Betrieb und Laden von Blei-Säure-Batterien

Die obigen Diagramme zeigen den Betrieb einer typischen Batterie, die in Elektrofahrzeugen (und Fahrzeugen mit innerer Verbrennung) verwendet wird, am Beispiel einer Blei-Säure-Batterie. Seit Volta, der die Batterie 1800 erfand, basieren die meisten Batterien und Akkumulatoren, einschließlich der in Fahrzeugen verwendeten, auf einem ähnlichen Prinzip: Sie haben eine oder mehrere miteinander verbundene Zellen, die jeweils aus zwei Metallelektroden bestehen, die aus verschiedenen Materialien bestehen, die durch Elektrolyt getrennt sind. Bei einer Blei-Säure-Batterie bildet Bleidioxid die positive Elektrode, Bleidioxid die negative Elektrode und Schwefelsäure den Elektrolyten. Die Elektroden und die Batterie als Ganzes sind so konstruiert, dass die Oberfläche vergrößert wird, auf der die beiden chemischen Hauptreaktionen stattfinden können, wobei die Batterie in einem geschlossenen Kreislauf Strom erzeugt, wie in Abbildung 4.20b dargestellt. Wie wir aus diesem schematischen Bild und den chemischen Reaktionsformeln ersehen können, geht beim Durchfließen von Elektrizität durch den Stromkreis (in Form von Elektronen) in der Batterie der Elektrolyt verloren, an dessen Stelle Wasser und PbSO4 gebildet werden. Dies führt zu einer Verringerung der elektromotorischen Kraft der Zellen und zu einer Verringerung der Potentialdifferenz an den Batterieklemmen. Im Gegensatz zu Batterien kann dieser Vorgang bei Batterien jedoch dank der geeigneten Auswahl von Materialien, Elektroden und Elektrolyten umgekehrt werden. Dies geschieht, wenn wir ein geeignetes Ladegerät oder einen Gleichrichter anschließen, der dank einer höheren Spannung als der an den Batterieklemmen den Strom in die entgegengesetzte Richtung fließen lässt, was in unserer veranschaulichenden Batterie buchstäblich den entgegengesetzten Verlauf des beschriebenen bewirkt chemische Reaktionen, da PbSO4 wieder in Blei und Dioxid Blei zersetzt wird. Im Übrigen ist die zum Laden der Batterie benötigte Energiemenge geringfügig höher als die Menge, die wir daraus gewinnen, hauptsächlich aufgrund von Wärmeverlusten im Innenwiderstand der Batterie, wenn Strom durch sie fließt.

Praktische Aspekte:

Wenn wir theoretisch über Blei-Säure-Batterien schreiben, möchten wir Sie auch auf einige wichtige praktische Aspekte im Zusammenhang mit deren Aufladung aufmerksam machen, insbesondere auf deren Sulfatierung und Überladung. Bevor wir jedoch beschreiben, was diese Phänomene sind, möchten wir betonen, dass es einen einfachen Weg gibt, sowohl Sulfatierung als auch Überladung zu verhindern - Alles, was Sie tun müssen, ist, einen Timer, ein spezielles Ladegerät / Ladegerät zu verwenden und sich daran zu gewöhnen, regelmäßig zu laden. Daher muss bekannt sein, dass eine Blei-Säure-Batterie nach dem Gebrauch vollständig aufgeladen, niemals vollständig entladen und immer aufgeladen werden muss. Wenn sie unbenutzt steht, trennen Sie sie vom Stromkreis des Fahrzeugs und laden Sie sie regelmäßig auf (z. B. mit einem Timer). . Im täglichen Gebrauch entwickelt sich eine solche Gewohnheit automatisch, wenn Sie die einfachen und natürlichen Zeitschalter verwenden, über die wir geschrieben haben. in anderen Einträgen in diesem Blog (z. B. Ansmann AES1-Schalter). Timer dieser Art schützen nicht nur die Batterie vor Entladung und Überladung, sondern erleichtern auch das tägliche Laden in Elektrofahrzeugen - Schließen Sie einfach das Ladekabel an das Fahrzeug an und drücken Sie die Taste am Timer. Empfohlen von Ansmann AES1 Leistungsschalter können bei uns erworben werden: Verknüpfung

Sulfatierung:

Ein sehr wichtiger praktischer Aspekt beim Laden von Blei-Säure-Batterien ist das ungünstige Phänomen ihrer unbeabsichtigten Sulfatierung. Nun, wenn eine Batterie dieses Typs nicht ausreichend aufgeladen oder vollständig entladen wird, ohne sofort aufgeladen zu werden, bilden sich Sulfatkristalle in großen Mengen, die sich auf den Elektroden ablagern und die Menge an verfügbarem PbSO4 für die oben beschriebenen elektrochemischen Reaktionen verringern. Die irreversiblen Auswirkungen dieser Prozesse umfassen Erhöhung des Innenwiderstands, verlängerte Ladezeit und deutlich reduzierter Batterieentladestrom (und damit der Arbeitsaufwand, den wir daraus ziehen können).

Neuladen:

Das zweite, weniger häufige, aber auch wichtige Problem, das bei der Verwendung von Blei-Säure-Batterien auftreten kann, ist deren Überladung, wenn sie entweder mit zu hohem Strom oder über einen sehr langen Zeitraum aufgeladen werden. Es entstehen dann zu viel freier Wasserstoff und Sauerstoff, die entweder aus der Batterie entweichen oder außerhalb des chemischen Kreislaufs verbleiben und den Innendruck in der Batterie erhöhen. Dies kann den Säuregehalt und die Korrosivität des Elektrolyten erhöhen und sich in einer erhöhten Spannung an den Batterieklemmen äußern. Obwohl Blei-Säure-Batterien sicherer sind als Lithium-Batterien, kann eine Blei-Säure-Batterie in extremen Überladungssituationen durch übermäßigen Innendruck anschwellen. Dies sollte beim Zerlegen, Ersetzen und Entsorgen besonders vorsichtig sein, da die angesammelten Gase Feuer verursachen können Explosion, bei der Batteriefragmente und Schwefelsäure verstreut sind. (Daher wird empfohlen, Schutzkleidung, Handschuhe und vollen Gesichtsschutz zu verwenden.)

Schließlich fügen wir hinzu, dass es verschiedene Technologien für den Bau von Blei-Säure-Batterien gibt, die die Auswirkungen von Sulfatierung, Überladung und anderen nachteiligen Auswirkungen je nach Anwendung verringern. GO ELECTRIC mit Błyskawica-Mopeds verkaufte Batterien gehören zu den besten und sichersten Technologien, denen die angeschlossenen Ladegeräte gewidmet sind.

[Die Quelle der Abbildungen und die obige Beschreibung umfassen In den folgenden Artikeln finden interessierte Personen weitere Informationen:

1) "Elektrizität und Magnetismus" von EDWARD M. PURCELL und DAVID J. MORIN (dritte Ausgabe), Kapitel 4.9 "Elektromotorische Kraft und die Voltaizelle";

2) https://en.wikipedia.org/wiki/Lead%E2%80%93acid_battery

3) https://www.mpoweruk.com/chargers.htm]