และในกรณีอื่นๆ ทั้งหมดที่ใช้ในอุตสาหกรรม) แบตเตอรี่ตะกั่วจะอยู่ในโหมดการชาร์จแบบคงที่ที่แรงดันไฟฟ้าในช่วง 2.23 - 2.4V ต่อเซลล์

จะเห็นได้จากรูปที่เมื่อแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า กระแสไฟชาร์จจะเพิ่มขึ้นเป็นสิบเท่า ซึ่งนำไปสู่การใช้น้ำอย่างไม่ยุติธรรมและความล้มเหลวของแบตเตอรี่ก่อนวัยอันควร

สำหรับแบตเตอรี่สมัยใหม่ กระแสไฟชาร์จที่เหมาะสมที่สุดจะอยู่ที่ประมาณ 15 mA (ซึ่งตรงกับแรงดันการชาร์จที่ 2.23V ต่อเซลล์) ด้วยกระแสดังกล่าว น้ำที่สลายตัวระหว่างอิเล็กโทรไลซิส "มีเวลา" ที่จะรวมตัวกันอีกครั้งในสารละลายและไม่สูญหาย นั่นคือ กระบวนการสามารถดำเนินต่อไปอย่างไม่มีกำหนด (ในแง่วิศวกรรม)

ฝึกฝน

แรงดันแบตเตอรี่

สับสนมากมาย แรงดันไฟฟ้าบนแบตเตอรี่ที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ ดังที่ระบุไว้แล้ว ปริมาณเหล่านี้สัมพันธ์กัน แต่ไม่เหมือนกัน นี่คือจุดที่การต่อต้านภายในมีบทบาทอย่างมาก

ตัวอย่างเช่น เมื่อคายประจุด้วยกระแสสตาร์ทตามคำสั่ง 400 A ความต้านทานภายใน 4 mOhm ตามกฎของโอห์ม จะกลายเป็นแรงดันตกที่ 1.6 V ความต้านทานโพลาไรซ์จะเพิ่มขึ้นอีกประมาณ 0.5 V - และสิ่งนี้ อยู่ที่จุดเริ่มต้นของการปลดปล่อย ข้อมูลที่ให้มานั้นสอดคล้องกับแบตเตอรี่ใหม่ที่มีความจุประมาณ 100 Ah สำหรับแบตเตอรี่รุ่นเก่า ล้าสมัย หรือเล็กกว่า การสูญเสียจะมากขึ้น สำหรับแบตเตอรี่ชนิดเดียวกันขนาด 50 Ah การสูญเสียจะมากเป็นสองเท่าโดยประมาณ

เมื่อชาร์จจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ซึ่งแสร้งทำเป็นว่าเป็นแหล่งจ่ายแรงดัน อันที่จริงมันเป็นแหล่งกำเนิดกระแสที่ถูกควบคุมโดยตัวควบคุม) แรงดันไฟฟ้าจะต้องสอดคล้องกับสภาวะของการชาร์จอย่างรวดเร็วและถูกกำหนดโดยรีเลย์ควบคุม

เนื่องจากระยะทางเฉลี่ยของรถยนต์ไม่เพียงพอต่อการชาร์จแบตเตอรี่จนเต็ม จึงใช้ค่าแรงดันไฟฟ้าประนีประนอมซึ่งค่อนข้างสูงกว่าค่าประจุแบบลอยตัวที่เหมาะสมที่ 2.23V ต่อเซลล์ หรือ 13.38V ต่อแบตเตอรี่ แต่ต่ำกว่าแรงดันชาร์จเร็วของแบตเตอรี่เล็กน้อย 2.4V (14.4V ต่อแบตเตอรี่) ค่าที่เหมาะสมคือ 13.8-14.2V ในเวลาเดียวกัน การสูญเสียน้ำยังคงเป็นที่ยอมรับ และแบตเตอรี่จะได้รับการชาร์จจนเต็มอย่างเพียงพอด้วยระยะทางเฉลี่ย

อายุ (การคายประจุ) ของแบตเตอรี่นำไปสู่ความจริงที่ว่าแรงดันไฟฟ้าที่สามารถให้ภายใต้โหลดลดลงเนื่องจากการสูญเสียขนาดใหญ่ในความต้านทานภายในแม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าไม่มีโหลด ค่าของมันยังคงเกือบจะเหมือนกับของใหม่ (ชาร์จเต็มแล้ว ). ดังนั้นจึงแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะระบุสถานะของแบตเตอรี่ด้วยโวลต์มิเตอร์

แบตเตอรี่ประเภทต่างๆ อาจมีความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ต่างกัน ในกรณีนี้ EMF (และด้วยเหตุนี้ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่แบบเปิด) อาจแตกต่างกันเล็กน้อยสำหรับแบตเตอรี่ที่แตกต่างกัน ในเวลาเดียวกัน แบตเตอรี่ที่คายประจุซึ่งมีความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์สูงกว่าสามารถสร้างค่าแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแบตเตอรี่ที่ชาร์จจนเต็มที่มีความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ต่ำกว่า

ตำนาน:
แรงดันแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
แรงดันไฟของแบตเตอรี่ที่ตัดการเชื่อมต่อนั้นไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ขึ้นอยู่กับความต้านทานภายในและปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ สตาร์ทเตอร์หมุนได้ไม่ดีเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกมากในความต้านทานภายใน และข้อจำกัดของเวลาการทำงานของสตาร์ตเตอร์นั้นสัมพันธ์กับความจุของแบตเตอรี่ที่ลดลงเนื่องจากกิจกรรมปฏิกิริยาเคมีลดลง

การเชื่อมต่อแบตเตอรี่

หัวข้อนี้ทำให้ฉันต้องทำงานขนาดใหญ่นี้ ข้อสรุปที่นำเสนอนี้ขึ้นอยู่กับเหตุผลที่ให้ไว้ข้างต้น ข้อสรุปเชิงปฏิบัติไม่ต้องการการโต้แย้ง

ตำนาน 1
ไม่สามารถเชื่อมต่อแบตเตอรี่รถยนต์แบบขนานได้ เนื่องจากในกรณีนี้ แบตเตอรี่ที่มีไฟฟ้าแรงสูงจะชาร์จแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำลงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นหนึ่งจะถูกชาร์จอย่างต่อเนื่องและอีกอันหนึ่งจะถูกปล่อยออกมา

มีข้อผิดพลาดตามข้อเท็จจริงและแนวคิดหลายประการในคำอธิบายนี้

เซลล์แบตเตอรี่ประกอบขึ้นจากแผ่นเปลือกโลกหลายคู่ (หรือหลายสิบคู่) ค่ามัธยฐานขนานกันเพื่อเพิ่มพื้นผิวที่มีประสิทธิภาพของเซลล์ ความขนานจึงเป็นหัวใจสำคัญของเทคโนโลยีแบตเตอรี่

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในกรณีที่ไม่มีโหลดจะมีเงื่อนไขเท่ากับ EMF
ดังที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ค่าของ EMF ในทางปฏิบัติไม่ได้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ภายนอกและภายในใดๆ ยกเว้นความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ ค่านี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความจุของแบตเตอรี่ ความพรุนของอิเล็กโทรด หรือสารเจือปนอัลลอยด์ หรือวัสดุของชิ้นส่วนที่มีกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับระดับการคายประจุของแบตเตอรี่เล็กน้อย ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่รถยนต์ตะกั่วสองก้อนที่เป็นไปตามมาตรฐาน จะอยู่ใกล้เสมอ. ความแตกต่างทางเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นเนื่องจากความไม่ถูกต้องของความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ (1.27-1.29 ตาม GOST ความคลาดเคลื่อนของ VARTA เป็นลำดับความสำคัญที่เล็กกว่า) สามารถกำหนดได้ง่าย (ดูด้านบน) และเท่ากับ 0.02V นั่นคือ 20 mV

หากเราคิดว่าในขณะที่สิ้นสุดการชาร์จ (ดับเครื่องยนต์) แบตเตอรี่ทั้งสองก้อนถูกชาร์จจนเต็ม ความต่างศักย์สูงสุดที่เป็นไปได้ที่ขั้วจะอยู่ที่ 20 mV โดยไม่คำนึงถึงสภาพ ผู้ผลิต ฯลฯ

แม้ว่าเราจะสันนิษฐานว่ามีการใช้แบตเตอรี่ประเภทต่างๆ (เช่น ยานยนต์และอุตสาหกรรมที่มีความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ 1.25) ในกรณีนี้ ความต่างศักย์จะอยู่ที่ประมาณ 40 mV เท่านั้น สำหรับแบตเตอรี่ที่ชาร์จจนเต็มแล้ว จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ประมาณ 3-5 mA ซึ่งใกล้เคียงกับกระแสไฟรั่วของแบตเตอรี่ที่ไม่ค่อยดี

การคายประจุด้วยกระแสดังกล่าวไม่มีนัยสำคัญสำหรับแบตเตอรี่และการชาร์จไฟเกินจะไม่เกิดขึ้น

ตอนนี้ให้พิจารณาสถานการณ์เมื่อแบตเตอรี่สองก้อนที่มีความจุต่างกันมากถูกรวมเข้าด้วยกันแบบขนาน

ที่จุดเริ่มต้นของการชาร์จ เมื่อกระแสถูกจำกัดด้วยความสามารถของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เป็นเรื่องปกติที่จะถือว่าแบตเตอรี่จะถูกแบ่งระหว่างแบตเตอรี่ตามสัดส่วนกับพื้นที่แอคทีฟของเพลต นั่นคือระดับการประจุของแบตเตอรี่ที่ประจุไม่สมบูรณ์จะใกล้เคียงกัน (ระยะสั้น) ระบบจะทำตัวเหมือนแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ที่ไม่มีเวลาชาร์จ

ตำนาน2
ในรถยนต์นำเข้าจะใช้รีเลย์พิเศษเพื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่ของอุปกรณ์เพิ่มเติม (เสริม) เพื่อไม่ให้เชื่อมต่อแบบขนาน (ตำนานที่ 1)

เรื่องไร้สาระที่สมบูรณ์ในมุมมองของข้างต้น การถ่ายทอดนี้มีจุดประสงค์ที่ธรรมดากว่ามาก เมื่อระบบไฟฟ้าของรถมีอุปกรณ์เพิ่มเติมมากมาย (เช่น ทีวี ดนตรีกำลังสูง ตู้เย็น ฯลฯ) มีความเป็นไปได้สูงที่แบตเตอรี่จะ "ลงจอด" เพื่อที่จะออกไปหลังจากวันที่สนุกสนานท่ามกลางธรรมชาติด้วยเสียงเพลง แบตเตอรี่สตาร์ทเตอร์จะถูกตัดการเชื่อมต่อ ดังนั้นจึงเลี่ยงการคายประจุออกได้ลึก
มีเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ เกี่ยวกับตำรวจของเราซึ่งในใจของพวกเขา "ตามล่า" โดยเรดาร์ที่เอะอะที่จะ "สว่างขึ้น":

ดังนั้นเอฟเฟกต์นี้จึงสำคัญกว่า "การชาร์จ" มาก

ข้อสรุปเชิงปฏิบัติ

เป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่อแบตเตอรี่แบบขนาน แต่คำนึงถึงคำแนะนำต่อไปนี้

• คุณไม่ควรใช้แบตเตอรี่ประเภทต่างๆ (เช่น ยานยนต์และอุตสาหกรรม) รวมทั้งแบตเตอรี่รุ่นต่างๆ (เช่น เขตร้อนและอาร์กติก) เนื่องจากใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีความหนาแน่นต่างกัน
• เมื่อจอดรถเป็นเวลานานควรถอดแบตเตอรี่ออกไม่เพียง แต่จากผู้บริโภคเท่านั้น แต่ยังต้องแยกจากกันด้วย

แบตเตอรี่ EMF (แรงเคลื่อนไฟฟ้า)คือความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าในกรณีที่ไม่มีวงจรภายนอก ศักย์ไฟฟ้าคือผลรวมของศักย์ไฟฟ้าสมดุล มันแสดงลักษณะของสถานะของอิเล็กโทรดที่อยู่นิ่ง นั่นคือ ไม่มีกระบวนการไฟฟ้าเคมี และศักย์ไฟฟ้าโพลาไรเซชัน ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นความต่างศักย์ของอิเล็กโทรดในระหว่างการชาร์จ (การคายประจุ) และในกรณีที่ไม่มีวงจร

กระบวนการแพร่

เนื่องจากกระบวนการแพร่ การปรับความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในช่องของเคสแบตเตอรี่และในรูพรุนของมวลที่ใช้งานของเพลต โพลาไรซ์ของอิเล็กโทรดจึงสามารถคงอยู่ในแบตเตอรี่เมื่อปิดวงจรภายนอก

อัตราการแพร่โดยตรงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์ ยิ่งอุณหภูมิสูงเท่าใด กระบวนการก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น และสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากในเวลาตั้งแต่สองชั่วโมงถึงหนึ่งวัน การมีอยู่ของส่วนประกอบสองส่วนของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดในสภาวะชั่วครู่นำไปสู่การแบ่งออกเป็นดุลยภาพและไม่สมดุล แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่.
เกี่ยวกับความสมดุล แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ปริมาณและความเข้มข้นของไอออนของสารออกฤทธิ์ในอิเล็กโทรไลต์ ตลอดจนคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของสารออกฤทธิ์ บทบาทหลักในขนาดของ EMF นั้นเล่นโดยความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์และอุณหภูมิแทบไม่มีผลกับมัน การพึ่งพา EMF ต่อความหนาแน่นสามารถแสดงได้โดยสูตร:

โดยที่ E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ (V)

P - ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ลดลงเหลืออุณหภูมิ 25 กรัม C (g/cm3) สูตรนี้ใช้ได้กับความหนาแน่นของการทำงานของอิเล็กโทรไลต์ในช่วง 1.05 - 1.30 g/cm3 EMF ไม่สามารถระบุลักษณะระดับการหายากของแบตเตอรี่ได้โดยตรง แต่ถ้าคุณวัดที่ข้อสรุปและเปรียบเทียบกับความหนาแน่นที่คำนวณได้ คุณสามารถตัดสินสถานะของเพลตและความจุได้ในระดับหนึ่ง
ที่เหลือความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุนของอิเล็กโทรดและโพรงของโมโนบล็อกจะเท่ากันและเท่ากับ EMF ที่เหลือ เมื่อเชื่อมต่อผู้บริโภคหรือแหล่งกำเนิดประจุ โพลาไรซ์ของเพลตและความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในรูพรุนของอิเล็กโทรดจะเปลี่ยนไป สิ่งนี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงใน EMF เมื่อชาร์จ ค่า EMF จะเพิ่มขึ้น และเมื่อคายประจุ ค่าจะลดลง นี่เป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการไฟฟ้าเคมี

แบตเตอรี่ - แบตเตอรี่ EMF - แรงเคลื่อนไฟฟ้า

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่คายประจุด้วยอิเล็กโทรไลต์ความหนาแน่นสูงจะมากกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่ชาร์จด้วยสารละลายกรดอ่อนกว่า ดังนั้นระดับการประจุของแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นเริ่มต้นที่ไม่รู้จักของสารละลายไม่ควรตัดสินโดยพิจารณาจากการอ่านค่าของอุปกรณ์เมื่อวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าโดยไม่ต้องโหลดที่เชื่อมต่อ
แบตเตอรี่มีความต้านทานภายในที่ไม่คงที่ แต่จะเปลี่ยนแปลงระหว่างการชาร์จและการคายประจุ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของสารออกฤทธิ์ ปัจจัยที่ชัดเจนที่สุดประการหนึ่งในความทนทานของแบตเตอรี่คืออิเล็กโทรไลต์ เนื่องจากความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์ไม่เพียงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย ความต้านทานของแบตเตอรี่จึงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์ด้วย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานจะลดลง
การปรากฏตัวของตัวคั่นยังเพิ่มความต้านทานภายในขององค์ประกอบ
ปัจจัยอีกประการหนึ่งที่เพิ่มความต้านทานขององค์ประกอบคือความต้านทานของวัสดุที่ใช้งานและตะแกรง นอกจากนี้ สถานะการชาร์จยังส่งผลต่อความต้านทานของแบตเตอรี่อีกด้วย ตะกั่วซัลเฟตที่เกิดขึ้นระหว่างการคายประจุบนแผ่นทั้งขั้วบวกและขั้วลบ จะไม่นำไฟฟ้า และการมีอยู่ของมันจะเพิ่มความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าได้อย่างมาก ซัลเฟตจะปิดรูพรุนของเพลตเมื่ออยู่ในสถานะมีประจุ และด้วยเหตุนี้จึงป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์เข้าถึงวัสดุที่ใช้งานอยู่ได้ฟรี ดังนั้นเมื่อประจุองค์ประกอบ ความต้านทานจะน้อยกว่าในสถานะการคายประจุ

บ้าน » การปรับแต่ง » แรงดันไฟแบตเตอรี่รถยนต์ปกติและวิธีการวัด แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นได้อย่างไรในแบตเตอรี่กรด