鉛蓄電池。 作業、構造、および充放電
ほとんどすべてのポータブルおよびハンドヘルド機器にはバッテリが搭載されています。 バッテリは、必要なときにいつでも電力を供給できるようにエネルギーが蓄積されるストレージ デバイスです。 この現代のエレクトロニクスの世界では、さまざまな種類のバッテリーが利用できますが、その中でも鉛酸バッテリーは一般的に高電力供給のために使用されています。 通常、鉛蓄電池は、ハードとヘビー構造のサイズが大きく、彼らはエネルギーの高い量を格納することができ、一般的に自動車やインバータで使用されています。
彼らはリチウムイオン電池と比較して安価で扱いやすいので、リチウムイオン電池との競争を得た後でも、鉛電池の需要は、一日一日増加している。 いくつかの市場調査により、インドの鉛蓄電池市場は、2018年から24年の間に9％以上のCAGRで成長すると予測されています。 そのため、オートメーション、自動車、家電の分野で大きな市場需要があります。 電気自動車のほとんどはリチウムイオン電池を搭載していますが、それでも車両の電源に鉛酸電池を使用する多くの電気二輪車があります。
以前のチュートリアルでは、リチウムイオン電池について学びましたが、ここでは鉛酸電池の作業、構造およびアプリケーションを理解することになります。
鉛蓄電池の構造
鉛蓄電池とは何か
充電／放電の定格、要件、安全性についても学びます。 鉛蓄電池という名称を分解すると、鉛、酸、電池となる。 鉛は化学元素（記号：Pb、原子番号：82）です。 柔らかく、可鍛性のある元素です。 酸は、反応するときにプロトンを提供したり、電子対を受け入れたりすることができるものです。 ですから、鉛と無水芒硝（過酸化鉛と間違って呼ばれることもあります）からなる電池は鉛蓄電池と呼ばれます。
さて、内部の構造はどうなっているのでしょうか？
鉛蓄電池は次のような構成になっています。
電池は板、セパレータ、電解液、ハードプラスチック、ハードゴムのケースからなります。 正極は二酸化鉛、負極はスポンジ鉛で構成されています。 この2枚の板は、絶縁材料であるセパレータで分離されています。 この構造体を電解液と一緒に硬質プラスチックケースに入れる。 電解質は水と硫酸です。
ハードプラスチックケースが1つのセルです。 1つのセルには、通常2.1Vの電圧が保存されています。 このため、12Vの鉛蓄電池は6セルで構成され、6×2.1V/セル＝12.6Vを供給します。
さて、充電容量はどのくらいでしょうか？
活性物質（電解液量）とプレートのサイズに大きく依存します。 リチウム電池の蓄電容量はmAh（ミリアンペア時）で表記されているのを見たことがあると思いますが、鉛蓄電池の場合はAmp hour（アンペア時）です。 これについては後述します。
鉛蓄電池のしくみ
鉛蓄電池のしくみは、化学がすべてで、それを知ることは非常に興味深いことです。 鉛蓄電池の充電と放電には、膨大な化学プロセスが関わっている。 希硫酸 H2SO4 分子は、酸が溶解するときに 2 つの部分に分割されます。 正イオンの2H+と負イオンのSO4-が生成されます。 前にもお話したように、陽極と陰極という2つの電極がプレートとして接続されています。 陽極はマイナスイオンを捕らえ、陰極はプラスイオンを引き寄せます。 負極とSO4-、正極と2H+の結合により電子が交換され、さらにH2Oや水と反応します（希硫酸、硫酸+水）。
電池には充電と放電の2つの化学反応の状態があります。
しかし、実際に鉛蓄電池を充電するとどうなるのでしょうか？
そう、前に説明したのと同じ化学反応が起こるのです。 具体的には、充電器と電池をつなぐと、硫酸の分子がプラスイオン2H+とマイナスイオンSO4-の2つのイオンに分解されます。 この水素は正極で電子を交換して水素となり、正極のPbSO4と反応して硫酸（H2SO4）と鉛（Pb）を生成する。 一方、SO4-は陽極と電子を交換し、ラジカルSO4となる。 このSO4は陽極のPbSO4と反応し、過酸化鉛PbO2と硫酸(H2SO4)を生成する。 以上のように、充電中は陽極と陰極で次のような化学反応が起こります。
正極
PbSO4 + 2e- => Pb + SO42-
負極
PbSO4 + 2H2O => PbO2 + SO42- + 4H- + 2e-
上記2式を組み合わせると、全体の化学反応は
2PbSO4 + 2H2O => PbO2 + Pb + 2H2SO4
鉛蓄電池には様々な充電方式があります。 それぞれの方法は、特定の用途の特定の鉛酸蓄電池に使用することができます。 あるアプリケーションでは定電圧充電方式を使用し、あるアプリケーションでは定電流方式を使用し、一方、チクタク充電も場合によっては有効です。 通常、電池メーカーは、特定の鉛蓄電池を充電するための適切な方法を提供しています。 定電流充電は、一般的に鉛蓄電池の充電で使用されていません。
鉛蓄電池で使用される最も一般的な充電方法は、充電時間の面で効果的なプロセスである定電圧充電方法です。 フル充電サイクルでは、充電電圧は一定のまま、電流は徐々にバッテリ充電level.Discharging
の増加とともに減少した鉛酸蓄電池は、再び化学反応に関与している。 硫酸は通常、水と硫酸で3：1の割合で希釈された状態になっています。 負荷がプレート間に接続されると、硫酸は再び正イオン2H+と負イオンSO4に分解されます。 水素イオンはPbO2と反応し、PbOと水H2Oを作る。 PbOはH2SO4と反応し始め、PbSO4とH2Oを生成します。
反対側のSO4-イオンはPbから電子を交換し、ラジカルSO4を作って、さらにPbと反応しPbSO4を作っています。
以上のように放電過程では陽極と陰極で、以下の化学反応が起こっていることがわかります。 これらの反応は充電反応と全く逆で、正極では
Pb + SO42- => PbSO4 + 2e-
負極では
PbO2 + SO42- + 4H- + 2e- => PbSO4 + 2H2O
上記の2式を組み合わせると、全体の化学反応は
PbO2 + Pb + 2H2SO4 => 2PbSO4 + 2H2O
負極と正極での電子交換によりプレート間の電子バランスは影響を受け、正極では
のようになる。
この放電の間、希硫酸の重力が減少し、電池は放電されます。
Risk Factor and Electrical Ratings
Lead Acid Batteryは安全に維持されないと有害である。 化学反応により水素ガスが発生するため、換気の良い場所で使用しないと大変危険です。
鉛蓄電池の標準的な定格は？
すべての鉛蓄電池には、標準的な充電電流と放電電流のデータシートがあります。 通常、自動車用アプリケーションに適用される 12V 鉛蓄電池は、100Ah から 350Ah までの範囲になります。 この定格は、8時間のタイミングでの放電定格として定義されます。
例えば、160Ahのバッテリは、8時間のスパンで負荷に20Aの供給電流を供給することができます。 我々はより多くの電流を引き出すことができますが、そうすることは望ましくありません。 8時間の最大放電電流よりも多くの電流を引くことによって、バッテリーの効率を損傷し、バッテリーの内部抵抗も変更することができ、さらにバッテリー温度を上昇させます。
一方、充電段階では、充電器の極性に注意する必要があり、それは適切にバッテリーの極性と接続する必要があります。 逆極性は鉛蓄電池の充電には危険です。 既製の充電器には、制御オプションで充電電圧と充電電流のメーターが付属しています。 バッテリーの電圧より大きな電圧を供給して充電する必要があります。 最大充電電流は、8時間放電時の最大供給電流と同じにする必要があります。 同じ12V 160Ahの例をとれば、最大供給電流は20Aなので、最大安全充電電流は20Aです。
これが熱と増加したガス発生につながるので、大きな充電電流を増加または提供すべきではありません。
- 水は鉛蓄電池の最も無視されたメンテナンス機能です。 過充電をすると水が減るので、こまめにチェックする必要があります。 水が少ないとプレートの酸化が進み、電池の寿命が短くなります。 必要なときに蒸留水やイオン水を追加します。
- 通気孔をチェックし、彼らはゴムキャップで完璧である必要があります、しばしばゴムキャップはあまりにもタイトな穴でスティック
- 各使用後に鉛蓄電池を充電してください。 また、「鈴鹿サーキット」での走行も可能です。 また、「au」「ソフトバンク」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」は、「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ソフトバンクモバイル」「ハードディスクドライブ」「ハードディスクドライブ」「ハードディスクドライブ」「ハードディスクドライブ」「ハードディスクドライブ」に分類できます。
そうすれば電池は乾燥した状態になり、長期間保存することができます。