Кроме того, с понижением температуры уменьшается значение разряженности батареи, при котором начинается резкое увеличение сопротивления.

Если омическое сопротивление аккумулятора имеет ту же природу, что и сопротивление всех проводников, то физический смысл сопротивления поляризации следует пояснить особо. При рассмотрении факторов, влияющих на э. д. с. аккумулятора при прохождении через аккумулятор зарядного или разрядного тока, отмечалось изменение плотности электролита, находящегося в непосредственном контакте с электродами. При разряде плотность электролита у электродов уменьшается и уменьшается э. д. с. аккумулятора на величину, называемую э. д. с. поляризации разряда. При заряде происходит увеличение плотности и, следовательно, э. д. с. аккумулятора — на величину э. д. с. поляризации заряда. После прекращения заряда или разряда э. д. с. поляризации не исчезает мгновенно, она уменьшается постепенно по мере того, как в результате диффузии происходит выравнивание плотности электролита. В процессе заряда и разряда э. д. с. поляризации проявляется как падение напряжения внутри аккумулятора. Поэтому условно э. д. с. поляризации выражают через сопротивление поляризации, т. е. аналогично падению напряжения на омическом сопротивлении.

Сопротивление поляризации увеличивается с понижением температуры и уменьшается с повышением тока (как при разряде, так и при заряде).

Таким образом, внутреннее сопротивление аккумулятора увеличивается с увеличением разряженности, при уменьшении тока и понижении температуры электролита.

Напряжение разряда и заряда. При разряде аккумулятора его равновесная э. д. с. Е распределяется между внутренним участком цепи, где она преодолевает внутреннее сопротивление, и внешним, где посредством присоединенного потребителя (нагрузки) электрическая энергия преобразуется в другой вид энергии. Та часть э. д. е., которая при разряде приходится на внешний участок цепй, называется напряжением разряда аккумулятора Uр. Потери же на внутреннем участке носят название внутренних потерь напряжения RIP.

Зная характер изменения равновесной э. д. с. и внутреннего сопротивления от ряда факторов, можно сказать, что напряжение разряда уменьшается с увеличением разряженности аккумулятора, понижением температуры электролита, увеличением разрядного тока.

Перед началом разряда равновесная э. д. с. имеет значение Ео, соответствующее определенной плотности электролита. В начале разряда постоянным по силе током происходит резкое падение напряжения разряда (участок а—б) за счет внутренних потерь напряжения на омическом сопротивлении батареи. Затем происходит быстрое, но плавное снижение напряжения (участок б—в) за счет появления э. д. с. поляризации. Нарастание э. д. с. поляризации происходит до тех пор, пока не установится определенная разность концентраций электролита (у поверхности электродов и в общем объеме), обеспечивающая поступление к электродам необходимого для реакций количества кислоты. Следующий участок в—г характеризуется относительно медленным снижением напряжения в результате уменьшения равновесной э. д. с. из-за общего снижения плотности электролита. К концу разряда, когда активные вещества на поверхности электродов превращаются в сульфат свинца, а к находящимся в глубине доступ электролита затруднен, увеличиваются омическое сопротивление и э. д. с. поляризации, а напряжение разряда быстро падает (участок г—д). При прекращении разряда напряжение повышается скачком на величину омических потерь (участок д—е). При этом происходит плавное уменьшение э. д. с. поляризации за счет выравнивания плотности электролита у поверхности электродов и в общем объеме (участок е—ж). Поэтому на этом участке происходит плавное увеличение э. д. е., значение которой приближается к значению равновесной э. д. с.

Перед началом заряда равновесная э. д. с. также имеет какое-то начальное значение Ео, соответствующее плотности электролита в аккумуляторе. В начале заряда постоянной силы током наблюдаются те же процессы, что и в. начале разряда, но протекают они в обратном направлении. Сначала (участок а—б) происходит резкое увеличение напряжения заряда по отношению к э. д. с. на величину падения напряжения на омическом сопротивлении. Участок б—в характеризуется нарастанием э. д. с. поляризации, связанным с быстрым увеличением плотности электролита у поверхности электродов. Затем (участок в—г) напряжение нарастает медленно, что обусловлено ростом равновесной э. д. с. благодаря общему увеличению плотности электролита. К концу заряда, когда почти весь сульфат свинца

превратился в двуокись свинца на положительном электроде и в губчатый свинец на отрицательном, в электролите происходит главным образом разложение воды. В результате разложения воды увеличивается э. д. с. поляризации аккумулятора, что приводит к увеличению напряжения заряда (участок г—д). На участке д—е происходит уже только разложение воды, сопровождающееся появлением на поверхности электролита пузырьков газа (кислорода и водорода). На этом участке напряжение остается постоянным. Обильное газовыделение («кипение» электролита) и постоянство напряжения служат признаком конца заряда.

При прекращении заряда напряжение скачком падает на величину падения напряжения на омическом сопротивлении (участок е—ж). Затем происходит плавное уменьшение э. д. с. поляризации, которое исчезает при полном выравнивании плотности электролита во всем объеме (участок ж—з).

Напряжение батареи при разряде будет равно сумме напряжений ее аккумуляторов за вычетом падения напряжения на межэлементных соединениях. При заряде падение напряжение на межэлементных соединениях суммируется с напряжениями аккумуляторов.

В эксплуатации наиболее важно, чтобы аккумуляторная батарея обеспечивала надежное питание стартера при пуске двигателя. Однако при понижении температуры в результате действия рассмотренных выше факторов разрядное напряжение понижается (рис. 1.10). Это является одной из основных причин затрудненного пуска двигателя в холодное время года.

Емкость. В зависимости от количества активных веществ и электролита аккумулятор одним и тем же током может разряжаться различное время. Количество электричества, которое аккумулятор отдает при разряде, называется емкостью.

При определенном количестве активных веществ и электролита емкость в значительной степени зависит от коэффициента использования веществ, определяемого отношением массы расходуемых активных веществ к их полной массе.

Теоретически для получения 1А-ч электричества необходимо 4,46 г двуокиси свинца, 3,87 г свинца и 3,66 г серной кислоты. Однако у современных стартерных батарей активных веществ содержится в 2 раза больше.

Важнейшими факторами, влияющими на коэффициент использования активных веществ, являются пористость активной массы, толщина электродов, плотность и температура электролита, режим разряда.

Повышение пористости активной массы позволяет улучшить условия поступления электролита в глубь электродов и за счет этого увеличить количество веществ, участвующих в реакциях.

Уменьшение толщины электродов позволяет значительно увеличить коэффициент использования активной массы, особенно при токах разряда большой величины. У тонких электродов внутренние слои активной массы используются эффективнее, чем у толстых.

С увеличением плотности электролита коэффициент использования активной массы растет. Однако повышенная плотность приводит к снижению срока службы батарей. Поэтому плотность электролита определяют условия эксплуатации аккумуляторных батарей.

Различают длительные режимы разряда, при которых разряд производят небольшими токами в течение нескольких часов (например, 10- и 20-часовой режимы разряда), и короткие или стар-терные, при которых разряд длится несколько минут большими токами.

Увеличение тока разряда уменьшает коэффициент использования активной массы и, следовательно, емкость. При больших :токах разряда поверхностные слои электродов быстро превращаются в сульфат свинца, который закупоривает поры, и внутренние слои активной массы почти не участвуют в реакциях.

Для сравнения различных стартерных батарей введено понятие номинальной емкости. Под ней понимают емкость, которую должна отдать полностью заряженная батарея в установленном режиме разряда. Для стартерных батарей номинальная емкость С2о задается в 20-часовом режиме при температуре электролита 25 °С током такой величины, при котором через 20 ч напряжение на 12-вольтовой батарее снижается до 10,5 В.

Например, если емкость 12-вольтовой аккумуляторной батареи в 20-часовом режиме разряда 90 А-ч, это означает, что при разряде батареи током 4,5 А (0,05 С20) при температуре электролита 25 °С до напряжения 10,5 В время разряда составит не менее 20 ч.

При стартерных режимах разряда емкость не рассчитывается. Для оценки характеристик батарей в стартерных режимах пользуются напряжением и продолжительностью разряда. Разрядный ток обычно задается численно равным утроенному значению номинальной емкости.

Понижение температуры электролита приводит к уменьшению емкости. Это является следствием увеличения вязкости электролита, вызывающего повышение сопротивления поляризации и омического сопротивления. При больших токах разряда влияние температуры электролита на емкость сказывается сильнее.

Чтобы восстановить емкость аккумуляторной батареи, отданную при разряде, необходимо в режиме заряда сообщить батарее несколько большую емкость. Это объясняется тем, что часть энергии при заряде идет на побочные процессы, например на процесс разложения воды. Отношение числа ампер-часов, отданных при разряде, к числу ампер-часов, полученных батарей при заряде, называется коэффициентом отдачи по емкости. Для стартерных батарей он равен 0,85 при длительных режимах разряда.

Саморазряд. Аккумуляторная батарея, отключенная от разрядной цепи, самопроизвольно разряжается. Такой разряд батареи называется саморазрядом.

Во время эксплуатации батарей бывают нормальный и повышенный саморазряды. Нормальный саморазряд — явление естественное и неизбежное в отличие от повышенного.

Нормальный саморазряд новых аккумуляторных батарей (кроме необслуживаемых) при температуре электролита 20± ±5°С не должен превышать 10% номинальной емкости за 14 сут. Для необслуживаемых (малообслуживаемых) батарей саморазряд не должен превышать 10 % за 90 сут.

Нормальный саморазряд аккумулятора происходит по следующим причинам. Решетка положительного электрода, состоящая из свинца, не полностью контактирует с активной массой (двуокисью свинца), и между свинцом решетки и активной массой в присутствии электролита из-за различного химического состава материалов электрода возникает разность потенциалов. Иными словами, в этих местах образуются гальванические элементы, которые сами, находясь в состоянии разряда, постепенно разряжают электрод.

Решетка отрицательного электрода, состоящая из свинца, и его активная масса (губчатый свинец) представляют собой два электрода, между которыми также возникает разность потенциалов, вызывающая саморазряд.

Кроме этого, причинами нормального саморазряда являются трудноудаляемые примеси металлов, содержащиеся в материалах, из которых изготовляют электроды, и примеси, находящиеся в электролите. Наиболее подвержен саморазряду отрицательный электрод.

Одной из причин нормального саморазряда является также то, что плотность электролита, находящегося в нижней части аккумулятора, всегда немного больше плотности электролита, находящегося в его верхней части. Поэтому между верхней и нижней частями электродов возникает разность потенциалов, приводящая к саморазряду.

Повышенный саморазряд аккумуляторных батарей происходит по следующим причинам.

При небрежной заливке электролита в аккумуляторы, а также при бурном газовыделении наружная поверхность аккумулятора может оказаться смоченной электролитом, что значительно увеличивает саморазряд. Величина такого саморазряда в некоторых случаях превышает 5—10 % емкости батареи в сутки.

Причиной повышенного саморазряда батареи может служить также применение дистиллированной воды или электролита, содержащих вредные примеси.

Содержание в электролите даже незначительных количеств меди и особенно железа намного увеличивает саморазряд батареи.

В процессе эксплуатации саморазряд аккумуляторных батарей постепенно увеличивается и резко возрастает к концу срока их службы.

Саморазряд батарей в значительной степени зависит от температуры электролита. С понижением температуры электролита он уменьшается и при отрицательных температурах у новых батарей практически прекращается.

Срок службы. При соблюдении правил эксплуатации, определяемых инструкцией по эксплуатации «Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные», заводами-изготовителями гарантируются определенные (гарантийные) сроки службы батарей. Гарантируется нормальная работа аккумуляторных батарей в течение 18 мес со дня ввода батарей в эксплуатацию. Так как срок службы зависит от пробега (интенсивности эксплуатации) автомобиля, на котором эксплуатируется аккумуляторная батарея, то в пределах гарантийного срока службы оговаривается гарантийная наработка, которая должна быть не более 60 тыс. км.

Это означает, что батарея, вышедшая из строя в пределах гарантийного срока службы и имеющая наработку более 60 тыс. км, гарантийной замене не подлежит.