Blybatteri: arbejde, konstruktion og opladning / afladning

Næsten alle bærbare og håndholdte enheder består af et batteri. Batteriet er en lagerenhed, hvor energi lagres for at give strømmen, når det er nødvendigt. Der findes forskellige typer af batterier til rådighed i denne moderne elektronik verden, blandt dem Lead Acid batteri er almindeligt anvendt til høj strømforsyning. Normalt har blybatterier større størrelse med hård og tung konstruktion, de kan gemme en høj mængde energi og bruges generelt i biler og invertere.

Selv efter at have fået konkurrence med Li-ion-batterier, øges efterspørgslen efter blybatterier dag for dag, fordi de er billigere og nemme at håndtere i sammenligning med Li-ion-batterier. I henhold til nogle markedsundersøgelser forventes markedet for blybatteri i Indien at vokse ved CAGR på over 9% i løbet af 2018-24. Så det har en enorm efterspørgsel på markedet inden for automatisering, bilindustrien og forbrugerelektronik. Alt i alt kommer det meste af det elektriske køretøj med lithion-ion-batterier, men der er stadig mange elektriske tohjulede hjul, der bruger blysyre-slag til at drive køretøjet.

I forrige tutorial lærte vi om lithium-ion-batterier, her vil vi forstå arbejdet, konstruktionen og anvendelserne af blybatterier. Vi vil også lære om opladning / afladning af ratings, krav og sikkerhed for blybatterier.

Konstruktion af blybatteri

Hvad er et blybatteri? Hvis vi bryder navnet Blybatteri, får vi Bly, Syre og Batteri. Bly er et kemisk element (symbolet er Pb og atomnummeret er 82). Det er et blødt og formbart element. Vi ved, hvad syre er; det kan donere en proton eller acceptere et elektronpar, når det reagerer. Så et batteri, der består af bly og vandfri lodssyre (undertiden forkert kaldet blyperoxid) kaldes som blybatteri.

Nu, hvad er den interne konstruktion?

Et blybatteri består af følgende ting, vi kan se det i billedet nedenfor:

Et blybatteri består af plader, separator og elektrolyt, hård plastik med et hårdt gummihus.

I batterierne er pladerne af to typer, positive og negative. Den positive består af blydioxid og negativ består af svampebly. Disse to plader adskilles ved hjælp af en separator, der er et isolerende materiale. Denne samlede konstruktion opbevares i et hårdt plastikhus med en elektrolyt. Den elektrolyt er vand og svovlsyre.

Kassen i hård plast er en celle. En enkeltcellelager typisk 2.1V. Af denne grund består et 12V blybatteri af 6 celler og leverer typisk 6 x 2,1V / celle = 12,6V.

Nu, hvad er afgift lagerkapacitet på?

Det er meget pålideligt af det aktive materiale (elektrolytmængde) og pladens størrelse. Du har måske set, at lithiumbatteriets lagringskapacitet er beskrevet i mAh eller milliamp-timers vurdering, men i tilfælde af blybatteri er det Amp-time. Vi beskriver dette i senere afsnit.

Arbejde med blybatteri

Arbejdet med blybatteriet handler om kemi, og det er meget interessant at vide om det. Der er enorme kemiske processer, der er involveret i opladning og afladning af blybatteri. Den fortyndede svovlsyre H ₂ SO ₄ molekyler bryde i to dele, når syren opløses. Det vil skabe positive ioner 2H + og negative ioner SO ₄ -. Som vi tidligere har fortalt, er to elektroder forbundet som plader, anode og katode. Anode fanger de negative ioner, og katoden tiltrækker de positive ioner. Denne binding i Anode og SO ₄ - og katode med 2H + interchange elektroner og som yderligere reagerer med H2O eller med vand (fortyndet svovlsyre, svovlsyre + Water).

Batteriet har to kemiske reaktionstilstande: Opladning og afladning.

Bly-syre-batteriopladning

Som vi ved, for at oplade et batteri, skal vi give en spænding, der er større end terminalspændingen. Så for at oplade et 12,6V batteri kan der anvendes 13V.

Men hvad sker der faktisk, når vi oplader et blysyrebatteri?

Nå, de samme kemiske reaktioner, som vi beskrev før. Specielt når batteriet tilsluttes med opladeren, svovlsyredampene molekyler bryde ind to ioner, positive ioner 2H + og negative ioner SO ₄ -. De hydrogen exchange elektroner med katoden og bliver hydrogen, dette brint reagerer med PbSO ₄ i katoden og danner Svovlsyre (H ₂ SO ₄) og bly (Pb). På den anden side, SO ₄ - udveksle elektroner med anode og bliver radikal SO ₄. This SO ₄ reagerer med PbSO ₄ af anode og skabe blyperoxid PbO ₂ og svovlsyre (H ₂ SO ₄). Energien lagres ved at øge sværhedsgraden af svovlsyre og øge cellepotentialespændingen.

Som forklaret ovenfor finder følgende kemiske reaktioner sted ved anode og katode under opladningsprocessen.

Ved katoden

PbSO ₄ + 2e ^- => Pb + SO ₄ ^2-

Ved anode

PbSO ₄ + 2H ₂ O => PbO ₂ + SO ₄ ^2- + 4H ^- + 2e ^-

Ved at kombinere over to ligninger vil den samlede kemiske reaktion være

2PbSO ₄ + 2H ₂ O => PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄

Der findes forskellige metoder til opladning af blysyrebatteriet. Hver metode kan bruges til specifikt blysyrebatteri til specifikke applikationer. Nogle applikationer bruger konstant spændingsopladningsmetode, nogle applikationer bruger en konstant strømmetode, mens kildeafladning også er nyttig i nogle tilfælde. Normalt leverer batteriproducenten den rigtige metode til opladning af de specifikke blysyrebatterier. Konstant strømopladning bruges typisk ikke til opladning af blybatteri.

Den mest almindelige opladningsmetode, der anvendes i blybatteri, er opladningsmetode med konstant spænding, hvilket er en effektiv proces med hensyn til opladningstid. I fuld opladningscyklus forbliver opladningsspændingen konstant, og strømmen faldt gradvist med stigningen i batteriets opladningsniveau.

Blybatteri aflades

Afladning af et blybatteri er igen involveret i kemiske reaktioner. Svovlsyren er i fortyndet form med typisk et forhold på 3: 1 med vand og svovlsyre. Når belastningerne er forbundet over pladerne, den svovlsyre igen pauser i positive ioner 2H + og negative ioner SO ₄. Hydrogenionerne reagere med PbO ₂ og gøre PbO og vand H ₂ O. PbO begynder at reagere med H ₂ SO ₄ og skaber PbSO ₄ og H ₂ O.

På den anden side SO ₄ - ioner udveksler elektroner fra Pb, skaber radikal SO ₄, som yderligere skaber PbSO ₄ reagere med Pb.

Som forklaret ovenfor finder følgende kemiske reaktioner sted ved anode og katode under afladningsprocessen. Disse reaktioner er nøjagtigt modsatte af opladningsreaktioner:

Ved katoden

Pb + SO ₄ ^2- => PbSO ₄ + 2e ^-

Ved anode:

PbO ₂ + SO ₄ ^2- + 4H ^- + 2e ^- => PbSO ₄ + 2H ₂ O

Ved at kombinere over to ligninger vil den samlede kemiske reaktion være

PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄ => 2PbSO ₄ + 2H ₂ O

På grund af elektronudvekslingen på tværs af anode og katode påvirkes elektronbalance over pladerne. Elektronerne strømmer derefter gennem belastningen, og batteriet aflades.

Under denne udledning falder tyngdekraften af den fortyndede svovlsyre. Samtidig falder den potentielle forskel på cellen.

Risikofaktor og elektrisk vurdering

Blybatteriet er skadeligt, hvis det ikke vedligeholdes sikkert. Da batteriet genererer brintgas under den kemiske proces, er det meget farligt, hvis det ikke bruges i det ventilerede område. Ukorrekt opladning beskadiger også batteriet alvorligt.

Hvad er standardkaraktererne for blybatteri?

Hvert blysyrebatteri er forsynet med datablad til standard ladestrøm og aflader strøm. Typisk kan et 12V blysyrebatteri, der er anvendeligt til bilindustrien, være i området fra 100Ah til 350Ah. Denne vurdering er defineret som udledningsvurderingen med en 8 timers tidsperiode.

For eksempel kan et 160Ah batteri give 20A forsyningsstrøm til belastningen i 8 timers varighed. Vi kan trække mere aktuelt, men det tilrådes ikke at gøre det. Ved at trække mere strøm end den maksimale afladningsstrøm i forhold til 8 timer, vil det beskadige batteriets effektivitet, og batteriets interne modstand kan også ændres, hvilket yderligere øger batteriets temperatur.

På den anden side skal vi under opladningsfasen være forsigtige med opladningens polaritet, den skal være korrekt forbundet med batteriets polaritet. Omvendt polaritet er farlig for opladning af blybatteri. Den færdige oplader leveres med en opladningsspænding og en ladestrømmåler med en kontrolmulighed. Vi skal give større spænding end batterispændingen for at oplade batteriet. Maksimal opladningsstrøm skal være den samme som den maksimale forsyningsstrøm ved 8 timers udladningshastigheder. Hvis vi tager det samme 12V 160Ah-eksempel, er den maksimale forsyningsstrøm 20A, så den maksimale sikre opladningsstrøm er 20A.

Vi bør ikke øge eller give stor opladningsstrøm, da dette vil resultere i varme og øget gasproduktion.

Regler for vedligeholdelse af blybatteri

Vanding er den mest forsømte vedligeholdelsesfunktion i oversvømmede blysyrebatterier. Da overopladning mindsker vand, er vi nødt til at kontrollere det ofte. Mindre vand skaber oxidation i pladerne og nedsætter batteriets levetid. Tilsæt destilleret eller ioniseret vand efter behov.
Kontroller for ventilationsåbningerne, de skal perfektioneres med gummihætter, ofte sidder gummihætterne fast med hullerne for tæt.
Genoplad blybatterier efter hver brug. En lang periode uden genopladning giver sulfatering i pladerne.
Frys ikke batteriet eller oplad det mere end 49 grader Celsius. I kolde omgivende batterier skal de være fuldt opladede, da de er fuldt opladede batterier sikrere end de tomme batterier med hensyn til frysning.
Undlad at aflade batteriet dybt under 1,7 V pr. Celle.
For at opbevare et blysyrebatteri skal det være fuldt opladet, så elektrolytten skal tømmes. Derefter bliver batteriet tørt og kan opbevares i lang tid.