Аккумуляторнаябатарея20нкбн-25
Назначениеиустройство.Аккумуляторнаябатарея20НКБН-25(20—числоэлементов,НК—никель-кадмиевая,Б—батарея,Н—намазная,25—емкостьвампер-часах)служитдополнительнымисточникомэлектрическойэнергиинасамолете.Крометого,аккумуляторслужитдлязапускадвигателяипитаниябортовойсетивслучаеотказагенератораидля,работывполетевбуферномрежимесгенератором.Щелочнаяаккумуляторнаябатареяустановленавцентропланесправа(см.рис.2).
Батареясоставленаиз20аккумуляторов,соединенныхпоследовательношинами(рис.76).Сосудаккумулятораизготовленизпластмассы.Внутрисосудапомещеныположительныеиотрицательныепластины,разделенныеэбонитовымиизоляционнымипалочками.Боковаяизоляцияпредохраняетпластиныотсоприкосновениясостенкамисосуда.Пробкаприкрываетотверстиеваккумуляторе,служащеедлизаливкиегоэлектролитомидляотводагазов.
Аккумуляторыпомещенывкорпус,выполненныйизнержавеющейстали.Набоковыхстенкахкорпусаимеютсясмотровыеокнадлянаблюдениязауровнемэлектролита.Вкачествеэлектролитавкадмиево-никелевомаккумулятореприменяетсяводныйрастворедкогокалия(КОН).Дляулучшенияработыаккумуляторавэлектролитдобавляетсяедкийлитий(LiOH).
Рис.76.Щелочнойаккумулятор
Рис.77.Пластиныщелочногоаккумулятора
Положительныеиотрицательныепластиныкадмиево-нике-левогоаккумулятора(рис.77)состоятизотдельныхстальныхникелированныхрам,вкоторыезаделаныввидеячеекпакетикиизперфорированнойсталисактивноймассой.ВкачествеактивноймассыположительныхпластинприменяетсясмесьизгидратазакисиникеляNi(ОН)2,гидратаокисиникеляNi(ОН)3инекоторогоколичестваграфита(до20%),увеличивающегоэлектропроводимостьмассы.ВкачествеактивноймассыотрицательныхпластинприменяетсясмесьгубчатогокадмияCdсжелезомFe(75—80%кадмияи20—25%железа).Железоувеличиваетэлектропроводимостьмассыипредохраняетееотспе-кания.
Электрохимическиепроцессыпризарядеаккумулятора.Призарядеанодаккумулятораприсоединяетсякположительномуполюсуисточникаэлектрическойэнергии,акатод—котрицательномуполюсу.
Вначалезарядааккумуляторпредставляетсобойэлектрохимическуюсистемуследующегосостава:
Ni(ОН)2|КОН|Cd(ОН)2
анодэлектролиткатод
Приподключенииаккумуляторакисточникупостоянноготокавцепивозникаетэлектрическийтоквследствиедвиженияионов.
Нарис.78показанапринципиальнаясхемазарядааккумулятора.Поддействиемвнешнейразностипотенциаловсвободныеэлектроныуходятсанода,одновременноотрицательныеионыгидроксилаОНпопадаютнаанодиотдаютемусвоиотрицательныезаряды.Наанодевозникаетхимическаяреакция,котораявмолекулярномвидеможетбытьзаписанатак:2Ni(ОН)2+2(ОН)=2Ni(ОН)3.Наотрицательномэлектродепроисходитреакция:Cd(ОН)2->Cd+2(ОН),т.е.гидратокисикадмияCd(ОН)2,врезультатехимическойреакциираспадаетсянагубчатыйкадмийCdигидроксил2(ОН).Последний,вступаявхимическоевзаимодействиескалием,образуетмолекулыедкогокали:2(ОН)+2К=2КОН.Следовательно,уравнениетокообразующегопроцессапризарядекадмиево-ни-келевогоаккумулятораможнозаписатьвследующемвиде:
Cd(ОН)2+2КОН+2Ni(ОН)2=Cd2КОН+2Ni(ОН)3,
катоданоданод
т.е.врезультатенакатодевосстанавливаетсягубчатыйкадмий,анааноде—гидратокисиникеля2Ni(ОН)3.
Электрохимическиепроцессыприразрядеаккумулятора.Заряженныйаккумуляторпредставляетсобойэлектрическуюсхему,гдеактивнымвеществоманодаявляетсягидратокисиникеляNi(ОН)з,активноймассойкатода—губчатый(пористый)кадмийCdиэлектролитомрастворедкогокалиКОН.Вэлектролитеаккумуляторапроисходитнепрерывныйпроцессэлектролитическойдиссоциациимолекул:КОН<>К++ОН-.
Рис.78.СхемазарядакадмиевоникелевогоаккумулятораРис.79.Схемаразрядакадмиевоникелевогоаккумулятора
Приподсоединениякзажимамаккумуляторанагрузкивцепивозникаетэлектрическийток,иаккумуляторначинаетразряжаться.
Принципиальнаясхемаразрядакадмиево-никелевогоаккумуляторапоказаланарис.79.ПоложительныеионыкалияКперемещаютсявнаправленииэлектрическогополя,т.е.ототрицательногоэлектродакположительному.ОтрицательныеионыгидроксилаОНперемещаютсянавстречуэлектрическомуполю,т.е.отанодаккатоду.Сотрицательногоэлектродаэлектроныуходятвовнешнююцепь.ОтрицательныеионыгидроксильнойгруппыОНотдаютсвоиотрицательныезарядыкатодуиврезультатеэтоготамвозникаетхимическаяреакцияCd+2ОН==Cd(ОН)3,т.е.образуетсягидратокисикадмияCd(ОН)2.
Извнешнейцепинаанодпоступаютсвободныеэлектроны,аизэлектролита—положительныеионыкалияК+,которыеотдаютанодусвоиположительныезаряды.Врезультатенаанодевозникаетследующаяреакция:2Ni(ОН)3+2К==2Ni(ОН)2+2КОН,т.е.приразрядеаккумуляторунаанодеобразуетсягидратзакисиникеляNi(ОН)2иедкийкалиКОН.Следовательно,уравнениетокообразующегопроцессаприразрядекадмиево-никелевогоакумулятораможнозаписатьтак:
2Ni(ОН)3+2КОН+Cd=2Ni(ОН)2+2КОН+Cd(ОН)2.
анодкатоданодкатод
Концентрацияэлектролитаприразрядеизарядеаккумуляторанеизменяется,таккаксколькоедкогокалирасходуетсявблизикатода,столькожееговозникаетвблизианода.
Основныетехническиеданныеаккумуляторнойбатареи20КНБН-25
э.д.с.заряженнойбатареи,В25
Емкостьзаряженнойбатареиприt=25±10°Сиразрядетоком10Адонапряжения20В,
А.Ч25
Диапазонрабочихтемператур,°С....от—5
до+50Продолжительностьразряда,мин:
током25Анеменее57
»50»»»22
»100»»»11
Плотностьэлектролита,г/см3 1,3
Массабатареи,кг24
Электрическиехарактеристикиавиационныхаккумуляторов.
Электродвижущейсилой(э.д.с.)аккумулятораназываетсяразностьпотенциаловеговыводныхзажимовприразомкнутойвнешнейцепи.Э.д.с.элементазависитотсоставаэлектродовиэлектролитаинезависитотформы,числаиразмеровэлектродов.
Внутреннимсопротивлениемаккумулятораназываетсяэлектрическоесопротивление,оказываемоеаккумуляторомтоку,протекающемучерезнего.Помереразрядааккумулятораеговнутреннеесопротивлениерастет.Внутреннеесопротивлениекадмиево-никелевогоаккумулятораможнопрактическиопределятьпоформулеr0=0,3:QгдеQ—емкостьаккумулятора.
Напряжениеаккумулятораотличаетсяотэ.д.с.назначениепадениянапряжениянавнутреннемсопротивленииаккумулятора.Сэксплуатационнойточкизренияважнознатьнеэ.д.с.,анапряжениеаккумулятора,таккакименноегонеобходимоезначениенужнообеспечитьпотребителю.Напряжениеаккумулятора,зависящееотэ.д.с.,разрядноготокаивнутреннегосопротивленияаккумулятора,уменьшаетсявпроцессеразряда.
Напряжениеаккумуляторазависитоттоканагрузки,поэтомуегонужноизмерятьприопределенномразрядномтоке.Понапряжениюможноориентировочносудитьостепениразреженностиаккумулятора,анапряжениеаккумуляторазависитотеготемпературы.Припонижениитемпературыувеличиваетсявязкостьэлектролита,процессдиффузиизамедляетсяиэтовызываетуменьшениеэ.д.с.,атакжеповышениевнутреннегосопротивления.Такимобразом,суменьшениемтемпературынапряжениеаккумуляторападает.Среднееразрядноенапряжениекадмиево-никелевогоаккумуляторапринимаетсяравным1,25В.
Емкостьюаккумулятораназывается,количествоэлектричества,отдаваемоеполностьюзаряженнымаккумуляторомвпроцессеразрядадонаименьшегодопустимогоразрядногонапряжения.
Отдачааккумуляторапоемкостиипоэнергии.Энергия,затрачиваемаяназарядаккумулятора,большеэнергии,получаемойприразряде.Этообъясняетсярасходомэнергиинанагреваниеакумуляторапроходящимичерезнегоразряднымиизаряднымитоками,наэлектролизводывовремязарядаисаморазрядбатареи.
Характеризуяаккумуляторы,различаютотдачупоемкостиипоэнергии.ОтдачейпоемкостиnQназываютотношениеразряднойемкостиQpкзаряднойемкостиQз:nQ=Qp/Qз
ЗаряднойемкостьюQзназываетсяколичествоэлектричества,затрачиваемоеназарядаккумулятора.ПрипостоянныхзначенияхзарядногоиразрядноготоковотдачапоемкостиопределяетсяпоформулеnQ=IРtР/IЗtЗ,гдеtРиtЗ—длительностьразрядаизаряда.Отдачакадмиево-никелевогоаккумуляторапоегоемкостиколеблетсявпределах65—70%.
Отдачейпоэнергииилик.п.д.nWназываютотношениеэнергииWP,полученнойотаккумулятораприразряде,кэнергииWЗ,затраченнойнаегозаряд:nW=WP/WЗ=VРIРtР/VЗIЗtЗ,
гдеVРиVЗ-средниезначениянапряженийприразрядеизаряде.
Отдача,поэнергиименьшеотдачипоемкостиVР<VЗпоэтомуnW<nQ.Онаколеблетсявпределах50—55%,таккакпотеряэнергиисильнозависитотразногороданеобратимыхпроцессов,например,вэлектролитеинаэлектродах.Еслиразрядаккумуляторавестипредельнымтоком,товсоответствиисэтимотдачааккумуляторакакпоемкости,такипоэнергиибудетуменьшенаиз-заболееинтенсивныххимическихреакций.
Срокслужбысамолетныхаккумуляторовневысок,вследствиетяжелыхусловийэксплуатациииконструктивныхособенностей,вытекающихизстремленияуменьшитьмассуигабаритыбатареи.Срокслужбыизмеряетсявциклах.Цикломназываетсяпроцессодногозарядабатареииеепоследующегоразряда.Аккумуляторнаябатареясчитаетсявышедшейизстроя,еслиееемкостьменее75%отноминальной.Срокслужбыаккумуляторавомногомзависитотсоблюденияправилегоэксплуатации.Отклонениеотправилэксплуатацииаккумуляторов,изложенныхвспециальныхинструкциях,приводиткснижениюсрокаслужбы.
Преимуществаинедостаткищелочногоаккумулятора.Основнымидостоинствамиэтихбатарейявляютсявысокаяпрочностьибольшойсрокслужбы.Онимогутдлительнохранитьсясэлектролитомвразряженномиполуза-ряженномсостоянииинечувствительныкперезаряду.Недостатокихвсравнительнобольшомвнутреннемсопротивлении(примернона20%больше,чемусвинцовыхаккумуляторовсоответствующейемкости).Крометого,ониимеютбольшуюразницумеждунапряжениямизарядаиразряда.
