Почему падает плотность электролита АКБ
Причины падения плотности электролита
В автомобильном аккумуляторе основной состав составляют корпус, со вставленными внутрь канистрами с электролитом, датчик, отслеживающий плотность раствора и клемм. Подключается это все к выходу на электрическую цепь автомобиля.
При заниженном уровне заряда автомобиль не заводится. Если аккумулятор хорошо заряжен, проблема состоит в пониженной плотности электролита и плохой работе АКБ, который не выдает необходимые параметры. Обнаружить проблему удастся благодаря нужному щупу в работающем АКБ или с помощью индикатора, который необходимо вмонтировать в банку.
По каким причинам снижается плотность электролита
Для хорошего функционирования батареи нужно не допускать разрядку ниже 50% и соблюдать высокие температуры, поддерживаемые химическими процессами в электродах и электролитах.
Читайте также: Как срочно и дорого продать авто в Минске
Иначе понижается уровень электролита в банках АКБ.
- Владелец авто не следит за концентрацией раствора при добавлении дистиллятора. Воды становится с каждый разом больше, а электролита меньше. Также происходит испарениея, в ходе которого испаряется вода и электрическая жидкость.
- При зарядке аккумулятора жидкость закипает и выпаривается, из-за этого понижается уровень электролита, но повышается его насыщенность. При таком процессе трудно проходит ионизация свинца и соответствующих веществ, т.к. количество действующих молекул уменьшается. Также жидкость теряет свою густоту.
- Низкий заряд батареи.
Запомните! Нельзя пользоваться автомобилем длительное время при заниженной плотности электролита в АКБ. Из-за этого начнется сульфитация пластилина и машина перестанет нормально заводиться.
С помощью прибора — ареометра, измеряется насыщенность электролита в банке АКБ. С помощью этого нетрудно выяснить причину низкого заряда. При этом процессе должна быть умеренная температура ( от -20 до +25 °С). При этом плотность электрической жидкости либо занижена, либо повышена. Во втором случае возможно коррозийное разрушение частиц с положительным зарядом. При пониженной плотности электролит может заморозиться. Поэтому очень важно следить за уровнем густоты в зимнее время года.
Готовимся к поднятию плотности электролита
Чтобы правильно измерить концентрацию электролита в батарее аккумулятора, нужно:
- Проследить за качеством покрытия АКБ, корпуса и клемм, не должно быть трещин, сколов и повреждений.
- В каждой банке должен находиться нормальный уровень электролита.
- Электрический раствор должен находиться в диапазоне температур от +20 до +25°С.
- Заряженный аккумулятор.
Если на какой-либо запчасти будут повреждения, данные искажаются. В итоге из-за того, что не выдается нужный разряд для работы автомобиля, плотность электролита занижается.
Важно! Для повышения плотности электролита можно добавлять серный концентрат. Но делается это предельно осторожно, т.к. при завышенной плотности начинают осыпаться пластины и портится АКБ.
Заряжать аккумулятор до конца нет необходимости, оптимальное значение — 80-90%. Этого хватит на работу прибора для измерения плотности электролита.
Как повысить плотность электролита в АКБ
При работе делайте все аккуратно и соблюдайте технику безопасности. В составе электролита есть действующая серная кислота, которая при попадании на кожу, может ее разъесть.
Повысить плотность раствора можно одним из этих способов:
- Можно полностью заменить электролит на новую жидкость с нормальной концентрацией — 1г/куб. см;
- Также можно залить кислоты аккумулятора в электролит;
- Довести имеющийся раствор до нужной концентрации. Для этого понадобится серная кислота и дистиллированная вода. Заливаем жидкости до необходимой насыщенности.
Как полностью заменить электролит
Действовать таким образом нужно в крайнем случае, если плотность электролита занижена до 1г/куб.см. Ресурс должен полностью выработаться и потерять основные свойства.
Это можно сделать следуя следующему плану:
- Для начала нужно откачать имеющийся раствор и освободить емкость. Для этого используется груша, с помощью которой нужно откачать раствор из самих банок.
- Переверните АКБ и в каждой емкости проделайте отверстия для полного слива остатков электролита.
- Банки и емкости нужно удержать в наклоне и отмыть остатки прошлого раствора с помощью дистилярной воды.
- Далее уже чистые батареи нужно привести в герметичное состояние. Для этого воспользуемся паяльной лампой и кислотной пластмассой, которыми заделаем дырки, сделанные ранее.
- Нужно наполнить емкости дистиллятом в необходимых пропорциях. Количество воды для разбавления зависит от общего объема емкости и необходимого количества кислоты. Концентрация при этом должна рассчитываться на диапазон 1,25-1,27 г/куб.см
- Емкости необходимо хорошо закрыть и встряхнуть аккумуляторную батарею, без сильного наклона.
Запомните! Для начала в банку заливается разбавляющее вещество — дистиллят. Только потом добавляется кислота. Если не соблюдать порядок, жидкости начнет кипеть.
Заливаем аккумуляторную кислоту
Значение электролита не должно быть ниже допустимой нормы — 1,2 г/куб.см. В другом случае нужно исправлять ситуацию, в чем нам поможет аккумуляторная кислота, которая имеет плотность 1,84 г/куб.см. Заливается также, как и обычный раствор. Это поможет электролиту приобрести необходимую концентрацию.
Добавляем дистиллят и серную кислоту
Для начала откачиваем из банок имеющийся электролит. Далее наливаем новый раствор, который вписывается в рамки плотности 1,25 — 1-27 г/куб. см. Заливаем до необходимого количества и плотно закрываем крышки. Потом нужно потрясти аккумулятор.
Важно! Ни в коем случае не переворачивайте банку АКБ.
Из-за такого резкого переворота могут отделиться соль и свинец. От решетки они отправятся прямиком в ближайший электрод, из-за чего может замкнуть всю банку. АКБ после такой манипуляции эксплуатировать не получится.
Почаще проверяйте концентрацию аккумуляторной жидкости. В зависимости от изменения значений, выведите время, через которое нужно будет снова возобновлять электролит. Показатель не должен быть ниже 1, 25 г/куб.см. Повышайте плотность до тех пор, пока не добьетесь значений нормы.
Корректируем зарядку АКБ
После того, как в разных банках залит новый раствор с необходимой концентрацией, значение плотности в каждой емкости разное. Разность не должна превышать 0,01 г/куб.см. Добиться такого значения можно с помощью корректирующей подзарядки. В аккумуляторную батарею на протяжении пары часов нужно подавать ток с зарядом в 3 раза ниже обычного.
Но необходимого значение этим способом не всегда удается добиться. Значит нужно воспользоваться зарядными устройствами, которые имеют свои регуляторы, способные подавать ток. Это метод используется в крайних случаях, если не удалось уровнять значения первым.
План проведения восстановления концентрации с помощью корректирующей подзарядки:
- Аккумулятор заряжается до максимального значения.
- Если при максимальном заряде электролит начинает кипеть, силу тока необходимо понизить до 2 Ампер.
- Начинается процесс кипения и все дистилляты испаряются. Благодаря этому раствор становится гуще.
- Каждая банка выпаривается в разное время. Какой-то хватит 12 часов, а какой-то и суток будет мало.
- Если плотность понизилась до 1,25 г/куб.см. и меньше, электролит нужно долить. В следующий раз концентрация проверяется, когда прибор остывает до +25°С.
- Если результаты были не достаточно эффектные, процедура проводится второй раз.
Эта процедура эффективна, но занимает очень много времени.
Электролит для коррекции
Плотность раствора необходимо корректировать электролитом, плотностью не ниже 1,4 г/куб.см. Просто так, по привычки добавлять раствор ни в коем случае нельзя. Необходимо обязательно измерить уровень концентрации и при надобности, откорректировать. Нужно установить причину изменения плотности электролита, прежде чем возобновлять его ресурсы.
С какой целью может добавляться такой раствор:
- Если обнаружилась утечка электролита, его дефицит необходимо восполнить;
- Если случайно залили дистиллированной воды больше, чем было нужно. Концентрация занижена и ее необходимо повысить.
Запомните! При откачивании электролита оставляйте пластины в жидкости.
Выводы
При подведении итогов, можно сделать вывод, что работать с АКБ и аккумуляторной жидкостью довольно сложно. Если у вас нет опыта с сервисными работами, то лучше доверить это дело профессионалам.
Проверять уровень электролита в АКБ нужно регулярно, в любое время года.
Читайте также
Продление срока работы автомобильного аккумулятора
Современные автомобили буквально «напичканы» электроникой. Все они, начиная от радиоприемника и заканчивая авторегистратором работают от электрической энергии. Аккумуляторные батареи призваны не только обеспечить работу всей бортовой электроники, но и вообще всего автомобильного электрооборудования.
Подробнее…
Что такое низкопрофильные шины. Преимущества и недостатки
04 октября 2018
1375
Преимущества и недостатки низкопрофильной резины
В этой статье речь пойдёт о таком понятии, как «низкопрофильные шины» для авто, об их положительных и отрицательных сторонах. Надо ли водителю отдать предпочтение низкопрофильным покрышкам?
Любители тюнинга считают, что низкопрофильные шины – один из главных признаков отличия «крутой тачки» от обычного авто. Наверное, так и есть. Колёса автомобиля с большим радиусом и узенькой полоской покрышек, внешне, кажутся более агрессивными и привлекательными. Как это может оказать влияние на характеристики машины, задача которой – не только быть визуально красивой, но и быть надёжным транспортным средством?
Подробнее…
Устройство датчика дождя
11 декабря 2019
806
Устройство электронного датчика осадков в авто
Из-за дождя и прочих погодных неприятностей опасность во время движения по дороге значительно возрастает. Возникают трудности с управлением автомобиля. Машину заносит в сторону, поскольку ослабевает сила сцепления резины с дорожным покрытием. Протяженность тормозного пути становится длиннее. Дождевые капли попадают на кузов и лобовое стекло, мешая водителю совершать маневры и ухудшая видимость. С проблемой позволяет справиться специальный дождевой датчик, который устанавливается на ветровое стекло.
Подробнее…
Помощь при покупке бывшего в употреблении автомобиля
Перед выбором и приобретением автомобиля у любого покупателя возникнут нижеприведённые вопросы: Можно быть уверенным в том, что машина исправна? Как проверить ее юридический статус? Как избежать непредвиденных затрат? Какие сложности могут возникнуть покупке машины, бывшей в употреблении?
Подробнее…
Что в машине нельзя ремонтировать самостоятельно
Что в машине нельзя ремонтировать самостоятельно
Обладание чрезмерной самоуверенностью и желание сэкономить на оплате специалистов ведут к собственноручному ремонту автомобиля. Хотя во многих случаях лучшим вариантом будет отправиться в официальную мастерскую. В некоторых ситуациях вмешательство профессионала обязательно.
Подробнее…
7 способов запуска автомобиля в зимнее время
03 декабря 2018
1290
Как запустить двигаель автомобиля в морозы
При наступлении холодов большое количество автолюбителей сталкиваются с серьезной проблемой запуска двигателя авто в сильный мороз. Заводить машину в любом случае нужно и эту проблему придется решать. Чтобы неожиданно для самого себя не отправиться на работу общественным транспортом, рекомендуется прислушаться к нескольким правилам экспертов.
Подробнее…
Что скрывают от нас производители авто?
17 декабря 2018
812
Секреты, которые не хотят афишировать производители автомобилей
Многие знают, что мировые автопроизводители выводят в продажу авто только после прохождения специальных тестов и получения заключения о пригодности машины к эксплуатации. Это общеизвестная информация, но производители авто скрывают от обычных потребителей некоторые очень интересные особенности процесса производства и тестирования своей продукции.
Подробнее…
причины, как увеличить показатель с помощью долива воды
Раствор электролита является катализатором электрохимической реакции, благодаря которой аккумуляторная батарея работает. Он на 65% состоит из дистиллированной воды, а оставшиеся 35% составляет кислота. Чтобы реакция протекала с необходимой скоростью, электролит должен обладать определенной концентрацией. Разобравшись с причиной, почему падает плотность электролита в аккумуляторе, можно восстановить работу АКБ.
Причины падения показателя
Перед тем как увеличить плотность в аккумуляторе, необходимо разобраться в причинах происходящего. Для любой аккумуляторной батареи изменение этого параметра считается нормальным явлением. Когда АКБ разряжается, то он падает и наоборот.
Если же после зарядки аккумулятор не способен удерживать заряд, то плотность электролита упала ниже минимально допустимого уровня.
Причин, почему падает плотность в аккумуляторе, может быть несколько:
- Батарея просто разряжена.
- Из-за перезаряда АКБ часть раствора выкипела.
- Вода была долита, но концентрация раствора не контролировалась.
С первым пунктом все предельно ясно, и дополнительных комментариев здесь не требуется. А вот причины кипения раствора известны далеко не каждому автовладельцу. Следует заметить, что этот процесс в сравнении с кипением воды имеет иную природу. Во втором случае он активируется благодаря нагреванию емкости. Вполне очевидно, что аккумулятор никто не подогревает, но при этом электролит кипит.
Причина этого в физически-химических процессах, протекающих в АКБ. Если она отключена от бортовой электросети или зарядного устройства, то электролит не будет кипеть. Под воздействием электрического тока в растворе активируется процесс электролиза, а молекулы воды распадаются на водород и кислород. Именно эти газы и поднимаются в виде пузырьков.
Многим автолюбителям, особенно начинающим, известна ситуация: долил воды в аккумулятор — пропала плотность. Во время технического обслуживания батареи необходимо в обязательном порядке контролировать этот показатель. В противном случае концентрация раствора будет постепенно снижаться.
Подготовка батареи
Когда автолюбителю известно, почему упала плотность электролита в аккумуляторе, то сразу поднимать ее не стоит. Необходимо провести некоторые подготовительные мероприятия. Для этого следует убедиться в выполнении нескольких условий:
- Батарея заряжена.
- Температура раствора в элементах питания составляет от 20 до 25 градусов.
- Уровень электролита в каждой банке соответствует норме.
- Аккумулятор не имеет механических повреждений.
Если АКБ оказалась разряжена, сначала следует восстановить ее емкость. Затем в обязательном порядке проводится измерение плотности раствора, так как концентрация кислоты может быть ниже нормы. Возможна ситуация, в которой этот параметр раствора после перезарядки в элементах питания отличается. Следует помнить, что допустимая разница этого показателя составляет максимум 0,01 кг/см3. Для выравнивания значений плотности в банках необходимо провести корректирующую подзарядку. Делается это следующим образом:
- Сила тока уменьшается в 2−3 раза в сравнении с номинальным показателем.
- Батарея заряжается в течение 1−2 часов.
Если этот метод не помог решить проблему, придется предпринимать более серьезную меру, долив корректирующего электролитного раствора. Здесь необходимо заметить, что использовать его можно только в крайнем случае.
Корректирующим называется электролит, плотность которого составляет 1,4 кг/см3.
Сначала автолюбитель должен проверить АКБ и узнать, почему пропадает концентрация раствора. Если это произошло из-за кипения воды, то корректирующий электролит доливать нельзя. Используется он лишь в двух случаях:
- Обнаружена утечка жидкости из элементов питания.
- В банки было залито много дистиллированной воды, что и стало причиной снижения плотности раствора.
Восстановление плотности
Это кропотливый процесс и автолюбителю потребуется затратить довольно много времени. Причем решить поставленную задачу можно двумя способами и каждый из них необходимо рассмотреть. Начать стоит с доливания корректирующего электролита. Нормальной считается плотность раствора в диапазоне от 1,25 до 1,27 г/см3. Также следует помнить, что это значение должно быть одинаковым в каждом элементе питания батареи. Чтобы приготовить корректирующий электролит, в емкость следует первой залить дистиллированную воду и лишь затем добавить к ней кислоту. В противном случае будет наблюдаться сильное кипение жидкости.
Сначала необходимо из банки откачать раствор с помощью простой спринцовки либо аэрометра. Затем в элемент питания заливается аналогичное количество корректирующего электролита. После этого батарею необходимо поставить на зарядку. После завершения процесса проводится замер параметра и при необходимости процедура повторяется.
Для реализации второго способа потребуется зарядное устройство. Однако оно должно предоставлять возможность тонко регулировать выходное напряжение. Автоматические зарядные устройства здесь использовать нельзя. Чтобы восстановить плотность, необходимо выполнить следующие действия:
- Полностью зарядить АКБ.
- Когда электролит закипит, силу тока необходимо снизить на 1−2 А.
- Время кипения жидкости зависит от конкретной ситуации и может достигать 24 часов.
После завершения процедуры проводится замер показателя плотности, и при необходимости процесс повторяется. Однако в некоторых ситуациях ни один из этих методов может не сработать. Чаще всего это наблюдается при падении плотности до уровня 1,18 кг/см3 и ниже. В этом случае следует откачать максимальное количество раствора. Затем батарея переворачивается, и в дне каждого элемента питания просверливаются отверстия.
Вернув АКБ в нормальное положение, остатки электролита выливаются. Банки промываются дистиллированной водой, а затем отверстия надежно запаиваются. После всех этих манипуляций остается лишь залить новый электролит. Проблема падения плотности раствора не является сложной, и она может быть быстро устранена. Однако важно своевременно обнаружить падение показателя, чтобы АКБ не вышла из строя раньше срока.
Причины падения плотности электролита в аккумуляторе
Почему плотность электролита падает
Нормальная работа батареи подразумевает постоянную подзарядку и высокотемпературный режим химических процессов на электродах и в электролите. Результатом становится постоянное снижение жидкости в банках АКБ, которая пополняется дистиллированной водой. Среди наиболее распространенных причин снижающих в аккумуляторе плотность раствора:
- Не контролируется уровень концентрации раствора в емкостях с электродами после каждого пополнения дистиллятом. С каждым новым разбавлением концентрата снижается доля электролита за счет испарения воды и небольшого количества электролитической жидкости;
- Неоднократная зарядка аккумулятора приводит к закипанию раствора и его испарению, что снижает его количество и повышает концентрацию. В этом случае активных молекул для ионизации свинца и его солей становится меньше, соответственно снижается густота жидкости;
- Батарея разрядилась.
ВАЖНО: Длительная работа АКБ в режиме сниженной плотности электролита – это дорога к сульфатации пластин и выходе устройства из строя.
Для установления причины низкого заряда батареи производят замеры концентрации раствора в банках АКБ используя ареометр. Оптимальный температурный режим для этой процедуры – от 22 до 25 °С. Плотность электролита может быть выше или ниже нормы. В первом случае повышается вероятность коррозийного разрушения электродов с положительным зарядом. Во втором – опасность подстерегает в холодные периоды года, когда электролитический раствор способен охладиться и затвердеть. Поэтому контроль уровня густоты зимой является первостепенной задачей любого владельца ТС.
Подготовка перед поднятием плотности электролита
Для измерения концентрации электролита в аккумуляторной батарее необходимо, чтобы соблюдались условия:
- На АКБ отсутствуют сколы или трещины, корпус абсолютно целый и клеммы без повреждений;
- Нормальный уровень жидкости в каждой из банок;
- Температурный режим электролитического раствора в диапазоне от 20 до 25°С;
- Заряд батареи полный.
При наличии повреждений клемм или корпуса данные могут быть неточными, а причина отсутствия способности выдать нужный разряд для старта ТС совсем не в низкой плотности электролита. Низкий уровень жидкости является более концентрированным, чем его нормальное количество, разбавленное дистиллятом. При низких температурах замеры существенно отличаются от реальных значений в нормальных условиях. В разряженном аккумуляторе густоты раствора всегда ниже, поскольку большинство ионов скопилось на пластинах.
ВАЖНО: Добавление серного концентрата для коррекции плотности электролита должно производиться очень аккуратно, поскольку более высокие показатели способствуют осыпанию пластин и порче АКБ.
Зарядка от генератора автомобиля аккумулятора выполняется не в полном объеме, а всего на 80-90%, что требует подзарядки прибора для измерения концентрации раствора.
В подготовительные работы по поднятию плотности электролита входит:
- Изъятие АКБ из ТС;
- Хранение в теплом помещении до приобретения АКБ температуры 20-25 °С;
- Проверка уровня насыщенности раствора;
- Зарядка и зачистка клемм по необходимости до пополнения жидкости в банках.
Для определения нормы существуют специальные таблицы, согласно которым эксплуатационный показатель для теплого периода должен быть не ниже 1,27 г/куб. см, а для зимнего – 1,3 г/куб. см.
Поднимаем плотность электролита в АКБ
Для повышения концентрации активного раствора в банках аккумулятора необходимо приготовить:
- Средства для личной защиты при работе с едкими веществами: старая одежда, защитные очки, респиратор или защитная маска, перчатки резиновые;
- Мерный стакан;
- Емкость, в которую будет сливаться старый раствор;
- Аэрометр с резиновой грушей для откачки имеющейся в банках жидкости;
- Дрель со сверлом диаметром 3-4 мм;
- Паяльная лампа или паяльник;
- Кислотная пластмасса.
Электролит содержит в составе серную кислоту, способную разъесть кожу или одежду, поэтому следует позаботиться о личной защите и постараться все манипуляции делать предельно аккуратно. Повышение плотности раствора достигается несколькими способами:
- Полной заменой электролита в банках при концентрации ниже 1 г/куб. см;
- Добавлением аккумуляторной кислоты в раствор;
- Заливанием дистиллята и серной кислоты до нужного уровня и показателя плотности.
Полная замена электролита
Это является крайней радикальной мерой в случае полной выработки своего ресурса электролитом при снижении его плотности до 1 г/куб. см. Действия осуществляются в следующем порядке:
- Аккумуляторная батарея после подготовки подвергается полной откачке раствора из банок с помощью груши;
- Перевернув АКБ набок необходимо в дне каждой емкости с электродами просверлить дырки и слить остаток жидкости;
- В таком положении нужно продержать прибор и промыть внутренние полости дистиллятом;
- Очищенную батарею снова делают герметичной, запаивая кислотной пластмассой, сделанные ранее отверстия дрелью. Для этого пользуются паяльной лампой или паяльником;
- В каждую банку заливается нужное количество дистиллята, которое рассчитывается в соотношении от общего объема банки и нужного количества аккумуляторной кислоты для раствора с концентрацией 1,25-1,27 г/куб. см;
- Банки хорошо закупориваются, слегка встряхивается батарея без сильного отклонения от вертикали.
ВАЖНО: Первым в банки заливается дистиллят, а после добавляется кислота, в ином случае жидкость вскипит.
Добавление аккумуляторной кислоты
При показателе плотности раствора ниже 1,2 г/куб. см необходимо применять кардинальные меры для повышения значения электролита. Следует приобрести аккумуляторную кислоту, плотность которой составляет 1,84 г/куб. см, и залить тем же способом, что и обычный электролит.
Добавление дистиллята и серной кислоты
Необходимо сначала откачать имеющийся раствор из каждой банки АКБ. Затем залить новую жидкость плотностью 1,25-1,27 г/куб. см. Заполнив банки до отметки «Норма», следует хорошо закрыть крышки и слегка встряхнуть батарею.
ВАЖНО: Запрещается переворачивать вверх дном АКБ. При такой манипуляции могут отколоться кусочки соли свинца с решетки и попасть на соседний электрод, замкнув таким образом банку. После этого поврежденная емкость станет непригодной для эксплуатации.
Замеры концентрации подскажут необходимость повторения процесса замены электролита. Если показатель ниже 1,25 г/куб. см, то следует повторять операцию до тех пор, пока не будет получен нужный результат.
Корректирующая подзарядка АКБ
После замены или манипуляций по повышению плотности электролита в банках батареи устанавливается раствор с отличным друг от друга показателем. Допускается разнос в диапазоне 0,01 г/куб. см. Чтобы выровнять это значение необходимо произвести корректирующую подзарядку. Суть метода заключается в подаче на протяжении 1-2 часов тока при зарядке в 2-3 раза ниже номинального значения.
При отсутствии положительного результата применяются более радикальные способы выравнивания. Применяется зарядка устройствами, оснащенными регуляторами, обеспечивающими стабильное напряжение на входе.
Инструкция восстановления плотности корректирующей подзарядкой:
- Заряжается батарея полностью;
- В момент достижения максимального заряда при наблюдении кипения электролита сила тока снижается до уровня 1-2 А;
- В процессе кипения происходит испарение дистиллята и повышается густота жидкости;
- Для каждого отдельного случая время выпаривания может быть разным и иногда достигать 1 сутки;
- При снижении плотности ниже 1,25 г/куб. см электролит доливается, концентрация замеряется при остывании прибора до 25 °С;
- Производится повторная операция при необходимости.
Единственный недостаток процедуры – большая длительность.
Корректирующий электролит
Под корректирующей смесью понимают электролит, плотность которого составляет 1,4 г/куб. см. Простое добавление такого раствора недопустимо, следует предварительно произвести замеры имеющегося уровня плотности жидкости. Установление причины поможет подобрать наиболее подходящий метод применения корректирующего электролита. Предназначение такого раствора:
- Скорректировать уровень электролита при вытекании раствора;
- Поднять уровень плотности жидкости в банке при заливании большего количества, чем нужно, дистиллята.
Порядок использования корректирующего электролита:
- С помощью спринцовки или аэрометра откачать из полости банки жидкость;
- Заменить откачанный раствор аналогичным объемом корректирующего состава;
- Поставить заряжаться аккумулятор на срок от 30 минут до часа;
- По окончанию зарядки выдержать прибор в спокойном состоянии часа 2-3;
- Провести контрольный замер в каждой из банок;
- Повторить процедуру при необходимости.
ВАЖНО: Откачивая электролит необходимо оставлять поверхность пластин покрытыми жидкостью.
Заключение
В заключении хотим отметить, что работа с АКБ и электролитом не проста. Поэтому, если у вас мало опыта в сервисных работах по вашему авто, то лучше всего обратиться в сервис и доверить это дело профессионалам. В любом случае, следите за плотностью электролита для надежной работы АКБ хоть летом, хоть зимой.
Почему АКБ зимой работает хуже? Подготовить аккумулятор на зиму.
Проблема подготовки аккумулятора на зиму знакома автомобилистам — зимой аккумулятор слабее и медленнее крутит стартер, быстро разряжается. Это связано с тем, что зимой нагрузка на аккумулятор возрастает, а характеристики аккумулятора резко ухудшаются в связи с понижением температуры эксплуатации.
Рассмотрим влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов:
- внутреннее сопротивление
- напряжение
- емкость
- отдача
1. Внутреннее сопротивление аккумулятора
Внутреннее сопротивление складывается из сопротивления материала пластин, активного поверхностного слоя пластин, сепараторов, и сопротивления электролита, которое сильно зависит от температуры, снижение подвижности ионов и увеличение вязкости электролита повышают внутреннее сопротивление.
При температуре от -30°C до -40°C снижается скорость диффузии ионов электролита, проводимость активного слоя падает в восемь раз, проводимость сепараторов в четыре раза.
Основными свойствами электролита являются плотность, температура замерзания, вязкость и удельное сопротивление.
Плотность электролита находится линейной зависимости от температуры в диапазоне от 20 С до – 30 С и может определяться по формуле 1.28 + (Т-20)Х0.007
В диапазоне от 0°C до -30°C при падении температуры на 1°C:
— вязкость увеличивается на 16%
— удельное сопротивление увеличивается на 15%
— емкость аккумулятора падает на 4%
Внутреннее сопротивление также увеличивается при разряде большими токами как результат уменьшения плотности электролита в порах активной массы и около электродов.
Зависимость удельного сопротивления электролита плотностью 1,30 г/см3 от температуры:
Температура, °С | Удельное сопротивление электролита Ом·см |
+ 40 | 0,89 |
+ 25 | 1,28 |
+ 18 | 1,46 |
0 | 1,92 |
– 18 | 2,39 |
Соответственно, с падением температуры аккумулятора снижается максимальный отдаваемый батареей ток.
Как видно из вышеприведенных данных, с понижением температуры электролита с +40°С до -18°С удельное сопротивление возрастает в 2,7 раза.
2. Напряжение на клеммах АКБ
Напряжение на клеммах аккумулятора является разницей значения электродвижущей силы (ЭДС) и падением напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора, которое значительно зависит от температуры, плотности электролита и потребляемого тока.
Напряжение заряда при 20°С составляет 13,8 В, при снижении температуры должно увеличиваться на 0,003 В/град, что составляет при О°С дополнительно 0,6В (14,4В) и при -20°С дополнительно 1,2В (15В).
Зимой АКБ страдают от недозаряда, особенно при коротких поездках.
Напряжение на клеммах АКБ 12,72 В говорит о 100% заряде.
12,24 В — заряде 50%,
11,76 В соответствует полностью разряженному аккумулятору.
При частичном заряде падает плотность электролита и повышается вероятность его замерзания и разрушения батарей.
Электролит плотностью 1,28 замерзает при -65°C, плотностью 1.20 при -20°C, плотностью 1.10 при – 7 °C.
4. Емкость аккумулятора
Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при заданном режиме разряда, температуре и конечном напряжении. Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле C=Ip*tp, где С – емкость, а·ч;
Ip – сила разрядного тока, а;
tp – время разряда, ч.
Снижение емкости аккумулятора при понижении температуры вызвано повышением вязкости электролита и замедлением диффузии электролита в поры активной массы, внутренние слои которой не участвуют в реакции разряда.
5. Отдача по емкости
Отдача по емкости — отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях. Отдача по емкости зависит от полноты заряда, который падает с падением температуры электролита.
Выводы
Все вышесказанное объясняет значительное влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов. В холодное время, разряженный после неудачного запуска двигателя и оставленный в машине почти новый аккумулятор, может быть испорчен в результате замерзания электролита.
Если рассматривать практический пример, то мы наблюдали падение емкости АКБ с 80 A/ч до 12 А/ч при температуре -18°C и токе разряда 240А.
Пути снижения влияния холода на характеристики АКБ:
1. Утепление подкапотного пространства
2. Если автомобиль хранится в гараже, то можно подсоединить к аккумулятору коннекторы постоянного подключения и соединять его с зарядным устройством Optimate или Battery Service — данные зарядные устройства имеют режим хранения и не требуют отключения от акб после окончания процесса зарядки акб.
3. С периодичностью раз в неделю/месяц (в зависимости от состояния акб и температуры эксплуатации) подзаряжать аккумулятор зарядным устройством.
4. Обязательно менять масло в двигателе на зимнее — это позволит не только снизить нагрузку на акб в момент старта двигателя, но и значительно увеличит срок его службы.
Ссылки по теме
Как поднять плотность электролита в аккумуляторе? Как заменить электролит в аккумуляторе? Что такое «плотность аккумулятора»?
Аккумуляторные батареи автомобилей созданы не только для пуска двигателя, но и для питания электрических приборов машины в тот момент, когда зажигание выключено. По невнимательности водитель с легкостью может забыть о включенных в автомобиле фарах или работающей магнитоле, громкость которой сведена к нулю. Вернувшись к машине на следующий день, можно обнаружить, что она не заводится, и причина тому севший источник питания. Завести машину при разряженном аккумуляторе можно, но через раз-два экстренные методы запуска двигателя начинают надоедать, и явно возникает необходимость вернуть в рабочее состояние аккумулятор.
«Плотность аккумулятора» или соотношение серной кислоты и воды в электролите
В простонародье распространен такой термин как «плотность аккумулятора». По сути, он является ошибочным, поскольку никто не измеряет плотность непосредственно источника питания. Любой автомобильный любитель скажет, что под понятием «плотность аккумулятора» подразумевается плотность электролита, который залит в батарею. Именно от того какой плотности электролит находится в аккумуляторе, зависит его возможность заряжаться и сохранять накопленную энергию.
Если аккумулятор разрядился по невнимательности водителя или другим причинам, следует попробовать вернуть ему работоспособное состояние при помощи зарядного устройства. Перед тем как заряжать аккумулятор, в него доливают дистиллированную воду, которая могла испариться в процессе работы источника питания. Вода в аккумуляторе смешивается с готовым электролитом, что приводит к понижению его плотности, то есть к уменьшению процентного содержания серной кислоты в итоговом растворе. Через некоторое время плотность электролита в аккумуляторе, из-за постоянного разбавления его дистиллированной водой, снижается, и опускается ниже комфортного уровня. Эксплуатация батареи становится невозможно, и в таких ситуациях возникает необходимость в повышение плотности электролита в аккумуляторе.
Как поднять плотность электролита в аккумуляторе самостоятельно?
Плотность аккумулятора, а если говорить точнее, то электролита в нем, повысить можно довольно просто без обращения к специалистам сервисного центра. Первым делом необходимо провести ряд подготовительных процедур:
- Подготовьте емкости, которые понадобятся для слива части старого электролита из аккумулятора;
- Обзаведитесь средствами личной защиты – перчатки, очки, одежда (которую не страшно испортить). Помните: Электролит аккумулятора частично состоит из серной кислоты, которая опасна, и при попадании на кожу способна вызвать ожог, а одежду серьезно испортить;
- Возьмите инструменты, которые понадобятся, чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе: ареометр, клизма-груша, мерный стакан, воронка;
- Купите необходимые расходные материалы: дистиллированная воды, аккумуляторная кислота или готовый электролит.
Чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, придется самостоятельно полностью заменить весь электролит, который уже залит в батарею, на новый раствор. Сделать это довольно просто, если выполнять все по инструкции и соблюдать необходимые меры предосторожности.
Как поменять электролит в аккумуляторе?
Большинство современных аккумуляторов выпускаются разборными, и они предусматривают возможность замены электролита самостоятельно. Неразборные аккумуляторы – большая редкость, и в них нельзя при необходимости отвинтить пробки для удаления старого электролита и заливки нового. При желании можно залить электролит и в неразборную батарею, но для этого необходимо в каждой банке с помощью сверла проделать отверстие. После замены электролита на место отверстий напаивается пластмасса, и аккумулятор вновь становится рабочим.
Сам процесс замены электролита довольно простой, и он состоит из следующих пунктов:
- Первым делом необходимо снять аккумулятор с автомобиля и найти подходящее место для замены электролита в нем и зарядки;
- Далее необходимо снять защиту с аккумулятора, если она имеется, и открутить пробки с банок;
- После этого берем клизму-грушу и вставляем ее конец в одну из банок аккумулятора. Пользуясь данным резиновым прибором, выкачиваем из аккумулятора старый электролит и сливаем его в заранее подготовленную емкость. Внимание: Ни в коем случае не выливайте электролит на землю, если вы выполняете работы на улице;
- Выкачав практически весь старый электролит из всех банок, необходимо почистить пластины аккумулятора от его остатков. Сделать это можно с помощью дистиллированной воды, которая не вызовет внутри аккумулятора нежелательные реакции. Для этого дистиллированную воду заливают в каждую банку аккумулятора, после чего его поднимают и трясут. Хорошо удерживайте аккумулятор, чтобы в процессе тряски он не выпал. После этого сливаем получившийся раствор.
Стоит отметить, что некоторые автолюбители рекомендуют для «чистоты» будущего электролита в батарее не только промыть ее дистиллированной водой, но и использовать различные растворы. К примеру, рекомендуется залить в батарею раствор воды с содой и оставить его там на 4 часа. После этого также рекомендуется заливать на час в аккумулятор раствор поваренной соли.
- Очистив банки аккумулятора от старого электролита, необходимо залить в него новый. Хорошо, если вы приобрели готовый электролит в магазине, тогда достаточно залить его с помощью воротки до указанных граней в каждую банку. В случае если у вас аккумуляторная кислота и дистиллированная вода, требуется предварительно сделать раствор электролита с плотностью в 1,27-1,28 грамм на сантиметр кубический;
- После этого закрываем банки и начинаем процесс зарядки аккумулятора;
- Сменив электролит в батарее, необходимо выполнять процесс заряда батареи по циклу «зарядка-разрядка» с силой тока не более 0,1 Ампер до тех пор, пока плотность аккумулятора (плотность электролита) не достигнет рабочих значений. Внимание: Зарядку можно окончить и начать использовать аккумулятор только после того как на концах клемм аккумулятора удастся замерить 14 Вольт.
Если вы решили поменять электролит в аккумуляторе самостоятельно, настоятельно рекомендуем соблюдать все меры предосторожности. Кислотная среда, которой является электролит, вредна не только при попадании на кожу, но и в дыхательные пути. Менять электролит следует исключительно в хорошо проветриваемых помещениях с предельной осторожностью.
Загрузка…Как поднять плотность электролита в аккумуляторе самостоятельно
Доброго времени суток! Все читатели блога знают, что обслуживаемый аккумулятор, требует периодических проверок. Ведь концентрация серной кислоты в нем со временем падает. Поэтому, каждый уважающий себя автомобилист, должен знать, как поднять плотность электролита в аккумуляторе. Об этом, мы с вами и поговорим.
Содержание
Почему плотность электролита падает
Прежде чем разбираться, как повысить плотность электролита в аккумуляторе, давайте выясним причины ее падения.
Для любого АКБ, изменение плотности это нормальное явление. Т.е., аккумулятор разрядился – ее значение понизилось. Зарядился – повысилось. Но в некоторых ситуациях, батарея попросту не держит заряд. А это говорит о том, что концентрация упала слишком сильно и ее пора поднимать.
Почему у АКБ становится маленькая плотность:
- аккумулятор просто разряжен;
- батарея подвергалась перезарядке, в результате чего выкипал электролит;
- в банки доливается дистиллированная вода, а замеры концентрации не проводятся. В результате плотность электролита постепенно падает;
Кстати, если АКБ будет долго работать в таком состоянии, это приведет к сульфитации пластин. Поэтому, лучше его не запускать.
Подготовка
Итак, если в результате проверки ареометром, обнаружилась низкая плотность электролита в аккумуляторе ее нужно поднимать. Но, прежде чем это делать, нужно убедиться, что соблюдены некоторые условия:
- АКБ заряжен;
- температура электролита в банках находится в пределах 20-25 оС;
- во всех банках уровень жидкости в норме;
- аккумулятор целый. На АКБ, часто появляются трещины возле токовыводов, из-за расшатывания контактов. Поэтому не нужно стучать и прикладывать излишних усилий чтобы снять клемму на аккумуляторе. Лучше потратить немного больше времени и сделать это аккуратно.
Если же батарея автомобиля разряжена, то она заряжается, а после измеряется плотность. Почему так? Дело в том, что при низком заряде – концентрация кислоты в банках уменьшается.
Если залить корректирующий раствор в незаряженный аккумулятор – концентрацию серной кислоты можно повысить до такой степени, что в банках осыпятся пластины.
Нужно учесть, и тот факт, что автомобильный генератор, заряжает аккумулятор лишь на 85-90%. Поэтому перед замерами, зарядку батареи нужно проводить в обязательном порядке.
Корректирующая подзарядка АКБ
Иногда, может возникнуть ситуация, что после полной зарядки, плотность электролита в банках оказывается разная. Вообще, разница в плотности допускается не более 0,01 кг/см3. Иначе, требуется ее выравнивание.
Для этого, можно провести корректирующую подзарядку батареи. В 2-3 раза уменьшается сила тока (по сравнению с номинальной величиной) и АКБ заряжается 1-2 часа. Если это не помогло выровнять плотность электролита – потребуются более радикальные меры.
Корректирующий электролит
Корректирующим, называют электролит с плотностью 1,40 кг/см3. Запомните, ни в коем случае, нельзя просто так вливать его в АКБ. Т.е. вначале, нужно проверить аккумулятор и выяснить причину падения уровня жидкости, а потом его уже поднимать.
Часто встречается ситуация, когда начинающие автолюбители неправильно истолковывают название «корректирующий». Например, когда из банок выпарилась вода. Т.е. нужно поднять уровень жидкости, а тут как раз корректирующий раствор. Логика проста:
- в АКБ залит электролит, а его уровень упал;
- раствор корректирующий, значит он предназначен для корректировки уровня жидкости.
К сожалению, такая точка зрения в корне неправильна. В большинстве случаев, для выравнивания уровня, в АКБ льется дистиллированная вода.
А корректирующий электролит льется в таких случаях:
- если жидкость вытекла из банок;
- если вы налили в АКБ слишком много дистиллята и понизили плотность.
Поэтому не нужно его лить, если, например, батарея просто разряжена, а соответственно концентрация ниже требуемой.
Поднимаем плотность электролита в АКБ
Итак, давайте разбираться, как повысить плотность аккумулятора. Скажу сразу – дело это хоть и не хитрое, но достаточно кропотливое и к тому же, занимает много времени. Поэтому лучше заранее запастись терпением.
Нормальная плотность электролита должна быть в пределах 1,25-1,27 г/см3. Причем, это значение должно быть одинаково для всех банок. Для того чтобы поднять концентрацию электролита в банках аккумулятора, используется корректирующий раствор. Если же вы захотите самостоятельно приготовить смесь в домашних условиях, запомните последовательность:
- в емкость льется дистиллят, а уже в него добавляется серная кислота. Если сделать наоборот – раствор начнет бурно кипеть.
Кроме того, понадобится:
- аэрометр с грушей для откачки жидкости из банок;
- стеклянная емкость для слива старого электролита;
- мерный стакан;
- защитные очки, перчатки.
Важно помнить и то, что у жидкости может быть разная плотность в банках. Поэтому имеет смысл сделать простую табличку, куда заносить результаты замеров по каждой банке – иначе можно запутаться.
Сразу сделаю одно важное уточнение. Некоторые товарищи, советуя как поднять плотность в аккумуляторе, предлагают полностью выливать электролит и заливать новый. А для этого, они рекомендуют просто перевернуть батарею, вылить жидкость и промыть все дистиллированной водой. А в результате таких манипуляций перестает работать одна или несколько банок.
Почему так происходит? Дело в том, что на дне собирается свинцовый осадок. И если АКБ перевернуть – кусочки свинца могут упасть между пластин и закоротить их. Т.е. банка перестает работать.
Итак, когда упала плотность электролита, есть несколько действенных метода, чтобы ее безболезненно поднять. Давайте их рассмотрим.
Доливка корректирующего электролита
Для этого понадобится концентрированный электролит.
Как увеличить плотность:
- из банки откачивается жидкость при помощи аэрометра или обычной спринцовки;
- вместо нее, заливается такой же объем корректирующего раствора;
- АКБ ставится на зарядку на полчаса – час, после чего, выдерживается в течение 2-3 часов;
- проводятся контрольные замеры;
- при необходимости, процедура повторяется.
При откачке, нужно следить, чтобы не оголялась поверхность пластин.
Выравнивание при помощи зарядного устройства
Здесь все просто. Единственное условие, понадобится зарядное для автомобиля с жесткой регулировкой выходного напряжения. Автоматические зарядные, уменьшающие силу тока при достижении полной зарядки не подойдут.
Как восстановить плотность:
- АКБ доводится до полной зарядки;
- когда он заряжен и начинает кипеть – уменьшается сила тока до 1-2 Ампер;
- логика простая – АКБ кипит, вода испаряется, концентрация электролита повышается;
- время выпаривания зависит от конкретного случая и может длиться больше суток;
- когда уровень упал – доливается электролит и замеряется плотность;
- если нужно – операция повторяется.
Из минусов, стоит отметить, что это долго.
Если плотность слишком низкая
Как выровнять плотность, если она слишком низкая? Например, если ее значение, ниже 1,18, описанные методы не сработают. Придется сливать кислоту полностью.
Давайте разберемся, что делать в этом случае:
- электролит откачивается из банок, насколько это возможно;
- АКБ аккуратно переворачивается, и в дне высверливаются отверстия в каждой банке.
- Желательно делать это в какой-нибудь емкости, например в тазу;
- после этого, батарея ставится в вертикальное положение, и с нее выливаются остатки жидкости;
- аккумулятор промывается дистиллированной водой;
- отверстия запаиваются, и заливается новый раствор.
Пластик для запаивания дырок, должен быть устойчивым к серной кислоте.
Иногда встречаются ситуации, когда в старых аккумуляторах совсем нет плотности. Это говорит о глубокой сульфатации. В этом случае потребуются более серьезные меры для восстановления.
На самом деле, если в вашем аккумуляторе упала плотность электролита – это не такая уж большая проблема. И поднять ее можно без особых трудов. Но, лишь в том случае, если определить падение концентрации вовремя. Если же за аккумулятором не следить – он просто выйдет из строя.
Как понять, сколько еще протянет аккумулятор в автомобиле — Российская газета
Признаки аккумулятора, приходящего в негодность, хорошо известны. Машина заводится далеко не с первого раза или лишь после длительного звукового аккомпанемента стартера (более двух секунд). Самый крайний вариант — когда вам вообще не удается завести машину — при запуске вы видите короткое подмигивание «приборки», слышите опять-таки кряхтение стартера, но мотор в итоге так и не схватывает. Одновременно на «приборке» может зажечься индикатор разрядки аккумулятора (красный значок батареи). Как понять, что проблема кроется именно в подсевшей или вышедшей из строя АКБ?
Смотрим в АКБ и борткомпьютер
Проще и быстрее всего выяснить состояние АКБ, заглянув в ее индикаторный глазок. Через такую «бойницу» опытный водитель определит и плотность электролита, и его уровень.
Однако такие глазки имеются далеко не на всех аккумуляторах. Поэтому, оценив целостность АКБ (на корпусе не должно быть трещин и подтеков, а клеммы надежно закреплены), погружаемся в меню борткомпьютера.
В большинстве моделей допуски указываются в вольтах (бывает также в процентах). Данные можно снимать как при работающем, так и выключенном двигателе. Если машина не завелась, актуален последний случай — напряжение при таком раскладе должно быть в пределах 12,5-12,8 В, что сигнализирует об уровне заряда 90 — 100%. Если напряжение батареи менее 12 вольт, уровень ее заряда упал больше чем на 50 %, и АКБ необходимо срочно зарядить. Ну а если это значение снижено до 10,5 -11,5 В, вероятность, что вы заведетесь, ничтожно мала.
Вооружитесь тестерами
Если бортовой компьютер в вашем автомобиле не показывает напряжение, или вообще не входит в оснащение (бывает и так), приобретите мультиметр — компактное и недорогое устройство с дисплеем, которое показывает напряжение в бортовой сети. Включаем в мультиметре режим измерения напряжения (диапазон 20 Вольт).
Прикладываем черный щуп устройства к «минусу» аккумулятора, красный щуп, соответственно, — к плюсу и снимаем показания с дисплея мультиметра. При работающем моторе напряжение должно быть примерно 14,0-14,4 В.
При неработающем, повторимся, 12,5-12,8 В. Причем, проверяя напряжение при работающем моторе, вы получаете и еще одну важную информацию — идет зарядка от генератора или нет. Если напряжение после пуска двигателя стало даже меньше, чем было изначально, с генератором проблемы, или он приказал долго жить.
Как эксплуатация машины влияет на долговечность АКБ
Жизнь аккумуляторной батареи напрямую зависит от особенностей эксплуатации автомобиля, и если говорить в общих чертах, для АКБ плохо и когда вы ездите очень много (режим такси), и очень мало (возрастные и начинающие водители, водители-подснежники, водители, совершающие очень короткие поездки). В первом случае батарея постоянно заряжается, соответственно, резко снижается ее ресурс, во втором — генератор заряжает аккумулятор лишь эпизодически, что также негативно сказывается на здоровье АКБ.
Другие неблагоприятные сценарии — повышенные нагрузки и глубокие разряды АКБ. К примеру — когда на аккумулятор завязано множество потребителей или когда вы регулярно даете «прикурить» соседу по гаражу. Или, скажем, вы забываете выключить фары, часто слушаете музыку при выключенном моторе, высаживая АКБ.
Зимняя эксплуатация — еще одно «зло». Холодные энергозатратные запуски мотора по утрам, движение в пробках со всеми включенными потребителями (фары, дворники, обогревы стекол и сидений) точно не продлевают жизнь АКБ. Наконец, аккумулятор может запросто быть убит поврежденными участками проводки или неисправным генератором. В последнем случае даже слабое натяжение ремня генератора может резко снизить ресурс батареи, поскольку напрямую влияет на силу тока зарядки.
Как продлить жизнь АКБ
Помимо поддержания исправного технического состояния всех узлов автомобиля, крайне важна правильная эксплуатация машины в зимний период. Среди прочего следует отказаться от езды на короткие дистанции (АКБ потратит больше энергии, чем успеет восполнить), не мучить аккумулятор в момент запуска машины на холоде (допускается крутить стартер не более 10-15 секунд), а идеальным вариантом будет не держать автомобиль на морозе, а, скажем, арендовать теплый гараж.
Внимание следует уделить также такой, казалось бы, рутинной процедуре, как удалению налета с клемм АКБ. Окислы, подтеки электролита и следы коррозии напрямую влияют на способность батареи проводить ток. В обслуживаемых батареях нужно также следить за плотностью и уровнем электролита, доливая нужное количество дистиллированной воды и электролита. Раствор имеют оптимальную плотность (1.27 г/см3), которая измеряется специальным прибором — ареометром (денсиметром).
И, наконец, избегайте простоя аккумулятора. Даже если вы долго не эксплуатируете машину (например, зимой), регулярно заводите двигатель и давайте ему проработать примерно полчаса. Как вариант, зимой можно снять аккумулятор и зарядить его дома или в гараже. Однако следует помнить, что современные автомобили не любят даже краткосрочного удаления АКБ, поскольку в таком случае слетают различные настройки мультимедиа, акустики и других бортовых систем.
Что происходит, когда аккумулятор разряжается и заряжается?
В заряженном состоянии аккумулятор состоит из оксида свинца и серной кислоты, смешанных с водой с плотностью прибл. 1.28.
При разряде свинец превращается в сульфат свинца (белый порошок на открытом воздухе), в то время как содержание серной кислоты в кислотном растворе уменьшается (т.е. плотность падает до 1,0 = только вода).
Как следует заряжать свинцово-кислотный аккумулятор?
К разным типам свинцово-кислотных аккумуляторов применяются разные рекомендации.Как правило, при температуре окружающей среды + 25 ° C аккумулятор можно заряжать с напряжением элемента 2,3 В на элемент (13,8 В для аккумулятора 12 В). Зарядное напряжение ниже 2,2 В на элемент (13,20 В для аккумулятора 12 В) никогда не зарядит аккумулятор полностью.
Чтобы ускорить процесс зарядки и создать перемешивание кислоты в свободных кислотных аккумуляторах, зарядное напряжение в доливающем заряде может быть увеличено до 2,4 В / элемент (14,40 В для аккумулятора 12 В). Однако этот дополнительный заряд должен быть тщательно проверен автоматикой зарядки и остановлен до того, как произойдет перезарядка и дегазация.
При дегазации взрывоопасный газ образует смесь водорода и кислорода.
Предел порога газификации падает при более высокой температуре окружающей среды и увеличивается при более низкой температуре. Аккумулятор 12 В может заряжаться до 14,04 В при + 45 ° C и до 14,85 В при +/- 0 ° C
Для трубчатых элементов применяется более сложный процесс зарядки, когда для правильного перемешивания требуется напряжение зарядки до 2,7 В / элемент. Трубчатая конструкция, часто с высокими пластиковыми контейнерами, в противном случае может привести к образованию слоя в контейнере.Слишком высокая плотность внизу и слишком низкая вверху (там, где вы обычно также измеряете). Обычно аккумуляторные батареи используются в вилочных погрузчиках, где работа в 2 или 3 смены приводит к тому, что батарея подвергается кратковременным промежуточным зарядам во время перерывов. Следовательно, автоматизация зарядки должна гарантировать, что выравнивание выполняется как можно чаще (обычно в выходные дни).
Полностью заряженная батарея — обзор
Состояние заряда
Состояние заряда обычно определяется как фактически доступное количество заряда в данной батарее ( Q ), связанное с максимально доступным количеством заряда, которое может быть получен от этой батареи после 100% полной зарядки ( C ) и обычно выражается в процентах:
[1] SoC = фактически доступное количество заряда (Q) максимально доступное количество заряда (C) × 100 %
Это определение LAB не является ясным и однозначным.Причина этого в том, что оба используемых значения, эталонное значение «максимально доступное количество заряда», так называемая «емкость аккумулятора» и «фактически доступное количество заряда» могут быть определены и соответственно измерены различными способами.
Контрольный тест для Q — это разряд с определенным заданным током до предварительно заданного напряжения отсечки при определенной заданной температуре батареи. Эталонным тестом емкости батареи C является полная зарядка с последующей разрядкой в условиях, аналогичных описанным ранее.В зависимости от скорости разрядного тока, температуры батареи, напряжения отключения и определения «полного заряда» могут быть получены разные значения для Q , C и, следовательно, для SoC.
Для понимания определения SoC «полная зарядка» должна быть определена в первую очередь. Как правило, это определяется процедурой зарядки, приводящей к полностью заряженной батарее. Однако «полный» не является «полным» и сильно зависит от установленной процедуры начисления. Вот некоторые часто используемые определения «полностью заряженной батареи»:
- •
Физическая полная означает, что все доступные активные массы находятся в заряженном состоянии.В новых аккумуляторах для зарядки доступны все активные массы. В старых батареях части активных масс могут ослабнуть из-за эрозии, могут быть недоступны для тока заряда из-за коррозионных слоев на электродах или могут быть преобразованы в необратимые сульфаты и, следовательно, больше не доступны для зарядки. Физическое наполнение достигается в тот момент, когда дополнительный зарядный ток используется на 100% для побочных реакций, таких как выделение газа или коррозия.
- •
Номинальная полная достигается, когда применяется процедура зарядки, предписанная производителем батареи или данным стандартом.Для новых аккумуляторов это обычно почти такое же состояние, как и полное физическое. Например, в старых батареях крупнозернистые кристаллы сульфата свинца образуются во время работы или из-за процессов перекристаллизации. Эти кристаллы часто не могут быть растворены стандартными процедурами зарядки. Следовательно, части активных масс остаются в разряженном состоянии после номинального полного заряда. Для достижения физического полного состояния необходимо применять модифицированные стратегии зарядки, такие как зарядка при повышенных температурах или в течение более длительных периодов времени.Например, международный стандарт (EN 50342–1: 2006) для шестиэлементных залитых батарей стартер-свет-зажигание (SLI) определяет номинальный заряд CCCV-заряда на 25-35 ° C и (16,00 ± 0,01) В с ограничение тока 5 I номинальное на 24 ч. В старых батареях после этой процедуры зарядки может оставаться некоторое количество сульфата свинца. Они могут широко раствориться, если применяется дополнительная зарядка не менее чем на 40 ° C.
- •
Полная работоспособность определяется как максимально возможная SoC батареи, которая может быть достигнута в полевых условиях в данном приложении.Номинальные условия заряда часто не могут быть применены к батареям, которые используются в реальных приложениях, из-за конструкции системы, ограничений, касающихся максимального напряжения заряда, температуры батареи и доступного времени зарядки. В результате аккумулятор, новый или старый, не может даже достичь номинального состояния полной зарядки. Например, в обычных транспортных средствах напряжение в системе обычно не может превышать примерно 15 В (что ниже 16 В, определенного для номинального заряда), а периоды заряда ограничиваются временем вождения (обычно намного меньше, чем 24 часа сразу), так что даже свежий SLI аккумулятор не может быть полностью заряжен по номиналу.
Как следует из эталонных испытаний для C и Q , батарея определяется как разряженная, когда при ее разряде определенным номинальным током при определенной температуре достигается заранее заданное напряжение отсечки. Процедура разряда с указанными параметрами называется стандартным испытанием емкости. Это определение более практично, чем физически полностью разряженная батарея, где все активные массы находятся в разряженном состоянии, по нескольким причинам.Во-первых, ЛАБ нельзя полностью физически разрядить, не нанеся ей необратимого повреждения. Во-вторых, в большинстве приложений батарея должна обеспечивать определенный уровень напряжения, даже если она «разряжена». В-третьих, полная физическая разрядка будет длиться почти бесконечно долго. Изготовитель или пользователь батареи может определить номинальную скорость разряда, напряжение в конце разряда и температуру. Поэтому необходимо упомянуть параметры для определения емкости с помощью теста емкости.В противном случае результаты несопоставимы.
После четкого определения значений «полная» и «разряженная» батарея, можно ввести различные однозначные определения емкости батареи:
- •
Номинальная емкость или номинальная емкость C N . Номинальная или номинальная емкость — это значение емкости, указанное производителем при номинальных условиях эксплуатации (определяемых температурой, разрядным током и напряжением в конце разрядки, как при стандартном испытании емкости).
- •
Начальная мощность C 0 . Первоначальная емкость — это измеренная емкость новой батареи. Эталонное измерение состоит из номинальной полной зарядки с последующим стандартным испытанием емкости, как определено выше. Для данной лаборатории это значение может быть немного выше или ниже номинальной емкости C N из-за производственных допусков, систематического завышения размеров производителем или отсутствия циклов инициализации, которые могут увеличить емкость в начале срока службы.
- •
Фактическая вместимость C a . Фактическая емкость — это измеренная емкость батареи в ее текущем состоянии. Эталонное измерение такое же, как и для начальной емкости. Следовательно, для новой батареи C a = C 0 . В случае старых батарей C, a
0 из-за процессов старения, которые приводят к потере емкости. Однако это не всегда верно во всех случаях.Некоторые LAB показывают увеличение фактической мощности C, , и в течение нескольких месяцев или даже лет. Это особенно заметно для свинцово-кислотных аккумуляторов с регулируемым клапаном (VRLA). - •
Доступная мощность C ср. . Доступная емкость — это емкость данной новой или устаревшей батареи, доступная для данного приложения. Эталонным измерением часто является рабочий полный заряд с последующим разрядом с номинальным током до тех пор, пока не будет достигнуто определяемое приложением напряжение конца разряда при фактической температуре батареи.
Теперь можно определить SoC, но перед этим следует отметить важный момент.
Общее определение SoC согласно формуле [1] полезно, когда SoC следует измерять с помощью эталонных тестов, потому что для обоих значений, Q и C , количество заряда может быть рассчитано во время разряда как ток разряда. умножается на время разряда. Если необходимо настроить определенную SoC (так, чтобы батарея имела определенное количество заряда Q ), невозможно разрядить LAB, пока она не станет пустой, а затем зарядить ее снова и вычислить сохраненный объем заряда путем интеграции заряда Текущий.Причина в том, что из-за более высокого напряжения батареи во время зарядки значительная часть зарядного тока переходит в реакцию выделения газа, и, таким образом, фактически накопленный заряд ниже, чем рассчитанный путем интегрирования зарядного тока. Следовательно, чтобы установить определенную SoC батареи, она должна быть полностью заряжена (до 100% SoC), а затем определенное количество заряда Q d должно быть снято с батареи путем разрядки, так что
[2] SoC = максимально доступное количество заряда (C) — снятое количество заряда (Qd) максимальное доступное количество заряда (C) × 100%
Это фактически немного другое определение SoC, но если C , Q и Q d измеряются при одинаковых условиях разряда (температура, ток разряда, напряжение в конце разряда и тот же возраст батареи), тогда
[3] C = Q + Qd
, и это определение SoC эквивалентно определению, данному в уравнении [1].
Если упоминается «SoC», обычно имеется в виду фактическая доступная емкость, связанная с номинальной емкостью C N . Поскольку C N часто не является измеренным значением для данной батареи, условие [3] не выполняется. В этом случае с помощью формул [1] или [2] можно получить разные значения для SoC. С этой точки зрения для новой батареи SoC, относящаяся к начальной емкости ( C, 0 ), более предпочтительна, поскольку выполняется условие [3].
Например, свежая батарея SLI номинальной емкостью C N = 100 Ач. Батарея может иметь начальную емкость C, 0 = 105 Ач. В этом случае, если аккумулятор должен быть настроен на 50% SoC (относится к C, N ), тогда Q d = 50 Ач должно быть разряжено от аккумулятора согласно формуле [2]. Однако, разрядив аккумулятор в номинальных условиях, можно извлечь из аккумулятора емкость 55 Ач до полного разряда.Это означало бы, что SoC (относящаяся к C N ) согласно определению [1] составляла 55%.
Для устаревших аккумуляторов SoC, связанная с начальной емкостью и использующая определения [1] или [2], не будет согласована. В этом случае следует использовать SoC, относящуюся к фактической емкости (SoC a ). По той же причине в приложении только SoC, связанная с доступной емкостью (SoC av ) с использованием определений [1] и [2], является правильным.
Связь между различными SoC можно пояснить на примере, показанном на рисунке 1.В этом примере дан старый LAB с начальной емкостью C, 0 = 100 Ач. Из-за крупных кристаллов сульфата свинца физический полный заряд не может быть получен в течение ограниченного времени процедуры номинального заряда. Таким образом, емкость 5Ач остается незаряженной. При заданных критериях напряжения в конце разряда батарея имеет меньшую емкость из-за старения по сравнению с новой батареей. В этом примере это составляет дополнительную потерю емкости в 20 Ач. В результате получается фактическая емкость C, a = 75 Ач.В SoC окно между 0% и 100% может быть сопоставлено с окном SoC 0 между 20% и 95%. В некоторых приложениях доступная емкость аккумулятора может составлять всего C av = 65 Ач, поскольку при полной зарядке остается значительное количество активных масс в разряженном состоянии. SoC av может быть сопоставлен с окном SoC 0 между 20% и 85%, или, другими словами, в данном приложении аккумулятор может работать только между 20% и 85% от SoC относительно его начальной емкости.
Рис. 1. Схематическая визуализация отношений между различными определениями состояния заряда (SoC).
Все приведенные выше определения емкости и SoC всегда принимают номинальную температуру или, по крайней мере, аналогичную температуру как должное. Поскольку температура оказывает значительное влияние на емкость батареи, другие значения этих показателей качества могут быть получены при других температурах.
Еще хуже упомянуть, что может возникнуть другая проблема с точным определением SoC.Из-за разной скорости побочных реакций в положительном и отрицательном электродах может случиться так, что SoC двух электродов будет отклоняться. Как правило, SoC определяется для батареи в целом, но для некоторых целей важны индивидуальные характеристики электродов. Схожей с этой проблемой является неоднородный SoC ячеек в последовательном соединении. Как правило, температура клеток не одинакова, поэтому побочные реакции протекают с разной скоростью; следовательно, SoC ячеек отклоняется.
Рабочие характеристики батареи — Как определить и протестировать батарею
Технические характеристики, стандарты и реклама
Батареи могут рекламироваться как Long Life, High Capacity, High Energy, Deep Cycle, Heavy Duty, Fast Charge, Quick Charge, Ultra и другие, плохо определенные параметры, и существует несколько отраслевых или юридических стандартов, точно определяющих каждый из этих терминов. означает.Рекламные слова могут означать все, что хочет продавец. Помимо базовой конструкции батареи, производительность фактически зависит от того, как используются батареи, а также от условий окружающей среды, в которых они используются, но эти условия редко, если вообще когда-либо, указываются в рекламе для массового рынка. Для потребителя это может сбивать с толку или вводить в заблуждение. Однако сама аккумуляторная промышленность не использует такие расплывчатые термины для определения характеристик батареи, а технические характеристики обычно включают заявление, определяющее или ограничивающее условия эксплуатации или окружающей среды, в которых может быть достигнута заявленная производительность.
В следующем разделе описаны основные параметры, используемые для характеристики элементов или батарей, и показано, как эти параметры могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации.
Кривые нагнетания
Энергетические элементыбыли разработаны для широкого спектра применений с использованием множества различных технологий, что привело к широкому диапазону доступных рабочих характеристик.На графиках ниже показаны некоторые из основных факторов, которые разработчик приложений должен учитывать при выборе батареи для соответствия требованиям к производительности конечного продукта.
Клеточная химия
Номинальное напряжение гальванического элемента фиксируется электрохимическими характеристиками активных химических веществ, используемых в элементе, так называемым химическим составом элемента. Фактическое напряжение, появляющееся на выводах в любой конкретный момент времени, как и в любой ячейке, зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса ячейки, и это зависит от температуры, состояния заряда и возраста элемента.
На приведенном ниже графике показаны типичные кривые разряда-разряда для элементов с различным химическим составом при разряде со скоростью 0,2 ° C. Обратите внимание, что химический состав каждой ячейки имеет свои характеристические номинальное напряжение и кривую разряда. Некоторые химические вещества, такие как литий-ионный, имеют довольно плоскую кривую разряда, в то время как другие, такие как свинцово-кислотная, имеют ярко выраженный наклон.
Мощность, отдаваемая элементами с наклонной кривой разряда, постепенно падает на протяжении всего цикла разряда.Это может вызвать проблемы для приложений с большой мощностью ближе к концу цикла. Для приложений с низким энергопотреблением, которым требуется стабильное напряжение питания, может потребоваться установка регулятора напряжения, если наклон слишком крутой. Обычно это не вариант для приложений с большой мощностью, поскольку потери в регуляторе могут лишить аккумулятор еще большей мощности.
Плоская кривая разряда упрощает конструкцию приложения, в котором используется батарея, поскольку напряжение питания остается достаточно постоянным в течение всего цикла разряда.Наклонная кривая облегчает оценку состояния заряда батареи, поскольку напряжение элемента может использоваться как мера оставшегося заряда в элементе. Современные литий-ионные элементы имеют очень плоскую кривую разряда, поэтому для определения состояния заряда
необходимо использовать другие методы.По оси X показаны характеристики ячеек, нормированные в процентах от емкости ячеек, так что форма графика может быть показана независимо от фактической емкости ячейки.Если бы ось X была основана на времени разряда, длина каждой кривой разряда была бы пропорциональна номинальной емкости элемента.
Температурные характеристики
Производительность элемента может резко меняться в зависимости от температуры. В нижнем пределе, в батареях с водными электролитами, сам электролит может замерзнуть, задав нижний предел рабочей температуры. При низких температурах литиевые батареи страдают от литиевого покрытия анода, что приводит к необратимому снижению емкости.В крайнем случае активные химические вещества могут выйти из строя и разрушить аккумулятор. Между этими пределами характеристики элемента обычно улучшаются с повышением температуры. См. Также «Управление температурным режимом» и «Срок службы батареи» для получения более подробной информации.
На приведенном выше графике показано, как характеристики ионно-литиевых батарей ухудшаются при снижении рабочей температуры.
Вероятно, более важным является то, что как для высоких, так и для низких температур, чем дальше рабочая температура от комнатной, тем больше сокращается срок службы.См. Неисправности литиевых батарей.
Характеристики саморазряда
Скорость саморазряда — это мера того, как быстро элемент теряет свою энергию, находясь на полке, из-за нежелательных химических воздействий внутри элемента. Скорость зависит от химического состава клеток и температуры.
Клеточная химия
Ниже показан типичный срок хранения некоторых первичных ячеек:
- Цинк Углерод (Leclanché) от 2 до 3 лет
- Щелочная 5 лет
- Литий 10 лет и старше
Типичные скорости саморазряда для обычных перезаряжаемых элементов следующие:
- Свинцово-кислотный от 4% до 6% в месяц
- Никель-кадмий от 15% до 20% в месяц
- Никель-металлогидрид 30% в месяц
- Литий от 2% до 3% в месяц
Температурные эффекты
Скорость нежелательных химических реакций, которые вызывают внутреннюю утечку тока между положительным и отрицательным электродами элемента, как и все химические реакции, увеличивается с температурой, что увеличивает скорость саморазряда батареи.См. Также Срок службы батареи. На приведенном ниже графике показана типичная скорость саморазряда литий-ионной батареи.
Внутреннее сопротивление
Внутреннее сопротивление ячейки определяет ее пропускную способность по току. Низкое внутреннее сопротивление допускает большие токи.
Схема эквивалента батареи
На схеме справа показана эквивалентная схема для энергетической ячейки.
- Rm — сопротивление металлического пути через ячейку, включая клеммы, электроды и межсоединения.
- Ra — сопротивление электрохимического тракта, включая электролит и сепаратор.
- Cb — емкость параллельных пластин, которые образуют электроды ячейки.
- Ri — нелинейное контактное сопротивление между пластиной или электродом и электролитом.
Типичное внутреннее сопротивление порядка миллиомов.
Влияние внутреннего импеданса
Когда через элемент протекает ток, на внутреннем сопротивлении элемента возникает падение напряжения IR, которое снижает напряжение на выводах элемента во время разряда и увеличивает напряжение, необходимое для заряда элемента, таким образом уменьшая его эффективную емкость, а также уменьшая его заряд. / эффективность разряда.Более высокие скорости разряда приводят к более высоким внутренним падениям напряжения, что объясняет более низкие кривые разряда напряжения при высоких скоростях C. См. «Скорость разряда» ниже.
На внутренний импеданс влияют физические характеристики электролита: чем меньше размер гранул материала электролита, тем ниже полное сопротивление. Размер зерна контролируется производителем ячейки в процессе измельчения.
Спиральная конструкция электродов часто используется для увеличения площади поверхности и, таким образом, уменьшения внутреннего импеданса.Это снижает тепловыделение и обеспечивает более быструю зарядку и разрядку.
Внутреннее сопротивление гальванического элемента зависит от температуры и уменьшается с повышением температуры из-за увеличения подвижности электронов. График ниже является типичным примером.
Таким образом, элемент может быть очень неэффективным при низких температурах, но эффективность повышается при более высоких температурах из-за более низкого внутреннего импеданса, а также из-за увеличения скорости химических реакций.Однако более низкое внутреннее сопротивление, к сожалению, также приводит к увеличению скорости саморазряда. Кроме того, срок службы ухудшается при высоких температурах. Для поддержания ячейки в ограниченном температурном диапазоне для достижения оптимальных характеристик в приложениях с большой мощностью может потребоваться какая-либо форма нагрева и охлаждения.
Внутреннее сопротивление большинства химических элементов ячеек также имеет тенденцию значительно увеличиваться к концу цикла разряда, поскольку активные химические вещества переводятся в свое разряженное состояние и, следовательно, эффективно израсходуются.Это в основном отвечает за быстрое падение напряжения на элементе в конце цикла разряда.
Кроме того, эффект джоулева нагрева I 2 R, потери во внутреннем сопротивлении элемента вызовут повышение температуры элемента.
Падение напряжения и потери I 2 R могут быть незначительными для элемента емкостью 1000 мАч, питающего мобильный телефон, но для 100-элементного автомобильного аккумулятора на 200 Ач они могут быть значительными.Типичное внутреннее сопротивление литиевой батареи мобильного телефона емкостью 1000 мА составляет от 100 до 200 мОм и около 1 мОм для литиевой батареи емкостью 200 Ач, используемой в автомобильной батарее. См. Пример.
При работе со скоростью C падение напряжения на элемент будет около 0,2 В в обоих случаях (немного меньше для мобильного телефона). Потери I 2 R в мобильном телефоне будут составлять от 0,1 до 0,2 Вт. Однако в автомобильной батарее падение напряжения на всей батарее будет 20 В, а потеря мощности, рассеиваемой в виде тепла внутри батареи, составит 40 Вт на элемент или 4 кВт для всей батареи.Это в дополнение к теплу, выделяемому в результате электрохимических реакций в ячейках.
По мере старения элемента сопротивление электролита имеет тенденцию к увеличению. Старение также приводит к ухудшению качества поверхности электродов и увеличению контактного сопротивления, и в то же время эффективная площадь пластин уменьшается, уменьшая их емкость. Все эти эффекты увеличивают внутренний импеданс клетки, что отрицательно сказывается на ее работоспособности.Сравнение фактического импеданса ячейки с ее импедансом, когда она была новой, может быть использовано для измерения или представления возраста ячейки или ее эффективной емкости. Такие измерения намного удобнее, чем фактическая разрядка элемента, и их можно проводить без разрушения тестируемого элемента. См. «Испытания импеданса и проводимости»
Внутреннее сопротивление также влияет на эффективную емкость ячейки.Чем выше внутреннее сопротивление, тем выше потери при зарядке и разрядке, особенно при более высоких токах. Это означает, что при высоких скоростях разряда доступная емкость ячейки ниже. И наоборот, если он разряжается в течение длительного периода, емкость в ампер-часах выше. Это важно, потому что некоторые производители указывают емкость своих батарей при очень низкой скорости разряда, что делает их намного лучше, чем они есть на самом деле.
Скорость разряда
Приведенные ниже кривые разряда литий-ионного элемента показывают, что эффективная емкость элемента уменьшается, если элемент разряжается с очень высокой скоростью (или, наоборот, увеличивается с низкой скоростью разряда).Это называется смещением емкости, и этот эффект характерен для большинства химических составов ячеек.
Нагрузка аккумулятора
Время разряда батареи зависит от нагрузки, которую она должна обеспечивать.
Если разрядка происходит в течение длительного периода в несколько часов, как в некоторых высокопроизводительных приложениях, таких как электромобили, эффективная емкость аккумулятора может быть вдвое больше указанной емкости при коэффициенте C.Это может быть наиболее важным при выборе дорогой батареи для использования с высокой мощностью. Емкость маломощных аккумуляторов бытовой электроники обычно указывается для разряда со скоростью C, тогда как SAE использует разряд в течение 20 часов (0,05 ° C) в качестве стандартного условия для измерения емкости автомобильных аккумуляторов в ам-часах. График ниже показывает, что эффективная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов с глубокой разрядкой почти удваивается, поскольку скорость разряда снижается с 1,0 ° C до 0.05C. При времени разряда менее одного часа (высокие значения C) эффективная емкость резко падает.
На эффективность зарядки также влияет скорость зарядки. Объяснение причин этого приведено в разделе «Время зарядки».
Из этого графика можно сделать два вывода:
- Следует проявлять осторожность при сравнении характеристик емкости аккумуляторов, чтобы обеспечить сопоставимые скорости разряда.
- В автомобильной промышленности, если высокие значения тока используются регулярно для резкого ускорения или для подъема на холм, дальность действия транспортного средства будет уменьшена.
Рабочий цикл
Рабочие циклы различаются для каждого приложения. Приложения EV и HEV накладывают особые переменные нагрузки на аккумулятор. См. Пример нагрузочного тестирования. Стационарные батареи, используемые в распределенных сетевых накопителях энергии, могут иметь очень большие изменения SOC и много циклов в день.
Важно знать, сколько энергии используется за цикл, и рассчитывать на максимальную пропускную способность и мощность, а не на средний уровень.
Примечания: Для информации
- Типичный небольшой электромобиль будет потреблять от 150 до 250 Втч энергии на милю при нормальной вождении. Таким образом, для диапазона 100 миль при 200 Вт-час на милю потребуется аккумулятор емкостью 20 кВт-ч.
- В гибридном электромобиле используются батареи меньшего размера, но они могут потребоваться для работы при очень высокой скорости разряда до 40 ° C. Если в автомобиле используется рекуперативное торможение, аккумулятор также должен выдерживать очень высокую скорость зарядки, чтобы быть эффективным. См. В разделе о конденсаторах пример того, как это требование может быть выполнено.
Уравнение Пойкерта
Уравнение Пойкерта — удобный способ характеристики поведения ячейки и количественного определения смещения емкости в математических терминах.
Это эмпирическая формула, которая приблизительно определяет, как доступная емкость батареи изменяется в зависимости от скорости разряда. C = I n T, где «C» — теоретическая емкость аккумулятора, выраженная в ампер-часах, «I» — ток, «T» — время, а «n» — число Пейкерта, константа для данного аккумулятор. Уравнение показывает, что при более высоких токах в батарее меньше доступной энергии. Число Пейкерта напрямую связано с внутренним сопротивлением батареи.Более высокие токи означают больше потерь и меньшую доступную мощность.
Значение числа Пейкерта показывает, насколько хорошо батарея работает при длительных сильных токах. Значение, близкое к 1, указывает на то, что аккумулятор работает нормально; чем выше число, тем больше емкость теряется, когда батарея разряжается большими токами. Число Пейкерта батареи определяется эмпирически. Для свинцово-кислотных аккумуляторов это число обычно составляет от 1,3 до 1,4
График выше показывает, что эффективная емкость аккумулятора снижается при очень высокой скорости непрерывной разрядки.Однако при периодическом использовании батарея успевает восстановиться в периоды покоя, когда температура также возвращается к уровню окружающей среды. Из-за этой возможности восстановления емкость меньше уменьшается, а эффективность работы выше, если аккумулятор используется с перерывами, как показано пунктирной линией.
Это обратное поведение двигателя внутреннего сгорания, который наиболее эффективно работает при непрерывных устойчивых нагрузках.В этом отношении электроэнергия — лучшее решение для средств доставки, которые подвержены постоянным перебоям.
Участки Рагон
График Рагона полезен для характеристики компромисса между эффективной мощностью и управляемой мощностью. Обратите внимание, что графики Рагона обычно основаны на логарифмических шкалах.
На приведенном ниже графике показана превосходная гравиметрическая плотность энергии литий-ионных элементов.Также обратите внимание, что литий-ионные элементы с анодами из титаната лития (Altairnano) обеспечивают очень высокую плотность мощности, но пониженную плотность энергии.
Энергия и плотность мощности — участок Рагона
Источник Альтаирнано
На графике Ragone ниже сравниваются характеристики ряда электрохимических устройств.Это показывает, что ультраконденсаторы (суперконденсаторы) могут обеспечивать очень высокую мощность, но емкость хранилища очень ограничена. С другой стороны, топливные элементы могут хранить большое количество энергии, но имеют относительно низкую выходную мощность.
Рагон Участок электрохимических устройств
Наклонные линии на графиках Ragone показывают относительное время, необходимое для того, чтобы зарядить устройство или выйти из него.С одной стороны, мощность может накачиваться или извлекаться из конденсаторов за микросекунды. Это делает их идеальными для сбора энергии рекуперативного торможения в электромобилях. С другой стороны, топливные элементы имеют очень плохие динамические характеристики, требуя часов для выработки и передачи энергии. Это ограничивает их применение в электромобилях, где они часто используются вместе с батареями или конденсаторами для решения этой проблемы. Литиевые батареи находятся где-то посередине и обеспечивают разумный компромисс между ними.
См. Также Сравнение альтернативных хранилищ энергии.
Импульсная характеристика
Способность передавать сильноточные импульсы является требованием многих батарей. Пропускная способность ячейки по току зависит от эффективной площади поверхности электродов. (См. Компромисс между энергией и мощностью). Однако ограничение по току устанавливается скоростью, с которой происходят химические реакции в ячейке.Химическая реакция или «перенос заряда» происходит на поверхности электродов, и начальная скорость может быть довольно высокой, так как химические вещества, расположенные рядом с электродами, преобразуются. Однако, как только это произошло, скорость реакции ограничивается скоростью, с которой активные химические вещества на поверхности электрода могут пополняться путем диффузии через электролит в процессе, известном как «массоперенос». Тот же принцип применяется к процессу зарядки и более подробно описан в разделе «Время зарядки».Следовательно, импульсный ток может быть значительно выше, чем частота C, которая характеризует характеристики непрерывного тока.
Срок службы
Это один из ключевых параметров производительности ячейки, который указывает ожидаемый срок службы ячейки.
Жизненный цикл определяется как количество циклов, которое может выполнить элемент, прежде чем его емкость упадет до 80% от первоначальной указанной емкости.
Каждый цикл заряда-разряда и связанный с ним цикл трансформации активных химикатов, который он вызывает, сопровождается медленным ухудшением химикатов в элементе, что будет почти незаметно для пользователя. Это ухудшение может быть результатом неизбежных нежелательных химических воздействий в ячейке или роста кристаллов или дендритов, изменяющих морфологию частиц, составляющих электроды. Оба эти события могут иметь эффект уменьшения объема активных химических веществ в элементе и, следовательно, его емкости, или увеличения внутреннего импеданса элемента.
Обратите внимание, что элемент не умирает внезапно в конце указанного жизненного цикла, а продолжает свое медленное разрушение, так что он продолжает нормально функционировать, за исключением того, что его емкость будет значительно меньше, чем когда она была новой.
Срок службы в цикле, как он определен, является полезным способом сравнения батарей в контролируемых условиях, однако он может не дать наилучшего представления о сроке службы батарей в реальных условиях эксплуатации.Элементы редко эксплуатируются в последовательных полных циклах заряда-разряда, они с большей вероятностью будут подвергаться частичным разрядам различной глубины перед полной перезарядкой. Поскольку в частичных разрядах задействовано меньшее количество энергии, аккумулятор может выдерживать гораздо большее количество неглубоких циклов. Такие циклы использования типичны для гибридных электромобилей с рекуперативным торможением. Посмотрите, как продолжительность цикла зависит от глубины разряда (DOD) в разделе «Срок службы батареи».
Срок службы также зависит от температуры, как от температуры эксплуатации, так и от температуры хранения.См. Более подробную информацию в разделе «Неисправности литиевых батарей».
Общая пропускная способность энергии
Более репрезентативным показателем срока службы батареи является показатель Lifetime Energy Throughput . Это общее количество энергии в ватт-часах, которое может быть вложено в батарею и снято с нее в течение всех циклов ее срока службы до того, как ее емкость снизится до 80% от первоначальной емкости новой.Это зависит от химического состава клетки и условий эксплуатации. К сожалению, эта мера еще не используется производителями элементов питания и еще не принята в качестве отраслевого стандарта для аккумуляторов. Пока он не войдет в широкое использование, его нельзя будет использовать для сравнения производительности элементов от разных производителей таким образом, но, если он доступен, по крайней мере, он предоставляет более полезное руководство для инженеров по применению для оценки срока службы используемых батарей. в своих проектах.
См. Также Состояние здоровья (SOH) и Расчетный срок службы батареи
Глубокий разряд
Срок службы в цикле уменьшается с увеличением глубины разряда (DOD) (см. Срок службы батареи), и многие химические элементы элементов не допускают глубокого разряда, и элементы могут быть необратимо повреждены при полной разрядке.Специальные конструкции ячеек и химические смеси необходимы, чтобы максимально увеличить потенциальную глубину разряда батарей глубокого разряда.
Зарядные характеристики
Кривые зарядки и рекомендуемые методы зарядки включены в отдельный раздел зарядки
аккумуляторов | Бесплатный полнотекстовый | Факторы, влияющие на расчет емкости литий-ионных стационарных батарей
1.Введение
В результате конкурентных исследований и разработок во всем мире ускоряется разработка мощных и высокопроизводительных систем хранения энергии (ESS). С момента появления литий-ионных аккумуляторов в 1991 году они широко применяются в устройствах хранения энергии. Вначале он широко использовался в портативных электронных устройствах. Однако в последние годы применение ESS в электромобилях и установках возобновляемой энергии быстро расширяется.Однако, хотя промышленные стандарты для определения размеров существующих стационарных батарей, таких как свинцово-кислотные и никель-кадмиевые батареи, установлены, промышленные стандарты для определения размеров литий-ионных стационарных батарей все еще находятся в стадии разработки.
IEC 62619-2017, «Требования безопасности для вторичных литиевых элементов и батарей для использования в промышленности» и IEC 62620-2014, «Вторичные элементы и батареи, содержащие щелочные или другие некислотные электролиты» — недавно установленные международные стандарты для стационарных устройств. литий-ионные аккумуляторы.Однако стандарты IEC 62619 и 62620 не охватывают метод определения емкости литий-ионных стационарных батарей. Корейская электрическая ассоциация опубликовала Кодекс электроэнергетики Кореи (KEPIC) EEG 1400 «Проектирование установки и установка литий-ионных батарей для станций» 31 декабря 2017 года. KEPIC EEG 1400 описывает, как определить размер литий-ионной стационарной батареи. батареи, но не учитывает все характеристики литий-ионных аккумуляторов.
Автор предложил формулу выбора емкости литий-ионных стационарных батарей для установления стандартов промышленного дизайна, необходимых для проектирования и установки стационарных батарей на атомных электростанциях [1].В качестве дальнейшего исследования целью данной статьи является рассмотрение характеристик напряжения аккумуляторных элементов, одного из факторов, влияющих на расчет технических характеристик аккумулятора, и предложение о том, как применять коэффициент напряжения при расчете емкости аккумулятора. Исследования механизмов снижения емкости и снижения производительности литий-ионных аккумуляторов проводятся многими исследователями [2,3,4,5]. Результаты таких исследований являются важным фактором при прогнозировании срока службы батареи. Однако в этом исследовании предполагается, что аккумулятор заменяется, когда емкость аккумулятора падает ниже заданного уровня, чем его номинальная емкость.Было проведено тематическое исследование для сравнения литий-ионных аккумуляторов и свинцово-кислотных аккумуляторов. В качестве примера была выбрана система 125 В постоянного тока атомной электростанции с водяным реактором (PWR). Это связано с тем, что институт ядерной энергии (NEI) поднял вопрос о необходимости продления времени автономной работы от батарей до как минимум 24 часов [6].2. Факторы, влияющие на расчет емкости литий-ионных аккумуляторов
2.1. Номинальное напряжение Литий-ионные батареи
состоят из элементов, в которых в качестве положительных и отрицательных материалов используются интеркаляционные соединения лития.Литий-ионные батареи могут быть изготовлены с использованием оксида лития-кобальта (LiCoO 2 или LCO), оксида марганца (LiMn 2 O 4 или LMO), литий-никель-марганцево-кобальтового оксида (LiNiMnCoO 2 или NMC), лития фосфат железа (LiFePO 4 ), титанат лития (Li 4 Ti 5 O 12 ) и оксид лития, никель, кобальт, алюминий (LiNiCoAlO 2 ), как показано в таблице 1 [7]. формы выпускаются разными производителями.Один элемент обычно работает в диапазоне от 2,5 В до 4,2 В. Выходное напряжение литий-ионного аккумулятора изменяется во время разряда. Номинальное напряжение — это напряжение, которое измеряется, когда батарея разряжена на 50% от общей энергии, при скорости разряда 0,2 ° C. Поскольку энергия батареи зависит от произведения напряжения и емкости, батарея с высокой плотностью энергии получается из материала с высоким напряжением и большой емкостью [8].2.2. Зарядное напряжение и состояние емкости
Как правило, стационарные батареи работают с плавающей зарядкой и разряжаются на нагрузки, когда источник заряда прерывается.Существует примерно линейная зависимость между состоянием заряда (SOC) свинцово-кислотных аккумуляторов и напряжением холостого хода (OCV). В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов литий-ионные аккумуляторы не имеют линейной зависимости между OCV и SOC [9]. SOC батареи определяется как отношение ее текущей емкости (Qt) к номинальной емкости (Qn). Номинальная или номинальная емкость (Ач) батареи определяется как максимальная Ач, которую полностью заряженная батарея может разрядить при определенных условиях. Эти условия включают конечное напряжение батареи, ток разряда и температуру.Большинство аккумуляторов имеют определенное напряжение заряда. При напряжениях ниже этого отдельного напряжения аккумулятор не заряжается, а если напряжение заряда немного выше определенного напряжения заряда, аккумулятор полностью заряжается, хотя это может занять много времени. Однако литий-ионные (литий-ионные, литий-полимерные, литий-ионные фосфатные и т. Д.) Аккумуляторы отличаются от аккумуляторов других типов. Количество заряда зависит от напряжения, как показано на Рисунке 1 [10]. Продолжение зарядки полностью заряженного аккумулятора может вызвать возгорание из-за перезарядки.В последнее время в Корее часты пожары в ESS (системе накопления энергии), работающей совместно с солнечной энергией. Поэтому производитель рекомендовал покупателям ограничить количество заряда ниже определенного уровня, чтобы предотвратить перезарядку до тех пор, пока не будут выяснены причины возгорания.2.2.1. Процесс зарядки и напряжение
Существует несколько методов зарядки литий-ионных аккумуляторов. Это методы непрерывной зарядки, пятиступенчатой зарядки, импульсной зарядки и ускоренной зарядки.Одним из самых известных методов зарядки является непрерывная зарядка [11]. Капельная зарядка означает зарядку полностью заряженной батареи с той же скоростью, что и скорость саморазряда, таким образом, чтобы батарея могла поддерживать полный уровень заряда. Однако литий-ионные аккумуляторы нельзя безопасно заряжать непрерывным током. В этом случае схема зарядки контролирует электрические условия во время зарядки в соответствии с требованиями химического состава батареи. График на Рисунке 2 [12] показывает поведение процесса зарядки литий-ионной батареи при постоянном токе / постоянном напряжении (CCCV).Зарядное устройство ограничивает величину тока до предварительно установленного уровня, пока аккумулятор не достигнет предварительно установленного уровня напряжения отключения. Затем ток уменьшается по мере того, как аккумулятор полностью заряжается. Эта система обеспечивает быструю зарядку без риска перезарядки.2.2.2. Напряжение подзарядки
Напряжение подзарядки — это напряжение, которое поддерживает состояние заряда батареи после полной зарядки за счет компенсации саморазряда. Соответствующее плавающее напряжение будет сильно варьироваться в зависимости от химического состава и структуры батареи, а также температуры окружающей среды [13].В то время как свинцово-кислотные, NiCd и NiMH элементы предназначены для рекомбинации; литий-ионные элементы не могут. Когда свинцово-кислотный аккумулятор перезаряжается, положительная пластина выделяет кислород, а отрицательная пластина выделяет водород. Затем кислород и водород производят рекомбинацию и превращаются в воду. (O 2 ↑ + 4H + 4e — ↔ 2H 2 O). Однако любой ток, протекающий через полностью заряженный литий-ионный аккумулятор, повреждает его и / или сокращает срок службы его элемента. После частых аварий с системами накопления энергии (ESS) с литий-ионными аккумуляторами производители аккумуляторов рекомендовали снизить потолок SOC с 90% до 70%.Поскольку литий-ионные элементы необратимо разлагаются из-за перезарядки или чрезмерной разрядки и могут выделяться при перезарядке, в литий-ионных батареях обычно используется схема управления батареей, чтобы поддерживать напряжение зарядки ниже напряжения отключения и предотвращать перезаряд [14]. Согласно эксперименту, приведенному в [15], катодная батарея LiFePO 4 сохранила 70% своей начальной разрядной емкости после 24-месячного теста на подзарядку. Скорость снижения емкости увеличивалась с повышением температуры, и емкость упала до 60% от первоначального значения после одного месяца испытания подзарядки, проведенного при 55 ° C.Следовательно, при определении необходимой емкости литий-ионной стационарной батареи необходимо учитывать как напряжение плавающего заряда, так и время плавающего заряда.2.3. Разрядный ток и разрядная емкость
Разрядная емкость свинцово-кислотного аккумулятора зависит от тока разряда в соответствии с постоянной k формулы Пойкерта. Чем больше ток разряда, тем больше разница в емкости разряда. Другими словами, разрядная емкость свинцово-кислотной батареи экспоненциально уменьшается при высоких токах, как показано на рисунке 3 [16].Разрядные характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов, которые в основном используются в промышленных целях, представлены следующим законом Пойкерта. куда;Q p Разрядная емкость при разряде при 1 A [Ач]
I Ток разряда [A]
T Время разряда для достижения напряжения прекращения разряда [с]
K Постоянно, приблизительно 1.3.
2.4. Рабочая температура и разрядная емкость Литий-ионные батареи
способны работать в относительно широком диапазоне температур, как указано в таблице 2 [18].Кроме того, во время зарядки на него больше влияет температура, чем при разрядке. Характеристики зарядки ухудшаются при очень низких или высоких температурах. Свинцово-кислотные аккумуляторы можно заряжать при температуре ниже 0 ° C. Однако рекомендуемый зарядный ток составляет 0,3 C. Чем выше температура, тем больше разрядная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов, как указано в «Таблице 1. Поправочные коэффициенты размера элемента для температуры» стандарта IEEE Std. 485–1997 [19]. Все батареи достигают оптимального срока службы при температуре 20 ° C или немного ниже.При 40 ° C потери увеличиваются на 40%, а при зарядке и разрядке при 45 ° C срок службы составляет лишь половину ожидаемого срока службы при 20 ° C. Производительность всех батарей сильно падает при низких температурах. При 0 ° C потеря температуры литий-ионного аккумулятора составляет около 10 ~ 20 процентов от его номинальной емкости при 25 ° C. Рисунок 5 может использоваться для предварительных входных данных [20]. Литий-ионный аккумулятор разлагается при температуре выше 35 ° C, особенно выше 50 ° C [21]. Согласно эксперименту, в котором использовался элемент графит / LiNixCoyMnzO 2 с номинальным напряжением 3.Было протестировано напряжение 6 В и номинальная емкость 2,5 Ач, можно спрогнозировать емкость аккумулятора по температуре окружающей среды. Рисунок 6 [22] представляет собой график зависимости температуры от пропускной способности, построенный с помощью интерполяции. Из-за медленной диффузии в батарее влияние температуры на батарею проявляется долго. Следовательно, более разумно прогнозировать емкость батареи по температуре окружающей среды, чем по температуре батареи. Между тем, что касается соотношения между температурой и разрядной емкостью, на рисунке 7 [23] показаны кривые OCV-SOC батареи при температуре 45 ° C. , 25 ° C, 0 ° C и -20 ° C.Кривая OCV-SOC сильно различается, особенно под воздействием высоких и низких температур. На диаграмме, чем выше температура окружающей среды, чем ниже напряжение отключения разряда батареи, тем больше ее разрядная емкость. Характеристическая кривая OCV-SOC представляет общий сдвиг вниз. И наоборот, чем ниже температура окружающей среды, тем выше напряжение отключения разряда аккумулятора, что приводит к увеличению заряда аккумулятора, который невозможно высвободить.2,5. Цикл зарядки и сохранение емкости
Несомненно, различия в условиях и профилях испытаний могут существенно повлиять на результаты цикла.Известно, что большинство батарей, включая литий-ионные, предпочитают умеренный ток при постоянной разрядке, а не импульсную или кратковременную высокую нагрузку. Результаты циклических испытаний соответствующих предыдущих исследований для литиевых батарей показали, что выравнивание нагрузки батареи снижает скорость деградации как емкости, так и сопротивления. Однако недавние данные испытаний показали, что при циклическом изменении постоянного тока модули деградируют быстрее, чем при использовании динамических профилей импульсов, как показано на Рисунке 8 [24].Другой эксперимент, протестированный с литий-ионным элементом на основе оксида никеля, марганца и кобальта (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 ), показывает различный результат сохранения емкости после цикла в зависимости от от тока разряда и комнатной температуры, как показано на Рисунке 9 [25]. Поэтому выяснение неопределенности в отношении влияния профиля нагрузки на срок службы батареи особенно важно в отношении размеров стационарных литий-ионных батарей.3. Расчет емкости литий-ионной батареи
3.1. Соответствующие промышленные стандарты
Система батарей постоянного тока атомных электростанций должна соответствовать требованиям стандарта IEEE std. 946 [26] для количества батарей, IEEE std. 384 [27] для требований к разделению и регулирующее руководство RG1.75 [28] для других требований. Емкость свинцово-кислотной батареи была определена в соответствии со стандартом IEEE std. 485 [19]. Однако международные промышленные стандарты для определения емкости стационарных литий-ионных аккумуляторов еще не установлены. Недавно был выпущен код корейской электротехнической промышленности (KEPIC) EEG 1400 [29], который является единственным стандартом для определения размеров и установки стационарных литий-ионных батарей.Однако он не принимает во внимание характеристики состояния заряда (SOC) и не содержит достаточной информации и рекомендаций по применению кода. Таким образом, в этой статье подробно рассматриваются факторы, влияющие на разрядную емкость литий-ионных аккумуляторов, для определения размеров стационарных литий-ионных аккумуляторов. Ниже приводится формула определения емкости литий-ионной стационарной батареи, разработанная в предыдущем исследовании [1]. Кроме того, результат тематического исследования описан в Разделе 4.3.2. Формула для расчета емкости батареи
Ниже приводится метод определения емкости и размеров литий-ионной батареи, предложенный в статье [1]. куда- F с
— мощность, необходимая для нагрузок постоянного тока [Вт-ч];
- F d
— емкость аккумулятора без поправки на температуру, старение, расчетный запас и т. Д .;
- S f
— поправочный коэффициент емкости.
S f = (1 + d f ) × (1 + t f ) × (1 + c f ) × (1 + a f ) × (1 + i f )
(3)
куда- d f
— расчетный запас;
- t f
— коэффициент температурной поправки;
- c f
— коррекция состояния заряда (SOC);
- a f
— компенсация старения;
- i f
— потеря инвертора (только для батареи ИБП).
Поправочные коэффициенты мощности были рассчитаны следующим образом. Расчетный запас (d f ) — это запас, который требуется для покрытия неизвестных или непроверенных нагрузок постоянного тока. Рекомендуемый расчетный запас для стационарной батареи указан в IEEE 485.
Батареи чувствительны к температуре окружающей среды. Температурный поправочный коэффициент (t f ) был выбран на основе постулируемого минимального рабочего состояния.
Значение SOC литий-ионной батареи менялось в зависимости от зарядного напряжения, как показано на Рисунке 1.Стационарный аккумулятор работал в режиме плавающей зарядки при нормальной работе. Следовательно, на разрядную емкость литий-ионной батареи влияет плавающее напряжение зарядки. При определении поправочного коэффициента SOC необходимо также учитывать конечное напряжение аккумулятора (c f ). Номинальная емкость аккумулятора — это общая разряженная емкость, когда аккумулятор разряжается до тех пор, пока напряжение аккумулятора не снизится до номинального. Сохранение емкости аккумулятора (%) уменьшалось с увеличением номера цикла, как показано на рисунках 8 и 9.Поэтому следует контролировать емкость аккумулятора, проводя тест производительности. Обычно это делается в течение первых двух лет эксплуатации в целях сравнения, чтобы проверить, похожи ли результаты по продолжительности на рабочий цикл батареи [30]. Если батарея заменяется, когда разрядная емкость батареи достигает 80% от номинальной мощности производителя, то коэффициент компенсации старения составляет 25%.4. Пример определения емкости литий-ионных аккумуляторов
4.1. Аккумуляторы постоянного тока 125 В для атомной электростанции, не связанные с безопасностью
Резервная система 125 В постоянного тока устанавливается для безопасных и небезопасных нагрузок постоянного тока на атомных электростанциях.Резервная система 250 В постоянного тока устанавливается для небезопасных больших нагрузок, таких как двигатели постоянного тока для турбин и генераторов. В таблице 3 показаны профили нагрузки небезопасной системы 125 В постоянного тока для атомной электростанции PWR. Квалификация оборудования требуется для связанных с безопасностью батарей постоянного тока, но квалификация оборудования выходит за рамки этого документа. Поэтому для расчетов в этой статье была выбрана батарея 125 В постоянного тока, не связанная с безопасностью.4.2. Аккумуляторная батарея и выбор системы
Расчет требуемой емкости по уравнениям (2) и (3). F d = {(1431,17 × 1/60) + (1263,62 × 29/60) + (258,62 × 90/60) + (142,2 × 120/60)} × 125 =
1306,9 А · ч × 125 В = 163 366,6 [ Wh]
S f = (1 + 0,10) × (1 + 0,05) × (1 + 0,10) × (1 + 0,25) × (1 + 0) = 1,59
где каждый поправочный коэффициент применялся следующим образом:d f : 10%, t f : 5%, c f : 10%, a f : 25%, i f : 0%
Для непроверенных нагрузок постоянного тока расчетный запас (d f ) был принят равным 10% в соответствии с общей практикой проектного проекта электростанции, если не было конкретных требований со стороны клиента.Температура аккумуляторной комнаты поддерживалась на уровне 25 ° C, но был применен температурный поправочный коэффициент (t f ) в размере 5%, учитывая, что температура может упасть ниже этого уровня при отключении питания переменного тока (см. Рисунок 5 и рисунок 6. ). Аккумулятор работал с плавающей зарядкой и плавающим напряжением, которое должно быть ниже максимального напряжения (см. Раздел 2.2.2). Минимальное напряжение батареи составляло 3,0 В. Однако напряжение в конце разряда составляло 3,09 В, поскольку минимальное напряжение системы постоянного тока составляло 105 В (см. Таблицу 4).Поэтому на основании результатов анализа, приведенных выше, а также рисунков 1 и 2, был применен поправочный коэффициент SOC (c f ) в размере 10%. Когда разрядная емкость достигла 80% от номинальной емкости посредством периодических испытаний на разряд, замена батареи была общие стандарты эксплуатации и технического обслуживания электростанций. Поэтому был применен поправочный коэффициент по возрасту в размере 25%.Тогда требуемая емкость аккумулятора при нагрузках постоянного тока [Вт · ч] составляет
F s = 163 366,9 × 1,59 = 259 752.9 [Вт-ч]
Литий-ионные аккумуляторные системы, подходящие для указанной выше емкости аккумуляторов, были выбраны со ссылкой на спецификацию ESS отечественной компании и ее спецификации, которые перечислены в Таблице 5 [31].Система батарей для системы 125 В постоянного тока, не связанной с безопасностью:
- (a)
Батарейный модуль
Емкость: 9435 Втч
Тип элемента: 150 Ач (75 Ач × 2)
Номинальное напряжение: 62,9 В (3,7 В × 17)
Тип подключения: 17 серий × 2 параллельных
- (b)
Батарейный отсек
Количество модулей: 10 модулей / шкаф
Тип подключения: 2 серии × 5 параллельных
Емкость ячейки: 750 Ач (150 Ач × 5)
Номинальное напряжение: 125.8 В (62,9 В × 2)
Размеры (Ш × Г × В): 1150 × 740 × 2116 мм
Пиковая скорость разряда; 6000 A (8 C)
- (c)
Аккумуляторная система
Количество ячеек: 3 ячейки
Тип подключения системы: 3 параллельных
Емкость: 2250 Ач (750 Ач × 3)
Номинальное напряжение: 125,8 В
Энергия: 283 кВтч
Площадь основания: 2.25 м 2 (0,85 м 2 × 3 ячейки)
- (d)
Фактор поправки на практическую вместимость:
4.3. Эквивалентная емкость и размер свинцово-кислотной батареи
Была выбрана свинцово-кислотная батарея, подходящая для применения на атомных электростанциях [32], и была рассчитана предполагаемая емкость и требуемая площадь для установки батареи. Определение емкости свинцово-кислотной батареи было выполнено в соответствии с уравнением (4) стандарта IEEE 485.F = maxS = 1 ~ N∑P = 1P = s [Ap-A (p-1)] kt
(4)
кудаF — нескорректированный размер ячейки;
S — участок анализируемого рабочего цикла;
N — количество периодов в рабочем цикле;
P — анализируемый период;
A p — амперы, необходимые для периода P;
t — время в минутах от начала периода P до конца участка S;
k t — это отношение номинальной емкости элемента в ампер-часах к токам, которые может отдавать элемент в течение t минут при 25 ° C и заданном минимальном напряжении элемента.
5. Результаты и выводы
В этом документе подробно рассматриваются характеристики зарядки и разрядки литий-ионных аккумуляторов. Были рассмотрены другие факторы, влияющие на определение емкости литий-ионных батарей и их характеристик.Затем, в соответствии с формулой расчета емкости литий-ионной батареи, представленной в предыдущей статье [1], была рассчитана емкость батареи, используемой в системе 125 В постоянного тока атомной электростанции PWR, и результаты были сопоставлены с существующими данными. стационарные свинцово-кислотные батареи. Литий-ионные батареи имеют более высокую плотность энергии, чем свинцово-кислотные. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы устанавливаются в боксы, а свинцово-кислотные — в одноярусные стойки. В результате литий-ионные батареи занимают гораздо меньше места, чем свинцово-кислотные, как показано в результатах расчетов.Там, где требуется долговременное резервное питание постоянного тока в случае потери питания переменного тока, например, на атомных электростанциях, настоятельно рекомендуется применять литий-ионные батареи с высокой плотностью энергии. Однако до настоящего времени не было разработано одобренного на международном уровне промышленного стандарта для расчета емкости стационарных литий-ионных аккумуляторов. Таким образом, формула расчета емкости литий-ионной стационарной батареи и факторы, влияющие на результат расчета емкости, представленные и оцененные в этой статье, помогут в проектировании и эксплуатации литий-ионных стационарных батарей.С другой стороны, производители литий-ионных аккумуляторов также должны предоставлять пользователям точные данные по указанным выше факторам.
Свинцово-кислотный аккумулятор Недостатки и обслуживание
Свинцово-кислотный аккумулятор— недостатки
1 / Ограниченная «полезная» емкость
Обычно считается разумным использовать только 30% — 50% номинальной емкости типичных свинцово-кислотных аккумуляторов «глубокого цикла». Это означает, что аккумуляторная батарея на 600 ампер-часов на практике обеспечивает в лучшем случае только 300 ампер-часов реальной емкости.
Если вы даже время от времени разрядите батареи больше, чем это значение, их срок службы резко сократится.
2 / Ограниченный срок службы
Даже если вы бережно относитесь к своим батареям и никогда не разряжаете их слишком сильно, даже самые лучшие свинцово-кислотные батареи глубокого цикла обычно годны только для 500-1000 циклов. Если вы часто подключаетесь к своему батарейному блоку, это может означать, что ваши батареи могут нуждаться в замене после менее чем 2-летнего использования.
Свинцово-кислотный (AGM)Ожидаемые жизненные циклы по сравнению с DOD
3 / Медленная и неэффективная зарядка
Последние 20% емкости свинцово-кислотных аккумуляторов нельзя «быстро» зарядить. Первые 80% могут быть быстро заряжены интеллектуальным трехступенчатым зарядным устройством (особенно аккумуляторы AGM могут выдерживать большой зарядный ток), но затем начинается фаза «абсорбции», и зарядный ток резко падает.
Как и в случае с проектом разработки программного обеспечения, последние 20% работы могут занять 80% времени.
В этом нет ничего страшного, если вы заряжаете подключенный к сети на ночь, но это огромная проблема, если вам приходится оставлять генератор работающим на несколько часов (что может быть довольно шумным и дорогостоящим в эксплуатации). И если вы зависите от солнечной энергии и солнце садится до того, как эти последние 20% будут заполнены, вы можете легко получить батареи, которые никогда не будут полностью заряжены.
Неполная зарядка последних нескольких процентов не была бы большой проблемой на практике, если бы не тот факт, что неправильная регулярная полная зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов приводит к их преждевременному старению.
4 / Потраченная энергия
В дополнение к потере времени генератора свинцово-кислотные батареи страдают еще одной проблемой эффективности — они тратят до 15% энергии, вложенной в них, из-за присущей им неэффективности зарядки. Таким образом, если вы обеспечиваете мощность 100 ампер, вы сохраняете только 85 ампер-часов.
Это может быть особенно неприятно при зарядке от солнечной батареи, когда вы пытаетесь выжать из каждого усилителя как можно больше эффективности до того, как солнце сядет или не закроется облаками.
5 / Убытки Пойкерта
Чем быстрее вы разряжаете свинцово-кислотную батарею любого типа, тем меньше энергии вы можете получить от нее. Этот эффект можно рассчитать, применив закон Пойкерта (названный в честь немецкого ученого В. Пойкерта), и на практике это означает, что сильноточные нагрузки, такие как кондиционер, микроволновая печь или индукционная варочная панель, могут привести к тому, что батарея свинцово-кислотных аккумуляторов сможет работать. фактически доставляет всего 60% своей нормальной емкости. Это огромная потеря емкости, когда она вам нужна больше всего…
Последствия потерь Пойкерта при быстрой разрядке AGMВ приведенном выше примере показаны технические характеристики аккумулятора Concord AGM: в этой спецификации указано, что аккумулятор может обеспечить 100% номинальной емкости при разрядке за 20 часов (C / 20). При разрядке за один час (C / 1) аккумулятор обеспечивает только 60% номинальной емкости. Это прямое следствие потерь Пойкерта.
В конце концов, батарея AGM , рассчитанная на 100 Ач при C / 20, обеспечит полезную емкость 30 Ач при разрядке за один час как 30 Ач = 100 Ач x 50% DoD x 60% (потери Пойкерта).
Полезная емкость свинца при C / 20 (разгрузка 20 часов) | Полезная емкость свинцовой кислоты при C / 1 (разряд за один час) |
6 / Вопросы размещения
Залитые свинцово-кислотные батареи выделяют ядовитый кислотный газ во время зарядки, и они должны содержаться в герметичном батарейном отсеке с выходом наружу.Они также должны храниться в вертикальном положении, чтобы избежать разлива электролита из аккумуляторной батареи.
АккумуляторыAGM не имеют этих ограничений и могут быть размещены в непроветриваемых помещениях — даже внутри вашего жилого помещения. Это одна из причин, по которой аккумуляторы AGM стали такими популярными среди моряков.
6 / Требования к техническому обслуживанию
Залитые свинцово-кислотные батареи необходимо периодически доливать дистиллированной водой, что может быть обременительным делом при техническом обслуживании, если к отсекам для батарей трудно добраться.
AGM и гелевые ячейки действительно не требуют обслуживания. Однако отсутствие необходимости в техническом обслуживании имеет и обратную сторону — аккумулятор с затопленными ячейками, который случайно перезарядился, часто можно восстановить, заменив выкипевшую воду. Гелевый или перезаряженный аккумулятор AGM часто необратимо разрушается.
7 / падение напряжения
Полностью заряженный свинцово-кислотный аккумулятор на 12 В начинает работать с напряжением около 12,8 В, но по мере разрядки напряжение постоянно падает. Напряжение падает ниже 12 вольт, когда батарея все еще имеет оставшееся 35% от общей емкости, но некоторая электроника может не работать при напряжении менее 12 вольт.Этот эффект «провисания» также может привести к затемнению света.
Эффект просадки напряжения при высокой мощности8 / Размер и вес
Типичный аккумулятор размера 8D, который обычно используется для больших батарейных блоков, имеет размер 20,5 ″ x 10,5 ″ x 9,5 ″. Если взять конкретный пример 8D, троян 8D-AGM весит 167 фунтов и обеспечивает всего 230 ампер-часов общей емкости — что оставляет вам 115 ампер-часов, которые можно использовать по-настоящему, и только 70 ампер-часов для приложений с высокой разрядкой!
Если вы разрабатываете для обширной стыковки, вам понадобится как минимум четыре 8D или целых восемь.Это ОЧЕНЬ большой вес, который влияет на экономию топлива.
И, если у вас ограниченное пространство для батарей на вашей установке — только размер батарей ограничит вашу емкость.
Удельная плотность энергии по аккумуляторной технологии Данный товар является исключительной собственностью PowerTech Systems.Воспроизведение без разрешения запрещено.
По мнению экспертов, в связи с резким падением стоимости аккумуляторов литий-ионные инновации достигают пределов.
Следующая история является первой из двух частей, в которой рассматриваются пределы инноваций в литий-ионных аккумуляторах.Вторая часть серии расскажет о будущем химии аккумуляторов на ближайшее десятилетие .
Литий-ионные аккумуляторыдля массового потребления, которые сейчас движут быстро растущим рынком электромобилей, всего десять лет назад были дорогостоящим предложением. Литий-ионные аккумуляторные батареи стоили 1183 доллара США за киловатт-час в 2010 году; По данным BloombergNEF, девять лет спустя цена упала почти в десять раз до 156 долларов США за кВтч в 2019 году.
Темпы снижения стоимости застали врасплох экспертов по аккумуляторным батареям, в том числе аналитика Джеймса Фрита, главу BloombergNEF по хранению энергии.«Они падают быстрее, чем я прогнозировал каждый год», — сказал Фрит. «Это, конечно, удивительно».
Ребекка Сиз, научный сотрудник Центра энергетики и окружающей среды Андлингера Принстонского университета, изучающая стоимость батарей, согласна. «Недавнее падение довольно драматично», — сказал Сиез. «Удивительно, как быстро рынок изменился».
Эксперты указали на импульс в расширении производства как на причину падения цен, а также на постепенные инновации в химии аккумуляторов.Производители отказываются от некоторых более дорогих компонентов аккумуляторов, таких как кобальт, поскольку они наращивают объемы никелевых аккумуляторов, производство которых стало дешевле по мере расширения заводов.
Сиез отметил, что десять лет назад рынок электромобилей только что испытывал давление, заставляющее строить автомобили и грузовики в местах, где выбросы углерода только начинали регулироваться, например, в Калифорнии. «Итак, у вас были эти автомобили, отвечающие требованиям, производители которых говорили:« Хорошо, мы должны сделать эту [Toyota] RAV4 электрической », — сказал Сиез, используя в качестве примера автомобиль, работающий на ископаемом топливе.«И поэтому они просто собирали кучу легко доступных аккумуляторов для ноутбуков».
С тех пор сектор аккумуляторов добился огромных успехов в снижении затрат, улучшив материалы в аккумуляторах, чтобы использовать более дешевые и менее сомнительные с этической точки зрения металлы, сохранив при этом эффект масштаба.
100 долларов США / кВтч — Святой Грааль
Производители приближаются к моменту, когда электромобили достигнут паритета по стоимости со своими собратьями, работающими на ископаемом топливе, по цене около 100 долларов США за киловатт-час или, возможно, немного меньше, считают эксперты.Эта цена широко рассматривается как переломный момент в секторе, где потребители больше не будут рассматривать электромобили как более дорогие варианты.
BloombergNEF прогнозирует, что затраты на аккумуляторные батареи упадут ниже 100 долларов США / кВтч в 2024 году и достигнут примерно 60 долларов США / кВтч к 2030 году, сказал Фрит. Аналогичным образом, аналитики Bernstein прогнозируют, что 2024 год станет годом, когда основные электромобили достигнут паритета по стоимости с бензиновыми и дизельными автомобилями, в то время как лидеры в области электромобилей в этом секторе могут достичь той же точки к 2022 или 2023 году.
Хотя это будет достигнуто без серьезных инноваций в литий-ионных батареях, зрелая литий-ионная технология быстро приближается к пределам возможностей ее улучшения, сообщили S&P Global Market Intelligence эксперты. Один химик по аккумуляторным батареям, ведущий ученый, занимающийся литий-ионными аккумуляторами, который проводил исследования для крупного производителя электромобилей, зависящего от технологии, сказал, что литий-ионные аккумуляторы начали работать на максимуме по определенным направлениям, таким как цена, плотность энергии и скорость зарядки. .
«Никакого гигантского всплеска впереди не будет», — сказал химик. С его точки зрения, постепенных улучшений может быть достаточно, чтобы удовлетворить потребителей, в то время как любые революционные изменения в батареях, связанные с непроверенными технологиями, останутся без внимания.
«Сегодня вы можете хорошо справиться с литий-ионными батареями», — сказал он. «И, помогая снизить стоимость — это улучшит проникновение на рынок всей технологии».
Венкат Вишванатан, доцент кафедры машиностроения Университета Карнеги-Меллона, согласен, что технология приближается к своим пределам.Он ожидает, что цены на литий-ионные батареи все еще могут снизиться примерно на 20-30%, но они вряд ли станут намного дешевле.
«Мы быстро приближаемся к пределу затрат на сырье», — сказал Вишванатан.
BloombergNEF: плотность элементов литий-ионных аккумуляторов почти утроилась с 2010 г.
Колин МакКеррахер из BloombergNEF выступил на саммите BloombergNEF в Сан-Франциско на прошлой неделе, где он привел доводы в пользу того, что электромобили достигают «конца начала».«Доводы в пользу того, что электромобили становятся массовыми или выходят из стадии раннего внедрения, были вызваны увеличением плотности энергии в литий-ионных батареях и соответствующим снижением стоимости, которое происходит вместе с этим.
Снимок экрана из презентации BloombergNEF.
Плотность энергии батареи — это количество энергии, которое может храниться при одинаковом весе. Подумайте об этом как о количестве диапазона, которое можно извлечь из той же упаковки 500 кг (1102 фунта).По мере увеличения плотности энергии из аккумуляторной батареи того же веса может быть извлечено больше энергии. «Плотность энергии аккумуляторов становится все лучше, — сказал Колин МакКеррахер, руководитель отдела передовых транспортных средств BloombergNEF. «С 2010 года они почти утроились на уровне ячеек».
Снимок экрана из презентации BloombergNEF.
Эти ошеломляющие улучшения проложили путь к электрифицированному будущему. По мере повышения плотности энергии на рынок появляются электромобили с большей дальностью хода, без необходимости в физически более крупных и тяжелых упаковках.Эту тенденцию можно увидеть в Tesla Model S, которая вышла на рынок с запасом хода ~ 250 миль (402 км) на одной зарядке. Самая последняя модель S с аккумулятором Long Range Plus может достигать 628 км пробега на одной зарядке. Это также можно увидеть в увеличении запаса хода, который Nissan LEAF постоянно набирает с 2011 года, увеличившись с 73 миль (117 км) тогда до 215 миль (346 км) в 2020 году (кстати, почти втрое больше).
Повышение плотности энергии позволяет добиться других значимых побед с электромобилями.По мере увеличения плотности та же упаковка на 100 кВтч становится легче. Более легкие аккумуляторные блоки снижают расходы на транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы по всей цепочке поставок, что еще больше снижает стоимость аккумулятора. МакКеррахер также прокомментировал цены на аккумуляторы, отметив, что в последние годы цена на литий-ионные аккумуляторы продолжает падать. Ожидается, что эта тенденция сохранится в 2020 году, при этом BloombergNEF оценивает снижение цен со 156 долларов за кВтч в 2019 году до 135 долларов за киловатт-час в 2020 году.
Снимок экрана из презентации BloombergNEF.
Сети зарядки электромобилейразвиваются в поддержку небольшого, но растущего парка электромобилей. По оценкам BloombergNEF, во всем мире установлено почти 1 000 000 точек зарядки электромобилей (это один миллион), и это при том, что уровень внедрения электромобилей на развитых рынках составляет всего 2–5%. Кроме того, при этом игнорируется множество более простых электрических розеток, которые можно использовать для зарядки электромобиля (точно так же, как вы можете использовать для зарядки своего компьютера или телефона).
Когда дело доходит до продаж электромобилей, отрасль впервые вынуждена стоять самостоятельно в некоторых странах, штатах, городах и авиационных округах, поскольку они начинают постепенно отказываться от стимулов для электромобилей на развитых рынках.В США Tesla и GM уже превысили порог в 200000 автомобилей, который знаменует собой постепенный отказ от федеральной налоговой льготы на электромобили, и вы больше не сможете получить никаких налоговых льгот, если купите Tesla здесь. (Покупатели электромобилей других марок по-прежнему могут получить налоговую скидку в размере 7500 долларов на одно транспортное средство в системе, которая, как ни странно, наказывает лидеров отрасли). После массового всплеска и ранней поддержки подключаемых транспортных средств в поддержку инициатив по чистому воздуху Китай аналогичным образом сокращает прямые субсидии на закупку. Продажи электромобилей в Китае резко упали из-за нового ценового давления на автопроизводителей.
В США рынок электромобилей в основном неинтересен, за исключением Tesla. В частности, Tesla Model 3 продвинула Tesla в массовое сознание и в рейтинги продаж на массовом рынке. Продажи автомобилей Tesla в США оставались стабильными с тех пор, как Tesla успешно увеличила производство своего первого доступного электромобиля в третьем квартале 2018 года.
Страх перед «убийцами Tesla» со стороны основных автопроизводителей утих, поскольку Model 3 устояла против Audi e-tron и Jaguar I-PACE.Электромобили могут выглядеть, пахнуть и иметь окна, как у автомобилей внутреннего сгорания, но их создание — это совсем другая игра. Tesla подняла планку производительности, дальности действия, стоимости, зарядки и технологий, заставив автопроизводителей занять оборонительную позицию. Это непросто вложить деньги в разработку нового автомобиля или программы трансмиссии. Вы должны переосмыслить автомобиль, чтобы соревноваться.
По мере ослабления стимулов к покупке электромобилей возрастающее давление на унаследованных автопроизводителей также исходит из городов и штатов, которые настаивают на жестких запретах на использование автомобилей внутреннего сгорания в центрах городов в ближайшие 10–20 лет.Эти косвенные правила не только заставляют автопроизводителей вывести на рынок жизнеспособные подключаемые автомобили — они вызывают изменения в поведении потребителей, поскольку люди смотрят на будущую стоимость перепродажи и полезность автомобилей, приобретаемых сегодня. Фактически, как мы сообщали вчера вечером, Tesla Model 3 сохраняет свою ценность лучше, чем любой другой автомобиль в США — безусловно. Это будет только увеличиваться по мере того, как все больше городов будут серьезно относиться к продвижению электромобилей и отказу от загрязняющих их транспортных средств.
«Политика города становится важной движущей силой и меняет мировой автомобильный рынок», — сказал МакКеррахер.
Мировые тенденции явно направлены на электромобили, но увеличение масштаба открывает более тонкую историю. Китай наращивает долгосрочные цели по покупке электромобилей, и во многих городах уже есть больше продаж электромобилей, чем во многих европейских странах. США по-прежнему отстают, с регрессивным правительством, которое, похоже, намеревается вместо этого нажать на ускоритель выбросов, откатывая регулирование, как будто оно выходит из моды.
Для электромобилей все еще рано, но резкое увеличение производства и соответствующие показатели продаж также поддерживают впечатляющие исследования и разработки в области технологии аккумуляторных батарей.Это, в свою очередь, ведет к еще большему снижению затрат, катализируя всплеск продаж. Будущее выглядит светлым, поскольку конец появления электромобилей также знаменует собой начало конца зависимости человечества от ископаемого топлива.
Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или представителем CleanTechnica — или покровителем Patreon.