АККУМУЛЯТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, источники тока, способные возобновлять после истощения свободную энергию посредством работы внешней эдс и т. о. возвращаться к начальному физ.-хим. состоянию. С точки зрения хим. динамики А. представляет обратимую систему, и именно обратимый гидроэлектрич. элемент. Восстановление свободной энергии такого элемента выражается накоплением на электродах продуктов электролитического распада. В теории гальванических элементов (см.) такое накопление, вторичный эффект эл.-хим. процесса, носит название поляризации. Вредное в обычных элементах, это побочное явление положено в основу службы А., называемых поэтому вторичными, или поляризационными, элементами. В принципе, всякий А. состоит из одного электролита, содержащегося в некотором баке, и двух электродов с клеммами. Согласно франц. терминологии, проводимой в настоящей статье, положительный электрод называется анодом, отрицательный — катодом (в американской литературе катод — положительная пластина, анод — отрицательная). Аккумуляторы различаются между собою химической природой электролита и электродов, формой и строением электро- электродов, устройством бака и т. д.
II. Производство аккумуляторов
III. Применение аккумуляторов.
править19. По своему назначению А. подразделяются на: 1) неподвижные (стационарные), 2) передвижные (для нужд транспорта) и З) переносные. От первых требуется гл. обр. долговечность, без особых ограничений объема и веса, от вторых — компактность и легкость, от третьих — выносливость при плохом уходе. У свинцовых А. каждый из типов имеет различную уд. емкость: наибольшая — у передвижных (до 20 Ah на кг полного веса), наименьшая — у больших стационарных C Ah на кг веса). Щелочные А. имеют для всех применений почти одинаковую уд. емкость, порядка 15—20 Ah. Совокупность нескольких А., соединенных между собой для работы на общую сеть, называется аккум. батареей.
1) Стационарные А. применяются или в качестве источника энергии (емкостные батареи), или как регуляторы колеблющейся нагрузки станции (буферные батареи).
Емкостные батареи применяются на небольших электростанциях постоянного тока для работы ночью при бездействии генераторов и для выравнивания графика работы последних. В сетях постоянного и переменного тока батареи А. устанавливаются как резерв на случай аварии в театрах, кино и т. д. На электростанциях переменного тока устанавливаются батареи А. для питания автоматических выключателей, приборов и аппаратов и как источник для освещения на случай аварии. На Шатурской ГЭС для этой цели имеется батарея из 120 А., емк. в 1 740 Ah при 10-часовом разряде. Для поддержания постоянного напряжения у батареи во время заряда и разряда число аккум. батарей, включенных в сеть, может изменяться вручную или автоматически при помощи элементного коммутатора (целленшальтера), посредством к-рого во время разряда число А. постепенно увеличивается от величины до [1]; во время заряда концевые А., присоединенные к элементному коммутатору, постепенно выключаются. К простому элементному коммутатору присоединяются 14%-ные А., при чем во время зарядки батарея не может работать на осветительную сеть; если же требуется поддержание постоянного напряжения и во время заряда, то устанавливается двойной элементный коммутатор (иногда применяется автоматическое регулирование напряжения целленшальтером) и число добавочных А. батареи увеличивается до 33,5%. Емкостные батареи применяются часто на ветросиловых станциях, где, работая при отсутствии ветра, они заряжаются, когда ветряной двигатель дает мощность, превышающую потребность. На больших телефонных станциях емкостные батареи являются рабочим источником энергии, обеспечивающим отсутствие колебаний напряжения. В СССР применяются А. исключительно стационарные Тюдор, типа «И». Стационарные А. производятся для емк. до 18 000 Ah при 3-часовом разряде.
Телеграфные А. можно отнести к группе стационарных (по характеру работы) и к группе переносных (по размерам). Наиболее распространенными у нас типами телеграфных А. являются: свинцовые (типа «ПО»), емк. 12,5 Ah при разрядном токе 0,9 А (максим, зарядный ток 2,5 А) и емк. 36 Ah при разрядном токе 3,5 А (максим. зарядный ток 9 А); щелочные, системы Юнгнера, емк. 22 Ah при разрядном токе 2,75 А (максим, зарядный ток 9,4 А) и емк. в 45 А при разрядном токе 5,6 А (максим, зарядный ток 20 А). Кроме вышеперечисленных типов, применяются свинцовые в 73, 109 и 363 Ah при 10-часовом разряде и юнгнеровские в 20, 23 и 100 Ah. Телеграфные батареи рассчитывают, исходя из силы тока и сопротивления цепи. Щелочные А. в качестве емкостных стационарных А. применять невыгодно.
Буферная батарея А. применяется гл. обр. на трамвайных станциях при небольшом количестве одновременно курсирующих вагонов. Эдс буферной батареи д. б. равна напряжению между точками ее присоединения к сети, при полной нагрузке генераторов станции. При дальнейшем увеличении нагрузки в сети батарея автоматически берет на себя часть нагрузки, а при уменьшении последней в сети излишек энергии, вырабатываемой генераторами, заряжает батарею. Применяются различные схемы соединения буферной батареи с сетью при посредстве вольтодобавочных машин (см.) для усиления буферного действия. Правильно рассчитанные буферные батареи в течение суток в среднем почти не разряжаются, но, тем не менее, требуют ежедневного подзаряда для покрытия потерь на саморазряд. Щелочные А., вследствие относительно большего внутреннего сопротивления, менее приспособлены для буферной работы, чем свинцовые. Буферные батареи (свинцовые) при правильном уходе служат 10 и более лет без смены пластин. В СССР применяется в качестве буферных А. почти исключительно тип «ИС» Тюдор.
2) Передвижные А. применяются гл. образом: на подводных судах, на электровозах разного рода и аккумуляторных тележках; сюда же надо отнести батареи, служащие для освещения ж.-д. вагонов, автомобилей, и старторные А. — для пуска в ход бензиновых двигателей. Все подводные суда, почти без исключения, пользуются для движения в погруженном состоянии электродвигателем, к-рый получает в это время энергию от мощной батареи А. Во время хода над водой или во время стоянки надводный двигатель вращает динамомашину, к-рая заряжает батарею А. При конструкции А. для подводных лодок стремятся достигнуть большой удельной емкости при минимальном объеме и весе. У свинцовых А. делают легкие эбонитовые сосуды; расстояние между пластинами, несмотря на их большой размер, делают возможно меньшим. Во избежание выплескивания электролита во время качки, эти А. закрываются герметически эбонитовыми крышками с эбонитовыми пробками. Удаление газов, скопляющихся в аккумуляторном помещении подводной лодки, гл. обр. при зарядке А., производится специальным вентилятором. Щелочные А., как более прочные, конкурируют на подводных лодках со свинцовыми. Здесь их большая стоимость не может играть решающей роли, а их большая прочность очень ценна. Если же они не вытесняют в этой области свинцовых А., то это про- происходит гл. обр. потому, что при том же объеме они все же имеют меньшую емкость при медленных разрядках, даже если при быстрых разрядках емкость их больше. Между тем, на практике, на подводной лодке, в громадном большинстве случаев, приходится разряжать батарею медленно.
Аккумуляторные электровозы получили некоторое распространение на заграничных ж. д., взамен маневренных паровозов, имея перед ними то преимущество, что они моментально готовы к пуску, не расходуя энергии во время бездействия. Эти А. с успехом применяются на автомобилях, которые иногда называются электромобилями или аккумобилями. Их преимущество перед бензиновыми — более спокойный ход при отсутствии неприятного запаха; недостаток — сравнительно малая скорость и ограниченный район действия. В крупных городах С.-А. Соед. Штатов электромобили являются значительным и выгодным ночным абонентом электрических станций, т. к. потребляют энергию для зарядки в момент минимума нагрузки станций. Особенно распространены там аккумуляторные грузовые автомобили для перевозки грузов на короткое расстояние, вынужденные поэтому часто останавливаться. В этих случаях аккумуляторный автомобиль работает выгоднее, чем бензиновый. Аккумуляторные тележки (фиг. 20) распространены на Западе для перевозки на территории заводов сравнительно небольших грузов, товаров или почты по улицам города, посетителей на обширной территории большой выставки и т. д.
.png)
Аккумуляторные батареи для освещения ж.-д. вагонов, помещаемые обычно под кузовом вагона, заряжаются во время хода поезда специальной динамомашиной и разряжаются во время стоянки. В СССР применяется система Тюдор - Розенберг, т. е. установка с А. Тюдор и динамомашиной Розенберг. А. имеют емк. 370 Ah при 10-часовой разрядке. В этой области применения А. щелочные успешно вытесняют свинцовые вследствие своей большой выносливости как механической, так и электрической. Осветительные А. для автомобилей применяются в виде батарей из 2—6 свинцовых А. или в полтора раза большего числа щелочных. Применяемые в СССР А. типа «ЦВ» имеют емкость 40, 60 или 80 Ah; щелочные А. в этой области успешно конкурируют со свинцовыми. Старторные А. служат для пуска в ход бензинового двигателя, взамен ручного разворачивания. От них требуется кратковременный очень сильный ток; часто служат они и для освещения автомобиля. Свинцовые А. в СССР для торных батарей изготовляются типа «СТ», емк. 60, 100 и 150 Ah и собираются в батареи из 3 или 6 последовательно соединенных элементов. Щелочные А. и в этой области имеют преимущество перед свинцовыми.
3) Переносные А. имеют чрезвычайно разнообразное применение и разнообразные размеры и формы. Там, где имеется возможность заряжать А., они вытесняют элементы. Щелочные А., как не требующие столь тщательного ухода и более прочные, успешно конкурируют со свинцовыми во всех областях применения переносных А., кроме тех, где требуется очень медленная разрядка (напр. сигнализация). Для радиоустановок применяются специальные, главн. обр. переносные аккумуляторные батареи, о которых см. Батарея. Для той же цели изготовляются и щелочные А., состоящие из двух пластин. Лабораторные А. изготовляются в стеклянных сосудах, емкостью (свинцовые) 12,5, 25, 37,5 или 50 Ah, типа «ПО». Для сигнализации и телефонии широко применяется у нас специальный тип свинцовых А. — «Аккомет», приспособленный для очень слабых разрядных токов и отличающийся сравнительно малым саморазрядом. Для пожарной сигнализации применяются А., емк. около 60 Ah, рассчитанные на медленную разрядку, с сравнительно редкими зарядами. Для рудничных переносных ламп применяются свинцовые А. емк. ок. 6 Ah, разрядной силой тока 0,85 Ah (зарядная сила тока 1, 0,5 А). Для такого же фонаря применяется батарейка из 2 щелочных А.; начальное напряжение батареи 2,48 V. Батарейка при токе 0,72 А имеет емкость 7 Ah и зарядную силу тока 3 А. Для лабораторных целей иногда применяются высоковольтные батареи из большого числа (до 500) последовательно соединенных А. небольшого размера и небольшой емк. для получения источника энергии небольшой мощности, но высокого напряжения, до 1 000 V, — обычно для измерительных целей. Такие батареи собираются в специальных шкафах, в которых А. установлены на полках и хорошо изолированы друг от друга и от стенок. Батарея из 800 А., устроенная Планте и снабженная системой конденсаторов с особым переключателем («реостатическая машина»), позволила изобретателю воспроизвести шаровую молнию и другие загадочные явлении атмосферного электричества.
Особняком стоят безъемкостные А., изготовленные инж. П. А. Капица для опытов над сверхмощными магнитными полями. Его А. служили только для того, чтобы в лабораторной обстановке давать огромный мгновенный толчок тока в несколько тысяч А, получающийся при коротком замыкании такой батареи. Безъемкостные А. могли бы получить и другое применение — в качестве посредников для преобразования тока при помощи редуктора-преобразователя системы С. А. Кукель (сов. патенты №№ 1 738 и 1 623).
20. Экономика. Несмотря на многочисленные применения А. и даже на то, что чуть ли не с каждым годом появляются новые и новые применения А., они, в сущности, совершенно не удовлетворяют основным требованиям, которые должны были бы предъявляться к электрическим машинам, служащим для накопления электрической энергии. Они имеют большой удельный объем и уд. вес, высокую стоимость и сравнительно небольшой кпд. Изобретение железо-никелевых А. не изменило по существу положения, и можно наверняка сказать, что для разрешения задач аккумулирования электроэнергии должен быть найден совершенно другой принцип. Вопрос об экономической выгоде применения А. зависит, конечно, прежде всего от условий их работы, и поэтому вопрос о том, при каких условиях затраты на аккумуляторы и на их эксплоатацию окупаются приносимыми ими выгодами, разрешается различно в различных отраслях применения. Приводим ориентировочные цифры, характеризующие рас- расходы на батареи А.: стационарные А. на 1 kW в течение 3 ч. имеют вес в среднем 450 кг (от 425 до 500) и требуют площади пола 0,7 м²; стоимость их на 1 kW в советских условиях, с установкой, но без здания, в среднем — 400 р.; по америк. данным 1922 г., эта стоимость колеблется от 160 до 500 р.; эксплоатационные расходы, включая амортизацию, колеблются от 4 до 10% от первоначальной стоимости; низшая цифра относится к батарее, играющей исключительно роль аварийного резерва. Батареи для электромобилей требуют в среднем площади пола 0,12 м² на 1 kW и весят 105 кг. Следующие цифры характеризуют распространение А. в различных областях. В С.-А. С. Ш. в 1920 г. находилось в работе 193 стационарных свинцовых батареи, на общий запас энергии в 177 000 kWh при одночасовом разряде. Для освещения ж.-д. вагонов, для телефонов и сигнализации имелось ок. 700 000 Ah. Для освещения автомобилей (старторные А.) и для воспламенения смеси двигателей внутреннего сгорания применялось всего 15 000 000 Ah на суммарный запас энергии ок. 3 000 000 kWh. Для осветительных станций на фермах было в работе 3 000 000 Ah на 1 000 000 kWh. Для электрических автомобилей, аккумуляторных тележек (уличных, шахтенных, фабрично-заводских), тракторов, аккумуляторных локомотивов — 1 166 000 Ah на 440 000 kWh. В СССР в 1924/25 г. было изготовлено Гос. аккум. трестом, в круглых цифрах, стационарных А. 300 т, А. для освещения автомобилей и старторных — 3 000 штук, для освещения ж.-д. вагонов — 3 000, телеграфных, сигнализационных и т. п. — 2 000, для радио — 10 000. В америк. данных указаны только свинцовые А., данные по СССР включают и щелочные типа Юнгнера, продаваемые Гос. аккум. трестом. В 1924/25 г. трестом продано А. на 2,3 млн. р.. а в 1925/26 г. на 3,2 млн. р.
.png)
.png)
21. Монтаж А. Батареи переносных и большинства подвижных А. собираются в деревянных ящиках, к-рые окрашены кислотоупорным или щелочноупорным составом. Более крупные из таких батарей А. изолируются от стенок ящика и друг от друга фарфоровыми или эбонитовыми прокладками. Для щелочных А., имеющих металлические ааки, изоляция их друг от друга необходима во всех случаях. Для стационарных А. д. б. отведено специальное помещение, t° к-рого не. должна превышать t° наружного воздуха в жаркие дни и не должна понижаться ниже нуля, больше чем на несколько градусов. Помещение д. б. сухим, очень хорошо вентилироваться (для больших батарей необходима искусственная вентиляция, обязательно вытяжная, а не вдувная), не содержать никаких механизмов, быть безопасным в пожарном отношении, выкрашенным кислотоупорной краской, иметь цементный пол, покрытый слоем чистого асфальта, с уклоном и канавками для стока жидкостей (фиг. 21). А. устанавливаются на деревянных пропитанных брусьях, — к-рые ставятся при напряжении выше 100 V на метлахских плитках, — или на стеклянных ножках. Если последовательно соединено больше 36 А., то они ставятся на 4 подкладках из фарфора (фиг. 22 и 23). Свинцовые стационарные А. имеют стеклянные или, чаще, деревянные, обитые внутри свинцом баки. А. располагаются на стеллажах обычно вдоль, изредка поперек (небольшие А.). Положительные пластины одного А. соединены с отрицательными пластинами другого общей свинцовой полосой, к к-рой они припаиваются обычно водородным паяльником с помощью специальных металлических форм или паяльных щипцов. От нескольких концевых А. идут провода к элементному коммутатору.
.png)
22. Уход за А. Зарядка А. производится либо при постоянной силе тока, либо при постоянном напряжении, либо при постоянной мощности. Первый случай в чистом виде для больших батарей применяется редко, т. к. обычно после газообразования сила тока должна уменьшаться. Недостаток способа заключается в требовании широкого изменения напряжения во время зарядки, для чего необходима специально рассчитанная шунтовая динамо или вольтодобавочная машина (см.). Зарядка при постоянной силе тока с уменьшением последней в конце ее — наиболее распространенный способ. Зарядка при постоянном напряжении в чистом виде тоже редко применяется, т. к. сила тока при этом в начале зарядки чрезвычайно велика; чаще при этом способе поддерживается вначале постоянное напряжение, меньшее, чем конечное, и т. о. получают 2 или 3 ступени силы тока. Зарядка при постоянной мощности требует регулировки динамо по ваттметру. Конечное напряжение А. при зарядке 2,5—2,75 V находится в зависимости гл. обр. от силы тока. У свинцовых А., кроме специальных типов, максимальная скорость полной зарядки— 4 часа, у щелочных — значительно меньше. У больших батарей зарядка производится иногда по группам. Малые А. можно заряжать от осветительной сети постоянного тока через ламповый реостат, а от сети переменного тока — через выпрямители (см.). Для переносного свинцового А. зарядный ток обычно равен 10-часовому разрядному и продолжается 12 ч., если А. был вполне разряжен. Неизвестная зарядная сила свинцового А. с решетчатыми положительными пластинами определяется делением на 125 произведения из высоты пластины в см на ширину и на число положительных пластин; для поверхностного А. можно допустить в 2—2½ раза больше. Приблизительная емкость получится, если умножить вычисленную, как указано выше, зарядную силу тока решетчатого А. на 10, а поверхностного — на 3. Эти цифры, конечно, грубо ориентировочны, т. к. емкость зависит от типа пластин. Для суждения о состоянии большой батареи из многих А. выбирают несколько контрольных, за к-рыми наблюдения ведутся тщательно и регулярно. Наблюдения при зарядке и разрядке, а также в случае ремонта, должны записываться в аккумуляторный журнал. Первая зарядка производится обычно значительно дольше нормальной (в 2—3 раза). О состоянии разряда свинцовой батареи А. можно судить по плотности электролита в контрольном А., если ведутся регулярные записи. Почти все болезни свинцового А. сопровождаются уменьшением плотности электролита ниже нормы.
23. Очистка А. от осадка и смена электролита. У свинцовых А. при постоянной работе надо по истечении двух первых лет, а позже — раз в год. очищать баки от осадка; к этому времени приурочивают подробный осмотр пластин, частичную их замену и другие ремонтные работы. В больших стационарных А. осадок выкачивается специальной помпой, а в остальных требуется вынуть пластины, слить электролит в запасный сосуд и сполоснуть бак. Между пластинами промывкой или палочкой удаляют «мостики» из отложений осадка. Перед очисткой аккумулятор разряжается. Если положительные пластины очень разрыхлены, промывку делать нельзя. Осадок больших батарей покупают аккумуляторные заводы. Если электролит очень загрязнен посторонними примесями, его надо заменить новым. У щелочных А., при постоянной работе, каждый год и при понижении плотности электролита ниже 1,16 следует заменять электролит новым, плотностью 1,21. Юнгнеровские А., потерявшие с течением времени емкость, «оживляются» зарядкой в специальном электролите. Отстающий А. в батарее, у которого напряжение при замкнутом разрядном токе и плотность ниже других, который позже закипает при зарядке и не доходит до нормального напряжения, нужно осмотреть для выяснения причины неисправности (напр. короткое замыкание между пластинами); по устранении причины — зарядить отдельно или специальной маловольтной динамомашиной, или выключением его во время разрядки и включением на время зарядки. Если даже со значительной зарядкой А. не восстанавливается, то надо подвергнуть его обработке, как во всех случаях сульфирования пластин: уменьшить плотность электролита до 8° Bé и дать длительную зарядку в слабом электролите. При продолжительном бездействии свинцовая батарея А. должна оставаться или в сухом виде, или в ослабленном электролите. В первом случае батарею разряжают до конца и промывают пластины, во втором случае батарее дается перезарядка в ослабленном электролите. Щелочные А. могут оставаться в бездействии сколько угодно времени в любом состоянии, но обязательно в электролите.
Лит.: Грюнвальд, Устройство и
употребление электрич. аккумуляторов, СПБ., 1895;
Карпов В. А., Элементы и аккумуляторы, 1927;
Флоренский, П., «Электричество», 6, 1923;
Наставл. по уходу за свинц. телеграфн.
аккумуляторами, НКПС, М., 1922; Комаров В. С.,
Аккумулят. генерат. установки связи, «Связь», М.,
1926; Александровский С. И., Аккумуляторы
Эдисона, Николаев, 1913; Xвольсон О. Д., Курс
физики, т. 4, стр. 617, ГИЗ, Берлин, 1923;
Planté G., Recherches sue l'électricité de 1859 à 1879, P.,
1884; Planté G., Untersuchung über Eletrizität,
Wien, 1886; Dolezalek F., Die Theorie d.
Bleiakkumulators, Halle, 1901 (франц. перевод:
Dolezalek F., La théorie de l'accumulateur au plomb,
P., 1902); Jumeau L., Étude résumée des
accumulateurs électriques, P., 1924; Strecker K.,
Jahrbücher d. Elektrotechnik, München; Jumeau L.,
Revue gén. de l'électricité, t. 16, 20, 21, P., 1924;
Féry Ch. et Chéneveau Ch., Revue gén. de
l'électricité, t. 19, 8, 23, 1926; Теория двойной
сульфации: Graetz L., Handbuch d. Elektrizität u. d.
Magnetismus, B. 1, Lpz., 1912—18; Brown H. G.,
The Leadstorage Battery, L., 1922; Le Blanc M.,
Lehrbuch der Elektrochemie. Lpz., 1896;
Féry, Chéneveau, Paiilard, Piles primaires et
accumulateurs, P., 1925; Heim C., Die
Akkumulatoren f. stationäre elektr. Anlagen, 6 Aufl., Lpz.,
1923; Kretzschmar, Die Krankheiten d.
Bleiakkumulators, 2 Aufl., München, 1922.
- ↑ E — напряжение, которое должно поддерживаться в сети.