1. Основные характеристики аккумуляторов
1.1. Классификация химических источников тока
Химическими источниками тока называются устройства, в которых химическая энергия при разряде за счет окислительно-восстановительных процессов превращается в электрическую. По характеру работы химические источники тока делятся на две группы: гальванические элементы или первичные источники тока и электрические аккумуляторы или вторичные источники тока.
К группе первичных химических источников тока относятся устройства, в которых активные материалы могут быть использованы лишь однократно.
К группе вторичных химических источников тока относятся источники тока, которые могут восстанавливать свою работоспособность после разряда путем последующего заряда. Эти источники тока называются электрическими аккумуляторами, т. е. накопителями электрической энергии (в виде химической энергии) для ее последующего использования.
Конструкция химических источников тока может быть самая различная, но в принципе и гальванические элементы и аккумуляторы состоят из двух электродов - проводников первого рода, разделенных слоем электролита - проводником второго рода. Знаки электродов и их название - анод и катод - соответствуют протекающим на них окислительно-восстановительным процессам. Так, при разряде химические источники тока отрицательным электродом или анодом называется тот электрод, на котором протекает процесс окисления, а положительным или катодом - электрод, на котором идет процесс восстановления.
Освобождающиеся на аноде электроны ввиду разности электродных потенциалов данного источника тока направляются по внешней цепи источника к катоду. Таким образом, разрядный ток источника по внешней цепи будет направлен от катода к аноду. Направление тока заряда противоположно направлению тока разряда, следовательно, и процессы, протекающие при заряде химических источников тока, по своей природе обратны тем, которые протекают при разряде.
1.2. Схемы соединения элементов
В большинстве случаев аккумуляторы используются группами или батареями, количество элементов в батарее и их величина зависят от требований, предъявляемых эксплуатацией. Аккумуляторы в батарее можно соединить несколькими способами, но каждый раз нужно выбирать самое экономичное для данного случая решение. Два фактора диктуют выбор схемы соединения элементов с одной стороны, необходимый уровень напряжения, с другой - необходимая емкость. Когда элементы соединены последовательно, т. е. когда положительный полюс одного элемента соединяется с отрицательным полюсом другого элемента, как показано на рис.1.1, то напряжение всех элементов складывается. Два элемента, соединенных последовательно, дают напряжение, в 2 раза большее напряжения одного элемента, пять элементов дают напряжение, в 5 раз большее, и т. д.
Рис.1.1. Последовательное соединение элементов | Рис.1.2. Параллельное соединение элементов |
Емкость же батареи последовательно соединенных элементов не превышает емкости одного элемента. Элементы могут быть соединены параллельно, т. е. одноименными полюсами (рис. 1.2). Напряжение батареи параллельно соединенных элементов не выше напряжения одного элемента, но емкость такой батареи эквивалентна сумме емкостей отдельных элементов. Такая схема соединения аккумуляторов не нашла широкого распространения, так как целесообразнее брать один аккумулятор необходимой емкости, а не соединять параллельно несколько аккумуляторов меньшей мощности.
При необходимости смешанного соединения элементы соединяют, как показано на рис. 1.3 и 1.4. Элементы могут быть собраны в последовательные ряды, а эти ряды затем соединяются параллельно (рис. 1.3). Можно элементы собрать в параллельные группы, а затем группы соединить последовательно (рис. 1.4). Напряжение и емкость батареи в обоих случаях одинаковы. Первый способ соединения предпочтителен для аккумуляторов. Для сухих элементов лучше второй способ.
Параллельное соединение групп последовательно соединенных аккумуляторов применяется в случаях, когда требуется очень большая емкость или когда зарядное устройство не может обеспечить заряд батареи, если все элементы будут соединены последовательно.
В некоторых установках с большим числом элементов со смешанным соединением соединяют электрически все точки равного потенциала. Это способствует уравниванию нагрузок отдельных аккумуляторов и снижает общее сопротивление межэлементных и межгрупповых соединений.
Рис. 1.3. Параллельное соединение последовательных групп элементов | Рис. 1.4. Последовательное соединение |
Аккумуляторная батарея Трипольской ТЭС
Рис. 1.5. Аккумуляторная батарея Трипольской ТЭС
Рис. 1.6. Аккумуляторная батарея Трипольской ТЭС
