Меню Закрыть

Таблица плотности аккумуляторной батареи: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Содержание

Заряд аккумулятора от температуры и плотности электролита: SOC

Температура электролита Wet Low Maintenance (Sb/Ca) or Wet Standard (Sb/Sb)** батарея Wet «Mainteneance Free» (Ca/Ca)*** или AGM/Gel Cell VRLA (Ca/Ca) батарея
Значение плотности электролита Значение напряжения разомкнутой цепи Значение напряжения разомкнутой цепи
 °F °С 100% SoC* 75% SoC 50% SoC 25% SoC 0% SoC 100% SoC 75% SoC 50% SoC 25% SoC 0% SoC 100% SoC 75% SoC 50% SoC 25% SoC 0% SoC
120 48,9 1,249 1,209 1,174 1,139 1,104 12,663 12,463 12,253 12,073
11,903
12,813 12,613 12,413 12,013 11,813
110 43,3 1,253 1,213 1,178 1,143 1,108 12,661 12,461 12,251 12,071 11,901 12,811 12,611 12,411 12,011 11,811
100 37,8 1,257 1,217 1,182 1,147 1,112 12,658 12,458 12,248 12,068 11,898 12,808 12,608 12,408 12,008 11,808
90 32,2 1,261 1,221 1,186 1,151 1,116 12,655 12,455 12,245 12,065 11,895 12,805 12,605 12,405 12,005 11,805
80 26,7
1,265
1,225 1,19 1,155 1,12 12,65 12,45 12,24 12,06 11,89 12,8 12,6 12,4 12 11,8
70 21,1 1,269 1,229 1,194 1,159 1,124 12,643 12,443 12,233 12,053 11,883 12,793 12,593 12,393 11,993 11,793
60 15,6 1,273 1,233 1,198 1,163 1,128 12,634 12,434 12,224 12,044 11,874 12,784 12,584 12,384 11,984 11,784
50 10 1,277 1,237 1,202 1,167 1,132 12,622 12,422 12,212 12,032 11,862 12,772 12,572 12,372 11,972 11,772
40 4,4 1,281 1,241 1,206 1,171 1,136 12,606 12,406 12,196 12,016 11,846 12,756 12,556 12,356 11,956 11,756
30 -1,1 1,285 1,245 1,21 1,175 1,14 12,588 12,388 12,178 11,998 11,828 12,738 12,538 12,338 11,938 11,738
20 -6,7 1,289 1,249 1,214 1,179 1,144 12,566 12,366 12,156 11,976 11,806 12,716 12,516 12,316 11,916 11,716
10 -12,2 1,293 1,253 1,218 1,183 1,148 12,542 12,342 12,132 11,952 11,782 12,692 12,492 12,292 11,892 11,692
0 -17,8 1,297 1,257 1,222 1,187 1,152 12,516 12,316 12,106 11,926 11,756 12,666 12,466 12,266 11,866 11,666

*SOC = State of charge — уровень заряда аккумуляторной батареи
**Wet Low Maintenance (Sb/Ca) or Wet Standard (Sb/Sb): Сурьмянисто-кальциевые редкообслуживаемые батареи с электролитом и стандартные Сурьмянистые батареи с электролитом
***Wet «Mainteneance Free» (Ca/Ca): Кальциевые обслуживаемые батареи с электролитом

Скачать таблицу зависимости заряженности аккумулятора от температуры и плотности электролита (SOC) в PDF

Эксплуатация, зарядка, хранение аккумуляторной батареи

23. 12.2019

Содержание

1. Техническое отступление
2.Основные характеристики аккумуляторных батарей
2.1. Расход воды
2.2. Долговечность батареи
2.3. Рекомендации по эксплуатации
3. Терминология
4. Маркировка АКБ
5. Выбор и покупка АКБ
6. Установка АКБ
7. Рекомендации по эксплуатации и обслуживанию
7.1. Обслуживание АКБ в процессе эксплуатации
7.2. Продление жизни новой батарее
7.3. Зарядка аккумулятора зарядным устройством
8. Особенности эксплуатации АКБ в зимний период
8.1. Прикуривание от другого автомобиля
9. Особенности эксплуатации АКБ в летний период
10. Вопросы безопасности
11. Хранение аккумуляторной батареи
12. Приложения
12.1. Реанимация аккумулятора
12.2. Ещё несколько способов, основанных на использовании электрического тока

Скрыть содержание

1.

Техническое отступление Назначение автомобильной аккумуляторной батареи понятно каждому мало-мальски сведущему в технических вопросах автолюбителю. С первой ее функцией — обеспечением запуска двигателя — мы сталкиваемся каждый день. Есть и вторая — реже применяемая, но от того не менее значимая — использование в качестве аварийного источника питания при выходе из строя генератора. Кроме того, на современных автомобилях с инжекторным впрыском аккумулятор выполняет роль сглаживателя пульсаций напряжения, выдаваемого генератором. Из этого следует, что следует крайне осторожно относиться к отключению аккумулятора на работающем двигателе. Карбюраторному двигателю ничего не будет, а вот как поведёт себя компьютер, управляющий распределённым впрыском — одному богу известно… Можно загубить компьютер.
Все стартерные батареи, выпускаемые в настоящее время для автомобилей, являются свинцово-кислотными. В основу их работы заложен известный еще с 1858 г., и по сей день остающийся практически неизменным принцип двойной сульфатации.


Как наглядно видно из формулы, при разряде батареи (стрелка вправо) происходит взаимодействие активной массы положительных и отрицательных пластин с электролитом (серной кислотой), в результате чего образуется сульфат свинца, осаждающийся на поверхности отрицательно заряженной пластины и вода. В итоге плотность электролита падает. При зарядке батареи от внешнего источника происходят обратные электрохимические процессы (стрелка влево), что приводит к восстановлению на отрицательных электродах чистого свинца и на положительных — диоксида свинца. Одновременно с этим повышается плотность электролита.
Любая автомобильная батарея представляет из себя корпус — контейнер, разделенный на шесть изолированных ячеек — банок (см. рис.1).


Каждая банка является законченным источником питания напряжением порядка 2.1 В. В банке находится набор положительных и отрицательных пластин, отделенных друг от друга сепараторами. Как известно из школьного курса физики, две разнозаряженные пластины уже сами по себе являются источником постоянного напряжения, параллельное же их соединение увеличивает ток.
Последовательное соединение шести банок и дает батарею с напряжением порядка 12.6-12.8 В. Любая из пластин, как положительная, так и отрицательная, есть ни что иное, как свинцовая решетка, заполненная активной массой. Активная масса имеет пористую структуру с тем, чтобы электролит заходил в как можно более глубокие слои и охватывал больший ее объем. Роль активной массы в отрицательных пластинах выполняет свинец, в положительных — диоксид свинца.
Вес залитой АКБ ёмкостью 55 Ач составляет около 16.5 кг. Эта цифра складывается из массы электролита — 5кг (что соответствует 4,5 л), массы свинца и всех его соединений — 10 кг, а также 1 кг, приходящегося на долю бака и сепараторов.

2. Основные характеристики аккумуляторных батарей

2.0. Электродвижущая сила (ЭДС)
Зависимость ЭДС (грубо говоря, напряжение на выводах аккумулятора) от плотности электролита выглядит так:

Е = 6 * (0,84 + р) , где Е — ЭДС аккумулятора , (В) р — приведенная к температуре 5°С плотность электролита , г/мл

2. 1. Расход воды
Показатель, имеющий непосредственное отношение к степени обслуживаемости батареи. Определяется в лабораторных условиях. Батарея считается необслуживаемой, если она имеет очень низкий расход воды в эксплуатации. Необслуживаемые батареи не требуют доливки дистиллированной воды в течении года и более при условии исправной работы регулятора напряжения.
На расход воды прямое влияние оказывает процентное содержание сурьмы в свинцовых решетках пластин. Как известно, сурьма добавляется для придания пластинам достаточной механической прочности. Однако у каждой медали есть обратная сторона. Сурьма способствует расщеплению воды на кислород и водород, следствием чего является выкипание воды и снижение уровня электролита. В батареях предыдущего поколения содержание сурьмы доходило до 10%, в современных этот показатель снижен до 1.5 %.

Панацею от этой беды фирмы видят в освоении т.н. гибридной технологии — замене сурьмы в одной из пластин на кальций. Кальций в решетке является веществом нейтральным по отношению к воде, не снижая при этом механической прочности решеток. А потому разложения воды не происходит и уровень электролита остается неизменным.
Преимущества «кальциевых» АКБ — можно устанавливать в местах , не не требующих удобного доступа для обслуживания. Меньше вероятность выхода из строя из-за коррозии решеток электродов. Лучшие стартерные характеристики.
Недостаток «кальциевых» АКБ — при глубоких разрядах происходит образование нерастворимых солей кальция, и емкость АКБ необратимо теряется. Производители АКБ пытаются устранить этот недостаток добавлением в АКБ серебра и др. компонентов, результат пока окончательно не ясен.

2.2. Долговечность батареи
Средний срок службы современных АКБ при условии соблюдения правил эксплуатации — а это недопущение глубоких разрядов и перезарядов, в том числе по вине регулятора напряжения — составляет 4-5 лет.
Наиболее губительными для батарей являются глубокие разряды. Оставленные на ночь включенными световые приборы, либо другие потребители способны разрядить ее до плотности 1. 12 — 1.15 г/см3, т.е. практически до воды, что приводит к главной беде аккумуляторов — сульфатации свинцовых пластин. Пластины покрываются белым налетом, который постепенно кристаллизуется, после чего батарею практически невозможно восстановить. Отсюда вытекает главный вывод — необходимо постоянно следить за состоянием батареи, периодически замерять плотность электролита. Особенно актуально это в зимнее время. Следует отметить, что сульфатация в определенных пределах — явление нормальное и присутствует всегда. (Вспомните — на основе теории двойной сульфатации построен принцип работы батарей). Но при малом разряде и последующей зарядке батарея легко восстанавливается до исходного состояния. Это возможно и при глубоком разряде батареи, но только в том случае, если следом сразу, же последует заряд. Если же разряжать батарею длительное время, не давая ей «подпитки», то падение плотности, ниже критического значения неизбежно приводит к образованию кристаллов сульфата свинца, не вступающих в реакцию ни при каких обстоятельствах.

А это означает, что начался необратимый процесс сульфатации.
Не менее опасен для батареи и перезаряд. Это происходит при неисправном регуляторе напряжения. При этом электролит начинает «кипеть» — происходит разложение воды на кислород и водород, и понижение уровня электролита. Вот почему необходимо следить за зарядным напряжением. Естественно, это не составляет труда, если на панели приборов присутствует вольтметр. Ну а если его нет? В этом случае также можно довольно просто оценить зарядное напряжение. Для этого запустите и прогрейте двигатель, установив средние обороты и подключите тестер (в режиме вольтметра) между «+» и «массой» аккумуляторной батареи. Нормальный зарядный режим батареи обеспечивается в диапазоне 14±0.5В. Если напряжение меньше — стоит проверить натяжение ремня, надежность контактных соединений цепей системы электроснабжения. Если же это не помогает — неисправность нужно искать в регуляторе напряжения. Впрочем, точно также вина ложится на регулятор, если напряжение превышает 14. 5В.
В последнее время широкое распространение получили сепараторы карманного типа — т.н. конвертные сепараторы. Их название говорит за себя — в эти конверты помещают одноименно заряженные пластины. Такая конструкция увеличивает срок службы батареи, так как осыпающаяся в процессе эксплуатации активная масса остается в конверте, тем самым предотвращается замыкание пластин.

2.3. Рекомендации по эксплуатации
Батарея, не эксплуатировавшаяся в течении длительного времени (4-5 мес.) нуждается в подзарядке. Связано это с тем, что батареям свойственно такое явление, как саморазряд. На графиках рис.2,3 показаны характеризующие саморазряд величины для различных батарей. В первом случае — это снижение плотности от времени хранения, во втором — падение напряжения.


Впрочем, зачастую подзарядки требует и находящаяся в эксплуатации батарея. Плотность полностью заряженной батареи составляет 1.27- 1.28 г/см3, напряжение — 12.5 В. О степени разряженности батареи судят по плотности электролита. Чем ниже плотность электролита, тем сильнее батарея разряжена. Уменьшение плотности на 0.01 г/см3 по сравнению с номинальной означает, что батарея разрядилась примерно на 6 — 8%. Используя график (см. рис.4) можно оценить зависимость степени разряженности батареи от плотности. Степень разряженности определяют по той банке, в которой плотность электролита минимальная. Всем известна аксиома, тем не менее, позволим повторить ее еще раз — батарею, разряженную летом более чем на 50%, а зимой более чем на 25%, необходимо снять с автомобиля и зарядить. При этом следует помнить, что пониженная плотность зимой более опасна, т.к. кроме всего прочего может привести к замерзанию электролита. Так, при плотности электролита 1.2 г/см3 температура его замерзания составляет около -20°С.
Также необходимо подзарядить батарею, если плотность в разных банках отличается более чем на 0.02 г/см3. Оптимальной является зарядка батареи током, равным 0.05 от ее ёмкости. Для батареи с ёмкостью 55 Ач эта величина составляет 2. 75 А. Чем меньше зарядный ток, тем глубже заряд. Однако не стоит впадать в крайность — при совсем низком токе батарея просто не «закипит», к тому же время зарядки будет несравнимо большим. Наоборот, при очень большом токе батарея «закипит» значительно быстрее, но при этом не успеет зарядиться на все 100%. Признаками окончания зарядки служит бурное выделение газа (т.н. «кипение») и неизменяющаяся на протяжении 1-2 часов плотность электролита.
Для ориентировочной оценки времени, требуемого на зарядку батареи, можно воспользоваться следующим алгоритмом.


Первоначально, используя график (рис.4) необходимо определить степень разряженности батареи, исходя из реальной плотности АКБ, замеренной ареометром. Далее по степени разряженности определяем потерянную ёмкость (или ёмкость, которую необходимо принять батарее).
Затем, выбрав величину зарядного тока, вычисляем ориентировочное время зарядки по формуле:


Тут следует отметить, что не вся энергия идет на повышение ёмкости. КПД процесса составляет 60-80%, остальное тратится на нагрев, а также связанные с этим электрохимические процессы. Потому реальное время увеличивается примерно в полтора раза от расчетного (что и учитывается коэффициентом «1.5» в формуле).

Нужно сказать, что использование данного алгоритма оправдано лишь для облегчения процедуры, но ни в коей мере не избавляет от контроля за ходом зарядки. Процесс заряда, а особенно его окончание Вам необходимо контролировать самому, дабы не прозевать начало бурного кипения.
Другой вариант — использование для этих целей автоматических зарядных устройств, отличающихся тем, что зарядка идет при постоянном напряжении, но автоматически изменяющемся в зависимости от степени заряженности батареи токе. При этом зарядное устройство перестает давать ток, если батарея полностью заряжена. Принцип, используемый в подобных устройствах аналогичен зарядке от генератора на автомобиле.
Для примера определим время зарядки батареи ёмкостью 55 Ач током в 5А, плотность которой составляет 1. 25 г/см3. Как видно из графика, при данной плотности батарея разряжена на 25%, что означает потерю ёмкости на величину


Таким образом, примерное время зарядки


Каждодневным способом зарядки батареи является ее заряд от бортовой сети автомобиля (естественно, при условии исправности последней). При данном способе, во первых, невозможен перезаряд, а во-вторых, происходит постоянное перемешивание электролита и наиболее полное его проникновение во внутренние слои активной массы.
Однако было бы ошибочным полагать, что заряд батареи начинается сразу же после пуска двигателя и продолжается все время, пока двигатель в работе. Исследования показывают, что батарея начинает принимать заряд только после прогрева электролита до положительной температуры, что при эксплуатации в зимних условиях происходит примерно через час после начала движения. Именно этим и опасен довольно распространенный, по крайней мере, в нашем автомобильном городе, способ эксплуатации транспортных средств. Холодный запуск зимой с получасовым движением до работы, и затем редкие непродолжительные поездки на протяжении рабочего дня не дают прогреться электролиту и, следовательно, зарядиться Вашей батарее. Тем самым разряженность АКБ увеличивается изо дня в день и в итоге может привести к печальному результату. Из этого следует, что зимой необходимо проверять состояние АКБ и своевременно подзаряжать ее регулярно
Физические процессы, происходящие при пуске двигателя, отличаются от процессов при разряде батареи потребителями. При пуске участвует не весь объем активной массы и электролита, а лишь та ее часть, которая находится на поверхности пластин и соприкасающийся с поверхностью пластин электролит. Поэтому, после неудачной попытки запустить двигатель, следует подождать некоторое время для того, чтобы электролит перемешался, плотность его выровнялась, он проник в поры активной массы. Нормальный запуск двигателя при однократном вращении стартера в течении 10с забирает ёмкость 300А х 10с = 3000 Ас = 0. 83 Ач, что составляет около 1.5% от ёмкости аккумулятора.
При медленном же разряде участвуют не только поверхностные слои активной массы, но и глубинные, потому и разряд происходит более глубокий. Однако это не означает, что стартерные режимы не так губительны для батареи — стартером точно также можно разрядить батарею до критической величины.
Каковы же признаки выхода из строя батареи? Батарея не заряжается, плотность низкая и не повышается в процессе заряда. Большой саморазряд — батарея зарядилась, но не держит заряд. Можно попытаться потренировать батарею, однако если произошло осыпание активной массы пластин, либо кристаллизация сульфата свинца, то это уже не исправить.
Вообще, освоить способ оценки степени возможной разрядки батареи от каких-либо действий (в том числе и осознанных) не составит большого труда. Необходимо усвоить несколько истин и запомнить несколько цифр.
Батарея начинает принимать заряд лишь только после прогрева электролита до положительной температуры (как вы понимаете, при температуре воздуха -20°С температура электролита в батарее хранящегося на свежем воздухе автомобиля будет примерно такой же. )
Коэффициент полезного действия процесса зарядки составляет примерно 50%.
Каждый автомобильный генератор характеризуется следующими показателями:
ток отдачи генератора при работе двигателя на холостом ходу.
ток отдачи генератора при работе двигателя на номинальных оборотах.
Для ВАЗовских автомобилей эти цифры имеют следующие значения:

Таблица 1
Модель автомобиля…………………..2101-2106……2108-2109……2110
ток отдачи на холостом ходу…………….16………………24…………..35
ток отдачи на номинальных оборотах 42……………….55…………..80

Как видно из таблицы, на последних моделях автомобилей Волжского автозавода устанавливаются генераторы, имеющие характеристики тока отдачи, в два раза превосходящие по величине характеристики генераторов первых моделей.

И наконец, примерное потребление энергии автомобильными потребителями:

Таблица 2
потребитель……….ток, А (приблизительно)
зажигание. …………….2
габариты……………….4
ближний свет…………9
дальний свет………..12
обогрев стекла……10-11
стеклоподьемник…20-30

вентилятор отопителя:
1-я скорость…………5-7
2-я скорость……….10-11
стеклоочистители…3-5
магнитола…………….5
ИТОГО……………….38-48

Таким образом, оставленные включенными габариты за три часа «съедят» 4А х 3ч= 12 Ач ёмкости батареи, что соответствует разряду приблизительно на 20%. Это не страшно для одного раза. Однако повторив это ещё раз, Вы уже рискуете не завести свою машину, особенно, если дело происходит зимой, т.к. разряд составит порядка 40% (тем более, что к тому же зимой батареи, как правило, эксплуатируются заряженными далеко не на 100%).
Аналогично можно прикинуть, что Вы имеете при продолжительной работе двигателя на холостом ходу. Как уже показано выше, ток отдачи генератора автомобиля ВАЗ-2108 на холостом ходу составляет 24А. Вычитаем из этой величины 2А, необходимые для обслуживания системы зажигания. Остается 22А. Используя таблицу 2, нетрудно прикинуть, что можно включать с тем, чтобы хоть немного досталось бы и аккумулятору (при этом помните про КПД зарядки, составляющий 50%).
Для владельцев иномарок с автоматической коробкой передач картина ещё более сложная. Обычно, стоя в пробке или на светофоре, Вы не переключаетесь на нейтраль, а давите ногой на тормоз. Это понижает обороты двигателя от стандартных 800-900 об./мин. до 600-700 об./мин., что, соответственно понизит ток, выдаваемый генератором, а стоп-сигналы добавят ещё пару ампер потребления тока. Да и обогрев заднего стекла у немцев, например, существенно мощнее, чем у отечественных автомобилей.
Следует знать, что зимние условия эксплуатации автомобиля в принципе очень тяжелы для аккумуляторной батареи. Наверняка будут полезны следующие данные. Результаты проводимых в ГДР исследований говорят о том, что при эксплуатации автомобиля в очень тяжелых условиях (испытания по так называемому режиму «город-зима-ночь») аккумулятор получает порядка 1Ач в час

3.

ТерминологияАккумуляторная батарея — один из основных элементов электрооборудования автомобиля, поскольку она накапливает и хранит электроэнергию, обеспечивает запуск двигателя в различных климатических условиях, а также питает электроприборы при неработающем двигателе.
Автомобильные свинцово-кислотные 12-вольтовые АКБ состоят из 6-ти последовательно соединенных элементов (банок), объединенных в общий корпус. Каждая банка имеет газоотвод, конструкции которого могут существенно отличаться.
Электролит представляет собой раствор серной кислоты в дистиллированной воде (для средней полосы России плотностью 1.27-1.28 г/см3 при t=+20°С). Кипение электролита — бурное выделение газа при электролитическом разложении воды с выделением кислорода и водорода. Это происходит во время заряда батареи.
Саморазряд — самопроизвольное снижение ёмкости АКБ при бездействии. Скорость саморазряда зависит от материала пластин, химических примесей в электролите, его плотности, от чистоты верхней части корпуса батареи и продолжительности ее эксплуатации.
Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи без нагрузки (ЭДС — электродвижущая сила) должно находиться в пределах 12.6-12.9 В. Напряжение в бортовой сети автомобиля при работающем двигателе несколько выше, чем на клеммах АКБ, и должно находиться в пределах 14.0-14.2 В (0,2 В от крайних значений). Значение напряжения ниже 13.8 В ведет к недозаряду батареи, а выше 14.4В — к перезаряду, что одинаково пагубно сказывается на ее сроке службы.
Полярность аккумуляторной батареи — термин, определяющий расположение токосъемных выводов на ее корпусе. На зарубежных батареях полярность может быть прямой или обратной, т. е. ориентировка положительного и отрицательного выводов относительно корпуса может быть различной. По российскому стандарту (если смотреть со стороны выводов) отрицательный (-) должен располагаться справа, положительный (+) слева.
Емкость батареи — способность батареи принимать и отдавать энергию — измеряется в ампер-часах (Ач). Для оценки ёмкости батареи принята методика 20-ти часового разряда током 0. 05С20 (т.е. током, равным 5% от номинальной ёмкости). Т.е., если ёмкость батареи 55Ач, то разряжая ее током 2.75 А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей ёмкостью 60Ач полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда — 3А.
Данная характеристика определяет возможность питать потребителей в экстремальной ситуации (при отказе генератора). Характеризуется объемом активной массы.
Значение тока холодного старта при -18°С (по DIN) — Величина тока, которую батарея способна отдать при пуске двигателя при температуре -18°С. Наиболее важная характеристика, напрямую сказывающаяся на пуске двигателя. Ведь при -20°С ток, потребляемый стартером, составляет порядка 300А. (Для пуска в летнее время горячего двигателя этот же показатель равен 100-120А.) Значение стартового тока определяется конструкцией батареи, пластин, сепараторов. Сепараторы карманного типа без каких-либо других дополнений увеличивают напряжение батареи на 0.3В, одновременно улучшая стартовые характеристики. Чем ниже внутреннее сопротивление батареи, тем выше стартовый ток, тем надежнее пуск двигателя при низких температурах.
Резервная ёмкость — время, в течении которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной ёмкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями батарей после значения тока холодного старта.
Корпус современных АКБ изготавливается из пластмассы, в большинстве случаев полупрозрачной, позволяющей контролировать уровень электролита.
Необслуживаемые батареи. Сразу следует оговориться, что этот термин не должен пониматься буквально и восприниматься как руководство к бездействию. Это название говорит об улучшенных потребительских свойствах батареи. Необслуживаемые АКБ требуют долива воды не чаще одного раза в год при условии использования их на автомобилях с исправным электрооборудованием и среднегодовым пробегом 15-20 тыс. км. Встречаются конструкции, исключающие всякое вмешательство на всем протяжении срока службы, но они особенно критичны к состоянию автомобильного электрооборудования.
Большинство необслуживаемых батарей выпускаются заводами-изготовителями, залитыми электролитом. Так как эти батареи имеют значительно меньший саморазряд, они могут храниться от 6 месяцев до 1 года без подзаряда. Саморазряд новых необслуживаемых батарей за 12 месяцев может составить до 50% от номинальной ёмкости.

4. Маркировка АКБ

На современные аккумуляторные батареи наносится следующая маркировка:


Некоторые батареи имеют такую маркировку:


Несмотря на то, что после ёмкости стоит значение 280А, цифра, интересующая нас и показывающая ток холодного старта по принятому у нас стандарту DIN равна 255А.
Обозначения основных характеристик на батареях различных производителей отличаются друг от друга. Большинство европейских производителей и значительная их часть в Азии руководствуются промышленным стандартом Германии DIN 43539 часть 2, который оговаривает два основных параметра: ёмкость батареи, измеряемую в ампер-часах (Ач) при +25°С, и ток стартерного разряда в амперах (А) при -18°С.
Батареи американских производителей испытываются по требованию американского стандарта SAE J537g, который включен в международный стандарт BCI и также вводит два основных параметра: резервную ёмкость, измеряемую в минутах при +27°С, и ток холодной прокрутки — в амперах при -18С. Стандарт SAE не предусматривает измерение ёмкости батареи в ампер-часах.
Первый рассматривает способность батареи к длительным разрядам меньшими токами, второй — разряд большими токами, но за меньший отрезок времени.
Пересчет значения тока стартерного разряда по европейскому стандарту DIN в ток холодной прокрутки по американскому стандарту SAE может производиться с помощью экспериментальных коэффициентов. Для батарей ёмкостью до 90Ач используется коэффициент 1.7, т. е. ISAE = 1.7 IDIN. Для батарей ёмкостью от 90 до 200 Ач используется коэффициент 1.6, т. е. ISAE = 1.6 IDIN.
В настоящее время в Европе наряду с немецким стандартом DIN введен новый единый стандарт En — 60095-1/93.
Кроме того, на необслуживаемых батареях проставляется соответствующая надпись. Чаще всего на русском, английском или немецком языке (либо на языке производителя, как например, на испанских батареях «Tudor»).

5. Выбор и покупка АКБ

Убедитесь, что выбираемая батарея соответствует конструктивным особенностям вашего автомобиля (ёмкость, место установки, способ крепления, полярность, форма и размер токосъемных выводов). Специализированные торговые фирмы имеют каталоги всего ассортимента, в которых систематизирована информация о модификациях и технических характеристиках.
Нецелесообразно на автомобиль с устаревшей системой электрооборудования устанавливать батарею, исключающую долив воды. Это приведет к сокращению ее срока службы или отказу.
Емкость батареи не должна существенно отличаться от указанной заводом-изготовителем автомобиля. Несоблюдение этого условия приводит к резкому сокращению службы, как батареи, так и стартера.
Очень неплохо знать рекомендуемую величину пускового тока для Вашего автомобиля. На многих (японских) автомобилях устанавливаются стартёры с редуктором. Это позволяет существенно уменьшить величину пускового тока, а значит существенно продлить жизнь Вашего аккумулятора.
Внимательно изучите текст гарантийного талона. Обратите особое внимание на те разделы, где перечислены: случаи, исключающие гарантийное обслуживание; адреса гарантийных мастерских; условия эксплуатации.
Маркировка аккумулятора должна иметь ссылку на стандарт (DIN, SAE, En или другие). В маркировке по стандарту SAE не указывается значение ёмкости в ампер-часах (Ач). Указание ёмкости в Ач в стандарте SAE – косвенный признак подделки. Наиболее подвержены подделкам дорогие аккумуляторы известных фирм-изготовителей, поэтому приобретать их лучше в торговых фирмах, заслуживающих доверие.
Большинство фирм-изготовителей кодирует дату выпуска АКБ. Современные необслуживаемые батареи допускают достаточно длительное хранение без существенной потери своих потребительских свойств, поэтому дата изготовления менее актуальна. Предпочтительнее приобретать залитый качественным заводским электролитом аккумулятор. Он готов к работе, легко поддается проверке. Не залитый сухозаряженный аккумулятор требует дополнительного времени и затрат на подготовку к эксплуатации.
Не спешите отдать деньги! Вы вправе требовать проверки аккумулятора. Первым делом сдерите с него защитную упаковочную пленку, какой бы красивой она ни была, и убедитесь, что корпус не поврежден – такое случается довольно часто. Затем попросите продавца измерить плотность электролита – она не должна быть ниже номинальной более чем на 0,02 г/см3 и одинаковой во всех банках, что соответствует примерно 80-процентной заряженности батареи. Последнюю проверку следует провести с нагрузочной вилкой – ее вольтметр должен показать 12.5–12.9 В при отключенной нагрузке, а при включенной – не опускаться в течение 10 секунд ниже 11В.
В случае отклонения от этих значений, батарея может оказаться частично или полностью непригодной к эксплуатации.
Если вам отказывают в проверке аккумулятора, не могут подтвердить качество товара сертификатом, гарантийным талоном, то лучше отказаться от покупки.

6. Установка АКБ

Перед установкой батареи обязательно полностью удалите с нее полиэтиленовую пленку. Газоотводные отверстия должны быть открытыми. Обратите внимание на правильность подключения. Клеммы АКБ рекомендуется зачистить и после закрепления смазать Литолом-24. Это делается для предохранения контактов от попадания влаги и окисления места контактов. Особенно это касается силовых проводов с медными (а не свинцовыми) наконечниками.
Очень важно уделить внимание проводам. Клеммы необходимо зачистить не только со стороны аккумулятора, но и с другой стороны. Место, куда крепится массовый провод (-) надо тоже тщательно зачистить от краски, масла и прочей грязи. Контакт затянуть туго. Это же касается клеммы на стартёре. Невнимание к проводам и контактам может очень сильно «выйти боком» зимой на морозе.
Батарея должна стоять на своём месте жёстко. Болтание её в крепёжных элементах недопустимо. Дополнительная вибрация скажется на долговечности батареи. Замыкание и осыпание пластин в банках чаще всего происходят именно из-за вибрации.
Обратите внимание, что на многих автомобилях батарея стоит довольно близко к выпускному коллектору. То есть летом ей будет довольно жарко, а это для батареи очень плохо! На «правильных» машинах предусмотрена термоизоляция АКБ от двигателя.

7. Рекомендации по эксплуатации и обслуживанию

Условия эксплуатации оказывают существенное влияние на срок службы аккумуляторной батареи. Частые запуски двигателя и поездки на короткие расстояния, неисправности электрооборудования (стартер, генератор, реле-регулятор), дополнительные потребители электроэнергии, несвоевременное обслуживание, ненадежное крепление батареи способны сильно сократить срок ее службы.
При продолжительном движении по трассе батарея может перезаряжаться (кипеть) — в городе с малыми пробегами и «пробками» она, как правило, разряжается (см. выше).
Генератор (при холостых оборотах двигателя) не обеспечивает работу большинства штатных потребителей, не говоря о дополнительных. Зимой ситуация усугубляется. К включенным габаритным огням, ближнему свету фар, стоп-сигналам, указателям поворота, аудиоаппаратуре добавляются обогрев заднего стекла и вентилятор отопителя. Ежедневный недозаряд батареи постепенно уменьшает ее ёмкость, что в итоге приводит к невозможности запуска двигателя стартером.
Отказ аккумуляторной батареи может быть вызван и током утечки в электрооборудовании автомобиля. Это происходит, когда при отключении всех потребителей один или часть из них остается включенным в электрическую цепь (неисправны выключатель или реле). Виновником может быть и сигнализация. После глубокого разряда АКБ может не восстановить свою первоначальную номинальную ёмкость. Батарея не сможет нормально работать, если для запуска двигателя требуется продолжительное включение стартера (неисправны системы питания, зажигания).

7.1. Обслуживание АКБ в процессе эксплуатации сводится к проверке и приведению в соответствие с требованиями: уровня и плотности электролита; чистоты и надежности крепления электрических соединений батареи с корпусом автомобиля, параметров электрооборудования, крепления батареи. Необходимо также следить за правильным натяжением ремня генератора, очищать и смазывать выводы и клеммы, содержать батарею в чистоте. Протирайте верхнюю поверхность водным раствором питьевой соды. Доведение плотности электролита до требуемой производится путем заряда батареи от стационарного зарядного устройства.
Значение зарядного тока в амперах (А) не должно превышать 1/10 ёмкости батареи (упрощенно).

7.2. Продление жизни новой батарее
Коротко об этом сказать трудно. В первую очередь, следует залить электролит, точно соответствующий не только климатической зоне, но и сезону эксплуатации. Если батарея будет работать только в теплое время года, то плотность электролита может быть 1.20 г/см3, а если до -15°С — 1.24 г/см3 и т.д. Такая точность, безусловно, снизит скорость сульфатации пластин, следовательно, увеличит долговечность батареи.
На срок службы АКБ значительно влияет средняя степень заряженности, которая зависит от исправности реле-регулятора. Необходимо, чтобы эта величина поддерживалась не ниже 75%.

справка:
Установлено, что отклонение регулируемого напряжения на 10…12% вверх или вниз от оптимального сокращает срок службы батареи в 2…2.5 раза.

Во-первых, отрегулируйте двигатель так, чтобы он легко заводился с пол-оборота. Это предохранит АКБ от глубокого разряда. При пуске двигателя стартером через аккумуляторную батарею проходит ток в несколько сот Ампер, что не способствует ее долговечности. Поэтому, чем легче пуск двигателя, тем лучше для АКБ: она прослужит дольше.

справка:
Сокращение времени работы стартера вдвое при шести-восьми ежедневных пусках повышает срок службы аккумуляторной батареи приблизительно в 1.5 раза.

Во-вторых, отрегулируйте при необходимости реле-регулятор, чтобы напряжение было в пределах 13.8…14.4В. Это одно из важнейших условий. В-третьих, никогда не позволяйте снизиться уровню электролита в банках ниже требуемого.

справка:
Несвоевременная доливка в аккумуляторы дистиллированной воды может снизить срок службы батареи на 30%.

Эти простые советы, продлят жизнь АКБ.

Кроме этого, специалисты советуют при наличии зарядного устройства при любой возможности (например, на ночь) ставить аккумуляторную батарею на подзарядку малым током — около 1…2А. Для этого можно АКБ не снимать с автомобиля. Только эта операция, если ее проделывать регулярно, не реже одного раза в месяц, увеличивает срок службы батареи, по крайней мере, на год.

7.3. Зарядка аккумулятора зарядным устройством
Ну а теперь как заряжать? Зарядные устройства бывают с ручной и автоматической регулировкой (Орион PW-270, Орион PW-320) или автоматические (все остальные зарядные устройства Орион). Перед зарядкой необходимо открыть все газовые каналы: вывернуть пробки, снять крышки банок.
При зарядке важны три параметра: напряжение, ток зарядки и время. Когда аккумулятор частично процентов на 25 разряжен, то начальный ток заряда при включении выпрямителя может резко скакнуть вверх. Отрегулируйте его на зарядный ток около 1/10 ёмкости аккумулятора или меньше (это общепринятое правило заряда кислотных батарей). Т.е., если у Вас батарея имеет маркировку 55Ah — выставляем ток около 5.5А.
Если необходимо зарядить батарею в кратчайшее время, можно выставить и больший ток. В соответствии с законом Вудбриджа который гласит: сила зарядного тока (в амперах) не должна превышать величину заряда (в ампер-часах), недостающего до полной ёмкости акуммулятора. При этом зарядное устройство должно автоматически снижать ток при повышении напряжения или выключаться при достижении порогового напряжения на батарее. В противном случае (если ЗУ этого не делает) необходимо непрерывно контролировать зарядный ток и напряжение в ручную.
Далее в процессе зарядки напряжение будет расти, а ток уменьшаться. Считается, если ток не уменьшается в течение последних 2-3 часов, то аккумулятор заряжен. Важно помнить, что нельзя вести заряд большим током более 25 часов. Электролит сильно нагреется и выкипит, пластины от нагрева может повести и они замкнут друг на друга. Обычно нормальное время полного заряда около 15 часов.
Иногда необходимо выровнять плотность небольшим током. Например, если плотность электролита в разных банках 1.23, 1.25. Включив зарядное устройство, устанавливаем ток зарядки порядка 1-2А. Данное значение у разных АКБ- разное и зависит от многих факторов: конструкции, пассивационного материала пластин, состояния батареи и т.д. Время такой зарядки до двух суток. Особенно это необходимо делать после того, как аккумулятор разряжен в ноль бесплодными попытками завести двигатель. При чём, делать это надо сразу, пока не началась сульфатация пластин.
Батареи, исключающие долив воды, должны заряжаться только устройствами с автоматическим поддержанием зарядного напряжения. Несоблюдение этого условия приведет к снижению их срока службы. Конкретные требования по режиму заряда, эксплуатации и обслуживанию должны быть изложены в инструкции или гарантийном талоне, прилагаемом к батареям.
В настоящее время разные производители обозначают разное напряжение окончания заряда. Как правило, оно составляет от 15 до 16В (для батарей устаревших конструкций, с применением в качестве пассивирующего материала сурьмы — меньше). На самом деле, порог ограничения напряжения автоматического зарядного устройства 15 или 16 вольт (для батареи с прописанными, для полного заряда, 16ю вольтами, например Varta) влияет только на время заряда последних 2-4% емкости.
Для доведения уровня электролита до нормы недопустимо использовать электролит! В аккумуляторную батарею доливают только дистиллированную воду. Не используйте воду сомнительного происхождения. При частом выкипании проверьте электрооборудование автомобиля.
Необходимо знать, что при сильном снижении уровня электролита внутри корпуса аккумулятора может образоваться опасная концентрация газовой смеси. Чтобы исключить вероятность взрыва, нельзя подносить к батарее открытое пламя (даже сигарету) и допускать искрение электроконтактов. Системы газоотвода некоторых современных батарей более взрывобезопасны. В средней полосе России АКБ не требуют корректировки плотности электролита при смене сезонов.
Перед зимней эксплуатацией автомобиля сделайте обслуживание не только аккумуляторной батареи (см. выше), но и систем, влияющих на запуск двигателя. Обязательно залейте моторное масло, соответствующее сезону. Для облегчения запуска двигателя в сильные морозы занесите батарею на несколько часов в теплое помещение.
Перед длительной зимней стоянкой также обслужите батарею, но не храните ее в теплом помещении, а оставьте на автомобиле со снятыми клеммами. Чем ниже температура, тем меньше скорость ее саморазряда.
Недопустимо оставлять на морозе разряженную батарею. Электролит низкой плотности замерзнет, и кристаллы льда приведут ее в негодность. Плотность электролита разряженного аккумулятора может снизиться до 1,09 г/см3, что приведет к его замерзанию уже при температуре -7°С. Для сравнения – электролит плотностью 1.28 г/см3 замерзает при t=-65°С.
Опрокидывание аккумуляторной батареи и слив электролита могут привести к замыканию пластин и выходу ее из строя.
Для борьбы с паразитными токами утечки введите себе привычку вытирать корпус батареи насухо от всякой нечисти. Если совсем в лом, то хотя бы делайте чистый круг вокруг плюсовой клеммы, чтобы разорвать паразитные электрические связи. Ну, а если Вы любите свою машину, то разведите немного соды в воде и протрите всю поверхность корпуса батареи и вытрете ее насухо. Все тряпки, которые прикасались к аккумулятору выбросить немедленно! А заодно проверите крепление батареи, уровень электролита и его плотность. Времени это займёт минут 10-15, а сэкономить может часы и кучу нервов.

8. Особенности эксплуатации АКБ в зимний период

Перво-наперво замерим плотность электролита во всех банках без исключения. Норма 1.27-1.28 г/см3. У Вас далеко не так? Значит, снимаем батарею и ставим на зарядку. И это однозначно! Ни в коем случае не пытаемся повысить плотность электролита добавлением концентрированной кислоты, какая бы низкая не была его плотность. Желаемого же результата — повышения ёмкости батареи при этом не произойдет.
Далее. Обязательно провести ревизию всех силовых проводов, клемм и контактов. Клеммы зачистить мелкой шкуркой. Контакты на АКБ тоже зачистить и затянуть. Можно затем смазать литолом, чтобы к контактам не попадала влага. С другой стороны силовых проводов так же провести ревизию контактов.

8.1. Прикуривание от другого автомобиля
Для российских автовладельцев нормальная ситуация, когда сосед просит «прикурить» его аккумулятор. Для этой нехитрой процедуры помимо автомобиля с заряженным аккумулятором, необходимы ещё и правильные провода. Не забываем, что по этим проводам у нас потечёт около 200 ампер!


На что нужно обратить внимание при покупке:
1. Толщина жилы медного провода. Сняв изоляцию с крокодила (зажима) можно увидеть саму жилу. Чем толще, тем лучше. Не обращайте внимание на толщину кабеля. Главное проводник тока, а не толщина изоляции.
2. Надежность крепления жилы к крокодилу провода прикуривателя. Медная жила д.б. облужена, затем обжата и припаяна. Если эти условия соблюдены, то потерь в месте соединения будет меньше. Все стартовые провода Орион 100% паяются.
3. Изоляция. Лучший вариант — морозоустойчивая резина или силикон. Зимой такие провода остануться эластичными.
4. Длинна проводов. Провода по длинне нужно выбирать не длинее, чем нужно.
5. Крокодилы (зажимы). При покупке обращайте внимание на толщину стали из которой они сделаны и силу пружины, а не габаритные размеры.
Чтобы не навредить сложным электронным системам вашей собственной машины, эта, казалось бы, элементарная процедура требует соблюдения строгой последовательности действий.
1. Соедините красный кабель с клеммой (+) на заряженном аккумуляторе.
2. Соедините другой конец красного кабеля с клеммой (+) на «севшем» аккумуляторе.
3. Соедините черный кабель с клеммой (-) на заряженном аккумуляторе.
4. Соедините другой конец черного кабеля с чистой точкой заземления на блоке двигателя или на шасси, главное — подальше от аккумулятора, карбюратора, топливных шлангов и т. п. В момент подсоединения будьте готовы к небольшой искре.
5. Следите, чтобы оба кабеля не касались движущихся деталей.
6. Попробуйте запустить автомобиль с «севшим» аккумулятором. Если двигатель не заведется, подождите несколько минут и повторите попытку. Если же заведется, дайте ему поработать несколько минут в таком положении. Если не заведется повторите попытку через 2-3 минуты.
7. При отсоединении кабеля следуйте описанной выше процедуре в обратной последовательности.

8.2 Запуск машины при помощи предпускового зарядного устройства Вымпел. Подключаете устройство, выставляете максимальный ток 18А, оживляете акумулятор в течении 10-15 мин. Затем не отключая зарядного устройства пробуете завести. Если не получилось повторяете попытку заново.

9. Особенности эксплуатации АКБ в летний перио

дНе удивляйтесь, если однажды вам будет трудно или вообще не завести машину в жаркую погоду. Теплое время года — такое же испытание, как и холод. Тепло ускоряет химические процессы. Неисправности и дефекты электрической системы автомобиля или аккумулятора незамедлительно скажутся на состоянии батареи. Но, скорее всего, узнаете вы об этом в самый неподходящий момент. Например, ночью во время дождя, когда придется включить освещение, вентиляцию и стеклоочистители. Поэтому не расслабляйтесь. Лето — самый подходящий период для покупки нового аккумулятора.
Летом автомобилист не сразу заметит, что в аккумуляторе плотность электролита и его уровень в банках недостаточные. Но чем выше температура окружающей среды, тем активнее электрохимические процессы. В результате электролиза кислород вступает во взаимодействие с пластинами, а ставший свободным водород испаряется. Таким образом, из электролита исчезает вода. Как только уровень раствора оказывается ниже уровня пластин, начинается сульфатация пластин (сульфат свинца растворяется в электролите, а затем оседает на поверхности пластин уже в виде крупных нерастворимых кристаллов и происходит изоляция пластин от электролита). Емкость батареи уменьшается. Электрохимические реакции останавливаются. Аккумулятор выходит из строя.
Имейте в виду, что во время длительного хранения аккумулятора происходит саморазряд (снижение ёмкости). Оставлять батарею в разряженном состоянии не рекомендуется: в этом случае вода испаряется, и открываются пластины. А дальше все, как описано выше.
Саморазряд увеличивается от высокой температуры, грязи и электролита (воды) на крышке батареи. Еще одна причина возникновения паразитных токов — неодинаковая плотность электролита в разных банках и на разных уровнях. Это может произойти после доливки большого количества воды. Чтобы избежать неприятностей, зарядите аккумулятор или проедьте на машине, чтобы плотность раствора сравнялась. Есть еще один совет: доливайте дистиллированную воду в аккумулятор при работающем двигателе. Это обеспечит ее перемешивание с кислотой.
Ускорение электролиза способствует уплотнению активной массы. Этой “болезнью” страдают отрицательные пластины, активная масса которых во время эксплуатации постепенно уплотняется, а ее пористость уменьшается. Доступ электролита внутрь отрицательных пластин затрудняется, что снижает ёмкость батареи. К тому же уплотнение активной массы может сопровождаться образованием трещин и отслаиванием.
Пластины коробятся при увеличении силы зарядного тока, при коротком замыкании, понижении уровня электролита, частом и продолжительном включении стартера, когда батарея нагружается разрядным током большой силы. Чаще короблению подвержены положительные пластины, при этом в их активной массе образуются трещины, и она (активная масса) начинает выпадать из решеток.
Причиной выпадения активной массы из решеток пластин может стать длительная перезарядка, плохое крепление пластин, вибрация и т.д. Осыпающийся активный слой в конце-концов замыкает пластины, сокращает мощность и срок службы. В современных аккумуляторах пластины помещаются в конверт-сепараторы; осадок выпадает, но короткого замыкания удается избежать.
Летом вентиляционные отверстия забиваются пылью. Чтобы батарея не лопнула и не взорвалась следите за чистотой аккумулятора. Пробки заливных отверстий должны быть плотно закрыты.

Как сохранить свой аккумулятор летом?
Во-первых, следите за уровнем электролита и регулярно доливайте дистиллированную воду. Во-вторых, не оставляйте батарею незаряженной. В-третьих, следите за чистотой корпуса. В-четвертых, следите за состоянием электрической системы автомобиля. Неисправный стартер и генератор совершенно незаметно “подготовят” батарею к зиме и с первыми морозами она откажет.
Если вы планируете заменить аккумулятор, лучше не ждать до осени. В сезон выбор значительно меньше, цены выше, а желающих больше. В любом случае потребуется помощь подготовленного продавца-консультанта. Летом он сможет больше уделить вам времени.

10. Вопросы безопасности

Помните, что опасность возгорания кислорода и водорода, выделяющихся во время зарядки (а также после ее завершения), вполне реальна.
Хотя большинство серьезных производителей оборудуют крышки аккумуляторов ограничителями пламени, призванными предотвратить его попадание внутрь аккумулятора, подобная вероятность по-прежнему сохраняется.
Помните также, что искра возникает не только при отсоединении клеммы. Статического электричества от синтетической одежды может оказаться достаточно, чтобы вызвать взрыв.
Взрыв аккумулятора можно сравнить по мощности с выстрелом из ружья калибра 12мм. Результат представляет собой жуткое зрелище, и происходит это чаще, чем вы можете себе представить. При том, что взрыв, вероятно, не будет смертельным, он может серьезно травмировать вас, особенно лицо, так как осколки пластика разлетаются во все стороны. Поэтому всегда следует быть в защитных очках.
Если вдруг позарез понадобилось отсоединить аккумулятор на машине с работающим мотором (лучше, конечно, не подвергать свой автомобиль таким испытаниям), прежде надо включить как можно больше потребителей электроэнергии: печку, фары, противотуманки, «дворники». Если этого не сделать, то может сгореть регулятор напряжения, а следом откажет электрооборудование и в том числе — системы управления двигателем. А для начала загляните в инструкции: позволяет ли она вообще производить такую операцию. Ведь на автомобилях некоторых марок, напичканных современной аппаратурой, любое отключение аккумулятора выводит из строя сложные электронные системы.

11. Хранение аккумуляторной батареи

1.снимите аккумулятор с машины (оставьте на машине со снятыми клеммами), очистите от грязи, полностью зарядите.
2.при отсутствии возможности подзарядки во время хранения АКБ можно рекомендовать следующий способ. Электролит в аккумуляторе необходимо заменить 5-процентным раствором борной кислоты. Перед заменой электролита АКБ полностью заряжают, а затем сливают электролит в течение 15 минут. Затем ее сразу же промывают дважды дистиллированной водой, выдерживая воду по 20 минут. После промывки наливают раствор борной кислоты, заворачивают пробки с открытыми вентиляционными отверстиями, вытирают батарею и ставят на хранение. Саморазряд аккумуляторов с раствором борной кислоты практически отсутствует.

Справка
Для приготовления 5-процентного раствора борной кислоты необходимо в 1 литре дистиллированной воды, нагретой до 50. ..60°С, растворить 50г борной кислоты. Раствор заливают в аккумуляторы при температуре 20…30°С.

Хранить батарею надо при температуре не ниже 0°С, поскольку заливаемый 5-процентный раствор борной кислоты может замерзнуть. А для ввода такой батареи в действие из нее выливают раствор борной кислоты в течение 15…20 минут и сразу же заливают сернокислый электролит плотностью 1.38…1.40 г/см3 для нашей зоны. После 40-минутной пропитки пластин электролитом АКБ можно устанавливать на автомобиль, если плотность электролита не уменьшилась ниже 1.24…1.25 г/см3. Если она стала ниже, следует откорректировать плотность отбором слабого раствора и добавлением электролита плотностью 1.40 г/см

12. Приложения

12.1. Реанимация аккумулятора
Реанимация аккумулятора. Старый фирменный аккумулятор может послужить еще, если его правильно восстановить! Итак, начнём. Имеем на руках убитый или почти убитый аккумулятор.
Нам понадобятся некоторые материалы и инструменты:
1) Свежий электролит (номинальной + желательно повышенной плотности)
2) Дистиллированная вода.
3) Измеритель плотности электролита (ареометр). Например ареометр производства НПП «Орион CПб»

4) Зарядное устройство, способное обеспечить малые (0.05-0.4А) токи зарядки.
5) Маленькая клизма (простите, надо!) и пипетка для наливных целей.
6) Нагрузочная вилка. НПП «Орион СПб» производит 4 модели: от простых и дешевых НВ-01, НВ-02, до профессиональных НВ-03, НВ-04.


Для начала определимся с возможными неисправностями:
1) Засульфатированность пластин — ёмкость аккумулятора падает почти до нуля.
2) Разрушение угольных пластин — при зарядке электролит становится черным.
3) Замыкание пластин — электролит в одной из секций аккумулятора выкипает, секция греется. (Тяжелый случай, но иногда небезнадежный)
4) Перемёрзший аккумулятор — распухшие бока, электролит при заряде сразу вскипает (многочисленные замыкания пластин) — тут уж ничем не помочь, аминь, упокой Господь его душу!

Начнем с конца списка. (п.3) При замыкании пластин ни в коем случае не пытайтесь его заряжать! Начинаем промывку дистиллированной водой. Не бойтесь переворачивать и трясти аккумулятор, хуже уже не будет. Промывайте его до тех пор, пока не перестанет вымываться угольная крошка (надеюсь, этот момент наступит, иначе прекратите этот мазохизм). При промывке часто замыкание пластин устраняется, и мы переходим от пункта (3) к пункту (2). После промывки и вытряхивания всякого мусора из недр аккумулятора приступаем к пункту (1), а именно к устранению отложений солей на пластинах аккумулятора. Следуйте инструкциям к присадке. Мой опыт может отличаться от того, что вы прочтёте в инструкции. Далее я делаю так:
1) Заливаем аккумулятор электролитом номинальной плотности (1.28 г/см3).
2) Добавляем присадку, исходя из объёма аккумулятора (см. инструкцию)
3) Даём электролиту выдавить воздух из секций, а присадке — раствориться в течении 48 часов (!), при необходимости доливаем электролит до номинального уровня. Кстати, присадку можно растворить в электролите до заливки в аккумулятор, если, конечно, она хорошо растворяется.
4) Подключаем зарядное устройство (не забудьте снять пробки!). НО МЫ НЕ БУДЕМ ЕГО ЗАРЯЖАТЬ! НЕ СЕЙЧАС! Сначала мы будем гонять его по циклу «зарядка-разрядка», иначе «тренировка», то есть заряжать и разряжать его, пока не восстановится нормальная ёмкость. Выставляем ток зарядки в районе 0.1- 0.2 А и следим за напряжением на клеммах. Не давайте электролиту кипеть или нагреться! Если необходимо, уменьшите зарядный ток, пузырьки газа и перегрев разрушают аккумулятор! Заряжайте, пока напряжение на клеммах аккумулятора не достигнет 2.3 — 2.4В на каждую секцию, т.е. для 12-вольтового аккумулятора — 13.8-14.4 В.
5) Уменьшаем зарядный ток вдвое и продолжаем зарядку. Зарядку аккумулятора прекращаем, если в течении 2 часов плотность электролита и напряжение на клеммах остаются неизменными.
6) Доводим плотность до номинальной доливкой электролита повышенной плотности (1.4) или дистиллированной воды.
7) Разряжаем аккумулятор через лампочку током примерно в 0. 5А до падения напряжения на клеммах до 1.7В на элемент. Для 12-вольтового аккумулятора эта величина составит 10.2В, для 6-вольтового 5.1 соответственно. Из имеющихся величин тока разряда и времени разряда вычисляем ёмкость нашего аккумулятора. Если она ниже номинальной (4 ампер-часа), то:
 Повторяем цикл заряда с начала до тех пор, пока ёмкость аккумулятора не приблизится к номинальной.
9) Добавляем в электролит ещё немного присадки и закрываем отверстия аккумулятора. ВСЁ!!! Мы имеем на руках рабочий аккумулятор, который, иногда способен проработать дольше китайского!

Дальше обращаемся с аккумулятором, как положено.

12.2. Ещё несколько способов, основанных на использовании электрического тока.

Способ первый — простой. Электролит заменить дистиллированной водой и зарядить аккумулятор или батарею очень небольшим (примерно 0.01 ёмкости) током. При этом в банках степень сульфатации снижается и образуется электролит, который заменять не нужно. После двух часов зарядки ее прекращают на такое же время. А затем снова повторяют.
Доказано, что после одного-трех таких циклов степень сульфатации резко снижается.

Второй способ — наиболее трудоемкий, но в безвыходном положении его тоже можно применить. Он химический, включает следующие операции: заряд батареи в течение 2…3 часов, слив электролита из банок, двух-трехкратная их промывка дистиллированной водой, заправка 2.5-процентным (25 г на 1 л) раствором питьевой соды и выдержка в течение 2…3 часов, слив раствора, заправка 2…3-процентным раствором повареной соли, заряд батареи в течение 1ч, слив раствора, промывка 4-процентным раствором питьевой соды, полный (из расчета 150-процентной ёмкости) заряд батареи, третья промывка банок, заправка их электролитом, полный (150-процентной ёмкости) заряд батареи.


Плотность электролита в аккумуляторе — какая должна быть, проверка, как повысить

Свинцово-кислотным аккумуляторам уже более полутора столетий, но позиции в автомобилестроении они не сдают и по сей день. Главных причин тому две: низкая себестоимость и морозоустойчивость. Литий-ионный аккумулятор, пускай он и  гораздо компактнее и легче при сопоставимой с свинцово-кислотным емкости, но стоит в разы дороже и уже при 0° С его емкость упадет вдвое (в то время как у свинцовой батареи это произойдет только при -30° С). И это не говоря уже о гораздо большей требовательности к условиям заряда и разряда.

Необслуживаемые кальциевые и AGM-аккумуляторы завоевывают все большую популярность, но  АКБ традиционной конструкции с возможностью обслуживания все так же можно увидеть под капотом автомобиля. Контроль уровня и состояния электролита  увеличивает ресурс аккумулятора, а самое главное – страхует от проблем зимой, что «рукастому» владельцу только в плюс.

Принцип действия аккумулятора

Говоря о плотности аккумуляторного электролита, нужно начать с самого принципа работы автомобильных аккумуляторов. Во время заряда-разряда в аккумуляторе протекают около 60 реакций, как утверждают исследования еще советских времен,но основной из них является только одна: в процессе разряда оксид свинца на катоде (отрицательном электроде) и свинец на аноде (положительном электроде) «забирают» сульфат-ионы из раствора серной кислоты, превращаясь в сульфат свинца, причем на катоде дополнительно образуется вода, а при заряде сульфат свинца, напротив, «отдает» сульфат-ионы в электролит.

Таким образом, во время разряда плотность электролита падает, при полном разряде между пластинами фактически остается дистиллированная вода, а во время заряда она возрастает. Тогда почему падает плотность раствора в аккумуляторе со временем, если эти процессы зеркальны?

Причина в том, что сульфат свинца, образующийся при разряде аккумуляторной батареи, не всегда полностью расходуется в ходе заряда. Особенно это заметно на морозе и после длительного пребывания батареи в разряженном состоянии: пластины покрываются сначала белыми разводами крупнокристаллического сульфата свинца, а затем эти кристаллы постепенно осыпаются вниз и в дальнейшей реакции, проходящей при зарядке, практически не участвуют.


Поэтому сульфатация пластин аккумулятора является однозначно вредным явлением. Снижается емкость аккумулятора, прочность пластин, а из-за падения плотности электролита батарея хуже набирает заряд: чем ниже плотность раствора, тем хуже проводимость. Полностью разряженный аккумулятор практически не принимает заряд – сопротивление электролита между его пластинами слишком велико.

Однако плотность может со временем и вырастать. Так как электролит – это не чистая серная кислота, а ее водный раствор, то при зарядке АКБ протекает еще одна реакция: банальный электролиз воды, малозаметный в начале цикла, но к концу идущий по нарастающей. Поэтому старые рекомендации по заряду обслуживаемых АКБ советовали дождаться «кипения» аккумулятора – резкого роста выделения кислорода и водорода в банках. Теряя воду, со временем электролит снизит свой уровень, а плотность его неизбежно возрастет – даже с учетом постепенного связывания серной кислоты на пластинах и в осыпи вода при «кипении» теряется быстрее.

Нормальная плотность электролита

Чистая серная кислота в аккумуляторах не используется – это чрезмерно опасно, значительно возрастает скорость сульфатации пластин даже при нормальной эксплуатации. Из эксплуатационных соображений плотность электролита аккумулятора выбрана такой, чтобы обеспечить возможность уверенной работы при отрицательных температурах, достаточную удельную емкость и скорость заряда.


При нормальных условиях (под которыми в физике принято понимать, среди прочего, температуру +20° С) плотность электролита в полностью заряженном аккумуляторе составляет 1,28-1,3 г/см3. Как можно видеть на приведенной иллюстрации, именно такая плотность обеспечивает наибольшую морозоустойчивость. Заодно заметно, что у полностью разряженного аккумулятора риск замерзания зимой очень велик – достаточно температуре опуститься ниже -5, как в электролите образовываются кристаллики льда.

Зимняя и летняя плотность электролита

Однако на практике измерение плотности электролита в аккумуляторе при строго заданной температуре невозможно: зимой в гараже плотность у исправного и заряженного аккумулятора увеличится, а летом, да еще и сразу после поездки, напротив, будет ниже. Поэтому принята система поправок при измерениях в зависимости от температуры аккумулятора, которая отображена в таблице ниже. :

Температура электролита, °С Поправка, г/см3
От –40 до –26 –0,04
От –25 до –11 –0,03
От –10 до +4 –0,02
От +5 до +19 –0,01
От +20 до +30 0,00
От +31 до +45 0,01

Таким образом, если Вы измеряете плотность зимой во время легкого заморозка (до -10), то у заряженного аккумулятора она должна составлять 1,3-1,32 г/см3, так как с поправкой -0,02 мы и получим «стандартные» 1,28-1,3. На жаре же уже нормой плотности  будут 1,27-1,29 г/см3.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Порядок измерения плотности аккумулятора

Для начала аккумулятор необходимо установить на ровную горизонтальную плоскость и очистить  крышку от пыли и грязи. Лучше для этого использовать ткань, смоченную слабым раствором соды, как самой доступной щелочи: она нейтрализует возможное отпотевание электролита вокруг пробок.

Теперь проверяем уровень электролита. Проще это сделать на аккумуляторах с полупрозрачными стенками – на стенках есть риски, с помощью которых можно сразу понять, находится ли уровень в пределах допустимого. Важна не только сама высота уровня, но и равномерность по банкам: там, где уровень электролита заметно меньше, возможна неисправность (негерметичность стенок или днища, быстрое «выкипание» электролита из-за его чрезмерной изначальной плотности и так далее). Если стенки у аккумулятора непрозрачные, воспользуйтесь прозрачной трубкой, опуская ее в отверстия пробок до упора в набор пластин и затыкая после этого верхний конец пальцем: вытащив трубку, Вы увидите, насколько электролит выше пластин. Нормой считается высота уровня в 10-15 мм над пластинами.

Если в какой-то банке уровень электролита ниже нормы, доведите его до нужного,  аккуратно доливая дистиллированную воду. Как мы уже писали выше, чаще всего уровень снижается из-за потери воды за счет электролиза, поэтому восполнять уровень готовым электролитом нельзя.

Перед проверкой плотности обеспечьте батарее состояние стопроцентной заряженности – подсоедините зарядное устройство до момента «кипения» или до его отключения, если используете автоматическую модель. Это нужно и для того, чтобы плотность в банке выровнялась после доливания дистиллированной воды, иначе измерение даст ошибочный результат.

Распространенный прибор для контроля плотности – это ареометр, представляющий собой прозрачную колбу с грушей для набора жидкости. Внутри этой колбы находится грузик с делениями – в набранный электролит он погрузится на высоту, зависящую от плотности аккумулятора, и риска, по которую он погрузится, и укажет на результат измерения.

Однако есть и более удобный и универсальный прибор – речь идет об оптическом рефрактометре, который способен также измерять температуру замерзания охлаждающей жидкости и «омывайки». Для измерения достаточно капнуть на нужное место из пипетки и прижать каплю прозрачным стеклом-крышкой. Посмотрев на свет через рефрактометр, вы увидите по риске плотность электролита. Это быстрее, да и точнее, чем привычный способ с ареометром.


Как повысить или понизить плотность в аккумуляторе

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе или, наоборот, понизить ее, если измерения показали, что она выходит за пределы нормы? Сразу предупредим: придется повозиться.

Для начала нужно запастись электролитом повышенной (и заранее известной!) плотности. Для удобства возьмем электролит с плотностью 1,4 г/см3 – он достаточно безопасен при работе. Далее необходимо узнать, каков объем одной банки аккумулятора, полностью слив ее в стеклянную градуированную емкость. Отнимая некоторое количество электролита и доливая заранее запасенный «крепкий» (или, наоборот, дистиллированную воду), можно соответствующим образом довести плотность до необходимой. Ориентируйтесь на следующую таблицу для объема в 1 литр:

Измеренная плотность Отбор электролита, мл Доливка электролита, мл Доливка воды, мл
1,24 252 256  
1,25 215 220  
1,26 177 180  
1,27 122 126  
1,28 63 65  
1,29      
1,30 36   38

В результате вы получите 1 литр электролита с плотностью 1,29 г/см3 – эта величина находится ровно посреди допуска.

Приведем пример: из банки слилось 0,8 литра раствора с плотностью 1,24 г/см3. Из простейшей пропорции можно вычислить, что нам нужно отлить 201 мл из этого объема и добавить 204 мл «крепкого» электролита. Почему различаются объем доливки и удаляемый объем? Любой бывалый самогонщик подскажет: раствор серной кислоты в воде, как и в случае со спиртом, меняет свой объем в зависимости от процентного соотношения компонентов, и 100 мл кислоты в смеси со 100 мл воды дадут отнюдь не 200 мл раствора.

Можно ли избежать этой возни? Естественно. Раз уж вам приходится сливать электролит из банки, то гораздо быстрее сразу залить туда свежий электролит нормальной плотности. Не помешает и промыть перед этим его дистиллированной водой: это лишний плюс для ресурса батареи.

Видео: Как правильно поднять плотность электролита в аккумуляторе

Напряжение аккумулятора и плотность электролита

ПОДБОР АККУМУЛЯТОРА ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ

ПОДБОР АККУМУЛЯТОРА ПОД АВТОМОБИЛЬ

При эксплуатации аккумулятора рано или поздно приходится сталкиваться с его обслуживанием. Обслуживание аккумулятора всегда подразумевает знакомство с понятием напряжение аккумулятора и плотность электролита.

Напряжение аккумулятора

Напряжение автомобильного аккумулятора делится на 2 типа: номинальное, фактическое и под нагрузкой. Номинальное напряжение легкового автомобильного аккумулятора равняется 12 вольт. Фактическое напряжение у полностью заряженного аккумулятора колеблется в пределах от 12,4В до 12,8В. Напряжение под нагрузкой (200А) должно быть не менее 9,5В, но как правило оно составляет у новой АКБ 10,3-10,7В. Оно при нагрузке в течении 10 секунд не должно упасть ниже минимума. Напряжение под нагрузкой измеряется для получения информации способности АКБ «держать» напряжение при запуске двигателя, то есть при потреблении стартером. Допустимым для эксплуатации является напряжение 12,5 В, что является 82% зарядки аккумуляторной батареи. Более подробно о зависимости степени зарядки АКБ от процента заряженности приведено на рисунке.

Проверка напряжения АКБ.

Для проверки напряжения аккумулятора нам необходим инструмент для измерения – вольтметр, нагрузочная вилка или мультиметр. Чтобы измерить напряжение АКБ, необходимо заглушить автомобиль, подождать 30 минут пока уйдет поверхностное напряжение и вольтметром измерить напряжение на клеммах. Чтобы измерить напряжение под нагрузкой, необходимо использовать нагрузочную вилку. Напряжение АКБ на полюсных выводах зависит от температуры электролита (в идеале надо проверять при температура 25 градусов)– таблица зависимости приведена ниже.

Проверка плотности аккумулятора.

Для проверки плотности АКБ необходимы следующие инструмента: плоская отвертка (если на каждой банке стоит пробка – отвертка должна быть большой), ареометр. Если на аккумуляторы стоит общая крышка-планка, ее необходимо аккуратно отщелкнуть для доступа к электролиту. В ареометр набрать из первой банки электролит, снять показания с меток поплавка. Как правильно снимать данные с поплавка ареометра показано на рисунке. Плотность необходимо измерять в каждой банке – они не являются сообщающимися сосудами и бывает, что плотность может колебаться в банках в пределах до 0,02. Если в одной из банок плотность электролита резко отличается от других и стремится к единице, то скорее всего в этой банке скорее произошло короткое замыкание, что является заводским дефектом и подлежит замене продавцом (хотя это может быть следствием других деффектов). Кстати, индикатор заряда, установленных на некоторых моделях АКБ работает по принипу ареометра — шарик, как и поплавок всплывает при нормальной плотности электролита. Причем это шарик, а не лампочка, как многие думают.

Плотность аккумулятора должна быть в пределах 1,26-1,28 при температуре 25 градусов Цельсия.

Повышение плотности аккумулятора.

Плотность электролита аккумулятора повышают одним единственным путем – путем зарядки аккумулятора. Доливать электролит для поднятия плотности ни в коем случае нельзя – это самый страшный бред, который могли придумать мастера-самоучки, не понимающие законов химии и физики, т. к. это приведет к ускоренному осыпанию активной массы и убьет аккумулятор. Электролит доливают только в случае, если произошло проливания электролита из АКБ, но эту процедуру лучше доверить профессионалом. Есть одно исключение – для северных регионов России (в районах с вечной мерзлотой) допускается поднятие плотности будет доливки электролита до плотности 1,30 – это делают для поднятия температуры замерзания электролита, не более. Такие аккумуляторы служат в среднем 1 год. Для теплого климата плотность электролита намерено уменьшают, чтобы продлить его срок службы.

Напряжение автомобильного аккумулятора и плотность взаимосвязаны. При повышении напряжения, плотность аккумулятора растет. 

Аккумулятор это химический источник тока, для исправной работы которого должны протекать определенные химические процессы. В процессе разряда аккумулятора, серная кислота «прилипает» к отрицательному электроду, образуя нерастворимый сульфат свинца, оставл

Очень часто от продавцов в автомагазинах можно услышать рекомендации о гибридных аккумуляторах. Так что же такое гибридный аккумулятор? Гибридный аккумулятор для автомобиля внешне не отличим от других кислотных аккумуляторов, не считая обозначения на этик

В жигулевскую эпоху завести одну машину от другой было в порядке вещей. А сейчас?


%TEXTAREA_VALUE

Сохранить Отменить

Ваш комментарий успешно добавлен и будет опубликован после просмотра модератором.

Плотность электролита в аккумуляторе — зимой и летом: таблица

Большая часть аккумуляторных батарей, которые продаются в России, относится к полуобслуживаемым. Это означает, что владелец может откручивать пробки, проверять уровень и плотность электролита и при необходимости доливать внутрь дистиллированную воду. Все кислотные АКБ, когда только поступают в продажу, заряжены, как правило, на 80 процентов. При покупке следите за тем, чтобы продавец выполнил предпродажную проверку, одним из пунктов которой является проверка плотности электролита в каждой из банок.

В сегодняшней статье на нашем портале Vodi.su мы рассмотрим понятие плотности электролита: что это такое, какой она должна быть зимой и летом, как ее повысить.

В кислотных АКБ в качестве электролита применяется раствор h3SO4, то есть серной кислоты. Плотность напрямую связана с процентным содержанием раствора — чем больше серы, тем она выше. Еще один немаловажный фактор — температура самого электролита и окружающего воздуха. Зимой плотность должна быть выше, чем летом. Если же она упадет до критической отметки, то электролит попросту замерзнет со всеми вытекающими последствиями.

Измеряется данный показатель в граммах на сантиметр кубический — г/см3. Измеряют ее при помощи простого прибора ареометра, который собой представляет стеклянную колбу с грушей на конце и поплавком со шкалой в середине. При покупке нового АКБ продавец обязан измерить плотность, она должна составлять, в зависимости от географической и климатической зоны, 1,20-1,28 г/см3. Допускается разница по банкам не более 0,01 г/см3. Если же разница больше, это свидетельствует о возможном коротком замыкании в одной из ячеек. Если же плотность одинаково низкая во всех банках, это говорит как о полном разряде батареи, так и о сульфатации пластин.

Помимо измерения плотности продавец должен также проверить, как аккумулятор держит нагрузку. Для этого применяют нагрузочную вилку. В идеале напряжение должно падать с 12 до девяти Вольт и держаться на этой отметке некоторое время. Если же оно падает быстрее, а электролит в одной из банок кипит и выделяет пар, значит от покупки этой АКБ следует отказаться.

Плотность в зимний и летний период

Более детально данный параметр для вашей конкретной модели АКБ нужно изучить в гарантийном талоне. Созданы специальные таблицы для различных температур, при которых электролит может замерзнуть. Так, при плотности 1,09 г/см3 замерзание происходит при -7°С. Для условий севера плотность должна превышать 1,28-1,29 г/см3, ведь при таком показателе температура его замерзания составляет -66°С.

Плотность обычно указывают для температуры воздуха +25°С. Она должна составлять для полностью заряженной батареи:

  • 1,29 г/см3 — для температур в пределах от -30 до -50°С;
  • 1,28 — при -15-30°С;
  • 1,27 — при -4-15°С;
  • 1,24-1,26 — при более высоких температурах.

Таким образом, если вы эксплуатируете автомобиль в летний период в географических широтах Москвы или Санкт-Петербурга, плотность может быть в пределах 1,25-1,27 г/см3. Зимой же, когда температуры опускаются ниже -20-30°С, плотность повышается до 1,28 г/см3.

Обратите внимание, что “повышать” ее искусственно никак не нужно. Вы попросту продолжаете пользоваться своим автомобилем в обычном режиме. А вот если АКБ быстро разряжается, имеется смысл провести диагностику и при необходимости поставить на зарядку. В случае же, если машина долго стоит на морозе без работы, АКБ лучше снять и унести в теплое место, иначе он от длительного простоя попросту разрядится, а электролит начнет кристаллизоваться.

Практические советы по эксплуатации АКБ

Самое основное правило, которое следует запомнить, — в батарею ни в коем случае нельзя заливать серную кислоту. Повышать плотность таким образом вредно, так как при повышении активизируются химические процессы, а именно сульфатации и коррозии, и уже через год пластины станут полностью ржавыми.

Регулярно проверяйте уровень электролита и при его падении доливайте дистиллированную воду. Затем АКБ нужно либо поставить на зарядку, чтобы кислота смешалась с водой, либо зарядить АКБ от генератора во время длительной поездки.

Если машину ставите «на прикол», то есть некоторое время не используете ее, то, даже если среднесуточные температуры опускаются ниже нуля, нужно позаботиться о том, чтобы АКБ был полностью заряжен. Это минимизирует риск замерзания электролита и разрушения свинцовых пластин.

При падении плотности электролита увеличивается его сопротивление, из-за чего, собственно, и затруднен запуск двигателя. Поэтому прежде, чем завести мотор, прогрейте электролит, включив на некоторое время фары или другое электрооборудование. Не забывайте также проверять состояние клемм и очищать их. Из-за плохого контакта пускового тока недостаточно для создания нужного крутящего момента.


Приготовление электролита для аккумуляторных батарей

Какова зависимость плотности электролита от климатической зоны?

Электролит приготовляется путём разведения аккумуляторной серной кислотыплотностью 1,83-1,84 г/см3 (ГОСТ 667–73) в дистиллированной воде с допустимыми примесями.

Химическая чистота электролита оказывает существенное влияние наработоспособность и срок службы батарей. Загрязнение электролита такими вредными примесями, как железо, марганец, хлор и другие, приводит к повышенному саморазряду батарей, снижению отдаваемой ёмкости, разрушению электродов ипреждевременному выходу батареи из строя. Поэтому для приготовления электролита запрещается применять техническую серную кислоту и загрязненную (недистиллированную) воду. При приготовлении электролита, приведении батарей в рабочее состояние и техническом обслуживании батарей в процессе эксплуатациинеобходимо пользоваться только специальной посудой (стойкой к действию серной кислоты) и соблюдать чистоту.

В исключительных случаях при отсутствии дистиллированной воды для приготовления электролита допускается использование снеговой или дождевой воды, предварительно профильтрованной через чистое полотно для очистки от механических загрязнений. Нельзя собирать воду с железных крыш и в железные сосуды.

Электролит следует готовить в стойкой к действию серной кислоты посуде (эбонитовой, фаянсовой, керамической и т.п.), соблюдая при этом особую осторожность и правила техники безопасности. Применение железной, медной или цинковой посуды категорически запрещается!

Аккумуляторные батареи в зависимости от климатической зоны заливаются электролитом, имеющим плотность, указанную в графе 4 таблицы №1: «Плотность электролита при приведении аккумуляторных батарей в рабочее состояние с учётом климатических зон». Электролит требуемой плотности может быть приготовлен непосредственно из кислоты плотностью 1,83-1,84 г/см3 и дистиллированной воды. Однако при непрерывном вливании кислоты в воду происходит сильный разогрев раствора (80-90°C) и требуется длительное время для его остывания. Поэтому для приготовления электролита требуемой плотности более удобно применять раствор кислоты промежуточной плотности 1,40 г/см3, так как в этом случае значительносокращается время охлаждения электролита.

Раствор серной кислоты плотностью 1,40 г/см3, приведённой к 25°C, должен готовиться заранее и после охлаждения храниться в стеклянной или полиэтиленовой посуде.

Количество воды, кислоты или её раствора плотностью 1,40 г/см3, необходимое для приготовления 1 л электролита, указано в таблице №2: «Количество дистиллированной воды, кислоты или её раствора плотностью 1,40 г/см3, необходимое для приготовления 1 л электролита требуемой плотности при температуре 25°C».

Таблица №1:
Плотность электролита при приведении аккумуляторных батарей в рабочее состояние с учётом климатических зон

Климатические зоны и районы Средняя месячная температура воздуха в январе, °C Время года Плотность электролита, приведённая к 25°C, г/см3
заливаемого полностью заряженной батареи
1 2 3 4 5
очень холодная от –50 до –30 зима 1,28 1,30
лето 1,24 1,26
холодная от –30 до –15 круглый год 1,26 1,28
умеренная от –15 до –4 круглый год 1,24 1,26
тёплая и влажная от +4 до + 6 круглый год 1,20 1,22
жаркая от –15 до +4 круглый год 1,22 1,24
Примечание: Допускаются отклонения плотности электролита на ±0,01 г/см3.

Расчёт проводится в такой последовательности: определяется общий объём электролита для заливки нужного числа батарей, затем подсчитывается количество дистиллированной воды и раствора кислоты плотностью 1,40 г/см3, нужное для приготовления электролита заданной плотности для заливки всех батарей.

Таблица №2:
Количество дистиллированной воды, кислоты или её раствора плотностью 1,40 г/см3, необходимое для приготовления 1 л электролита требуемой плотности при температуре 25°C

Требуемая плотность электролитаг/см3 Количество воды, л Количество серной кислоты плотностью 1,83 г/см3 Количество воды, л Количество раствора серной кислоты
плотностью
1,40 г/см3, л
л кг
1,20 0,859 0,200 0,365 0,547 0,476
1,21 0,849 0,211 0,385 0,519 0,500
1,22 0,839 0,221 0,405 0,491 0,524
1,23 0,829 0,231 0,424 0,465 0,549
1,24 0,819 0,242 0,444 0,438 0,572
1,25 0,809 0,253 0,464 0,410 0,601
1,26 0,800 0,263 0,484 0,382 0,624
1,27 0,791 0,274 0,503 0,357 0,652
1,28 0,781 0,285 0,523 0,329 0,679
1,29 0,772 0,295 0,541 0,302 0,705
1,31 0,749 0,319 0,585 0,246 0,760
Примечания:
1). Если требуется приготовить электролита больше или меньше одного литра, необходимо взять количество воды и кислоты или раствора, кратное или долевое к указанному в таблице. Например, для приготовления 5 л электролита количество воды и кислоты, приведённое в таблице, нужно умножить на 5, а для приготовления 0,5 л – умножить на 0,5.
2). Аккумуляторная серная кислота учитывается на складах и выдаётся потребителям не в литрах, а в килограммах, поэтому при составлении заявки и получении кислоты со склада надо знать потребное её количество в килограммах. Можно также определить нужное количество кислоты в килограммах, умножив рассчитанное её количество в литрах на 1,83.
При возникновении сомнений относительно температуры замерзания электролита обратитесь к таблице №3

Таблица №3:
Температура замерзания электролита

Плотность электролита
при 25°C, г/см3
Температура
замерзания, °C
Плотность электролита
при 25°C, г/см3
Температура
замерзания, °C
1,09 –7 1,22 –40
1,10 –8 1,23 –42
1,11 –9 1,24 –50
1,12 –10 1,25 –54
1,13 –12 1,26 –58
1,14 –14 1,27 –68
1,15 –16 1,28 –74
1,16 –18 1,29 –68
1,17 –20 1,30 –66
1,18 –22 1,31 –64
1,19 –25 1,32 –57
1,20 –28 1,33 –54
1,21 –34 1,40 –37

Заливка батарей электролитом

Температура электролита, заливаемого в аккумуляторные батареи, должна быть не выше 30°C и не ниже 15°C. Непосредственно перед заливкой электролита вывёртывают вентиляционные пробки и удаляют детали или элементы пробки, герметизирующие вентиляционные отверстия. Если в горловине под пробкой имеется герметизирующий диск, его необходимо удалить. Затем постепенно, небольшой струёй заливают электролит до тех пор, пока поверхность электролита не коснётся нижнего торца тубуса горловины крышки.

Завышенная плотность электролита приводит к снижению срока службы аккумулятора.
Заниженная плотность электролита приводит к снижению ЭДС и затруднению пуска двигателя, а также к повышению опасности замерзания электролита в зимний период эксплуатации.

Инструкция по заряду аккумуляторной батареи

30 октября

Предлагаем Вам краткую инструкцию по заряду обслуживаемой свинцово-кислотного стартерного аккумулятора.

Данную процедуру лучше всего производить в конце лета, начало осени.

Соблюдайте последовательность, очередность не нарушать!

  1. Отсоедините «минусовую» клемму а потом «плюсовую» клемму с аккумулятора. Занесите аккумулятор в помещение с температурой +18гр.с. и дождитесь пока температура аккумуляторной батареи будет такой же как и в помещении. Именно при такой температуре производится замер плотности электролита и заряд аккумуляторной батареи.
  2. Заряд должен производится в хорошо проветриваемом помещении в дали от источников открытого огня, нагревательных приборов, открытых линий электропередач, вне доступа детей.
  3. Вскройте все банки у аккумуляторной батареи, проверьте уровень, он должен быть выше на 10-15мм верхнего уровня пластин, или по меткам Min-Max на аккумуляторе.
  4. В случае если аккумулятор у Вас не переворачивался, не опрокидывался и не было течи электролита, но в банках видны пластины не скрытые электролитов, долейте воды, что бы она слегка скрыла пластины.
  5. Поставьте аккумулятор на заряд. Сила зарядного тока для стартерных АКБ должна составлять не более 10% её ёмкости. Пример: аккумулятор 75ач. т.е. максимальный ток заряда 7,5ампер. Меньше можно, больше нельзя.
  6. Аккумуляторная батарея считается полностью заряженной, если на протяжении последних двух часов заряд плотность электролита и напряжение на клеммах не изменяется. В данном случае аккумулятор набрал максимально возможную для его состояния ёмкость.
  7. По завершению заряда еще раз проверьте уровень и плотность электролита, желательно довести его до отметки Maх или 15мм выше верхнего уровня пластин, дисциллированной водой. Нормальная плотность для средних широт должна составлять 1,27, для южных регионов допускается 1,25-1,24, для северных 1,30-1,32.
  8. Следует помнить в случае если после заряда плотность электролита низкая, значит аккумулятор потерял емкость. Как определить остаточную ёмкость?- каждая сотка падения плотности -6% ёмкости. Допустим, нормальная плотность 1,27 после заряда, доведения до уровня дисциллированной водой плотность стала 1,23, падение составило 0,04. Сотку умножаем на коэффициент падения. 4*6%= 24%. Мы имеем остаточную ёмкость 76% от первоначальной ёмкости аккумулятора. Если остаточная ёмкость 60% и менее, аккумулятор считается не работоспособным. Доведение плотности электролита с помощью концентрированной аккумуляторной кислоты к увеличению ёмкости не приведет.
  9. После все процедур, плотно установите крышки банок на место, очистите контакты аккумулятора и клеммы автомобиля от отложений и окиси, протрите аккумулятор слабым раствором воды и пищевой соды, установите на место.
  10. Не наносите смазки, такие как, солидол на клеммы перед установкой, помните, данная смазка является диэлектриком и не пропускает электрический ток. Лучше всего нанести специальную токопроводящую смазку на клеммы после монтажа и затяжки клемм на выводах аккумулятора или не наносить никакх смазок, если специальных у Вас нет. При установке сначала подключите клемму «плюс», только потом «минус».
  11. Вы должны знать, что по мере разряда, снижения ёмкости аккумулятора, падает плотность электролита, а значит уменьшается температура застывания. Таблица представлена ниже.
  12. Ни в коем случае не повышайте плотность выше чем рекомендовано для вашего региона, высока плотность приведет к разрушению пластин и преждевременному выходу из строя аккумулятора.

 

Надеемся, что данная информация была для Вас полезна.

‹ Вернуться к разделу

Плотность накопления энергии

Плотность накопления энергии

Engineering ToolBox — ресурсы, инструменты и базовая информация для проектирования и разработки технических приложений!

поиск — самый эффективный способ навигации по Engineering ToolBox!

Плотность энергии — по весу и объему — для некоторых способов хранения энергии

Накопление энергии Типичная плотность энергии
(кДж / кг)
(МДж / м 3 )
Тепловая энергия, низкая температура Вода, разница температур 100 o C до 40 o C 250 250
Камень или камни, разница температур 100 o C до 40 o C 40-50 100-150
Железо, разница температур 100 o C до 40 o C 30 230
Тепловая энергия, высокая температура Камень или камни, разница температур от 400 o C до 200 o C 160 430
Железо, разница температур от 400 o C до 200 o C 100 800
Обычное топливо Энергия Сырая нефть 42000 37000
Уголь 32000 42000
Сухая древесина 12500 — 20000 10000 — 16000
Синтетическое топливо Энергия Водород, газ 120000 — 142000 10
Водород, жидкость 120000 — 142000 8700
Метанол 21000 17000
Этанол 28000 22000
Электрохимическая энергия Свинцово-кислотные батареи 40-140 100 — 900
Никель-кадмиевые батареи 350 350
Литий ионные батареи 700 1400
Механическая энергия Гидроэнергетика, напор 100 м 1 1
Сжатый воздух 15
Маховик, сталь 30 — 120 240 — 950
Маховик, композитные материалы > 200 > 100

Связанные темы

Связанные документы

Поиск по тегам

  • en: Вес накопителя плотности энергии

Перевести эту страницу на

О Engineering ToolBox!

Мы не собираем информацию от наших пользователей.В нашем архиве хранятся только письма и ответы. Файлы cookie используются в браузере только для улучшения взаимодействия с пользователем.

Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложений на локальном компьютере. Эти приложения — из-за ограничений браузера — будут отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.

Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочтите Условия использования Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.

AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста, прочтите AddThis Privacy для получения дополнительной информации.

Цитирование

Эту страницу можно цитировать как

  • Engineering ToolBox, (2008). Плотность накопления энергии . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engineeringtoolbox.com/energy-de density-d_1362.html [день доступа, мес. год].

Изменить дату доступа.

. .

закрыть

Научный онлайн-калькулятор

6 3

.

Какова плотность энергии у литий-ионной батареи?

Что такое плотность энергии батареи?

Плотность энергии — это мера того, сколько энергии содержится в батарее по отношению к ее весу. Это измерение обычно выражается в ватт-часах на килограмм (Втч / кг). Ватт-час — это единица измерения электрической энергии, которая эквивалентна потреблению одного ватта за один час.

Плотность мощности — это мера того, насколько быстро может быть доставлена ​​энергия, а не количество доступной накопленной энергии.Плотность энергии часто путают с плотностью мощности, поэтому важно понимать разницу между ними.

Зачем вам аккумулятор с высокой плотностью энергии?

Чтобы лучше понять литий-ионные батареи, вы должны понять, почему высокая плотность энергии является желательной характеристикой батареи.

Аккумулятор с высокой плотностью энергии имеет большее время работы от аккумулятора по сравнению с размером аккумулятора. В качестве альтернативы аккумулятор с высокой плотностью энергии может выдавать такое же количество энергии, но занимает меньшую площадь по сравнению с аккумулятором с более низкой плотностью энергии.Это значительно расширяет возможности аккумуляторных приложений.

При заводских или складских настройках аккумуляторы для вилочных погрузчиков могут весить тысячи фунтов. Легкий аккумулятор для вилочных погрузчиков дает некоторые преимущества с точки зрения безопасности и обслуживания.

Если плотность энергии батареи слишком высока, это может представлять угрозу безопасности. Когда в ячейку упаковано больше активного материала, увеличивается риск теплового события.

Какой тип аккумуляторной батареи имеет самую высокую плотность энергии?

Существует несколько различных типов аккумуляторных батарей с различной плотностью энергии, отражающей их внутренний химический состав.

  • Плотность энергии свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 30-50 Втч / кг
  • Плотность энергии никель-кадмиевых батарей составляет 45-80 Втч / кг
  • Плотность энергии никель-металлогидридных батарей составляет 60-120 Втч / кг
  • Плотность энергии литий-ионного аккумулятора составляет от 50 до 260 Втч / кг

Типы литий-ионных батарей и их удельная энергия

Литий-ионные батареи часто объединяются в группу батарей, каждая из которых содержит литий, но их химический состав может сильно различаться и, как следствие, разной производительности.

Большинство типов литий-ионных аккумуляторов имеют аналогичную конструкцию катода с алюминиевой подложкой, угольного или графитового анода с медной подложкой, сепаратора и электролита из литиевой соли в органическом растворителе.

Производители экспериментировали с материалами, из которых изготовлены катод и анод. Они также изменили состав электролита. Эти различия являются причиной того, что литий-ионные батареи различаются по уровню плотности энергии.

Теперь мы рассмотрим самые популярные химические составы литий-ионных аккумуляторов, а также их соответствующие плотности энергии, варианты использования, преимущества и недостатки.

Industry Titans: Литий-титанатные (LTO) батареи

Аккумулятор LTO является одним из старейших типов литий-ионных аккумуляторов и имеет плотность энергии на нижней стороне, как у литий-ионных аккумуляторов, около 50-80 Втч / кг.

В этих батареях титанат лития используется в аноде вместо углерода, что позволяет электронам входить и выходить из анода быстрее, чем в других типах литий-ионных батарей.

Такая конструкция позволяет батареям LTO заряжаться намного быстрее и безопасно выдерживать большие токи, но низкая плотность энергии делает их плохо подходящими для погрузочно-разгрузочного оборудования.

Они, как правило, более дорогие и обычно используются для электромобилей, автомобильных аудиоприложений и мобильных медицинских устройств.

Высокая энергия, высокий риск: литий-кобальтовые батареи (LCO)

Литий-кобальтооксидные батареи

имеют высокую удельную энергию 150-200 Втч / кг. Их катод состоит из оксида кобальта с типичным углеродным анодом со слоистой структурой, которая перемещает ионы лития от анода к катоду и обратно.

Эти типы батарей популярны из-за их высокой плотности энергии и обычно используются в сотовых телефонах, ноутбуках и, в последнее время, в электромобилях.

Кобальт — очень энергоемкий материал, но он может быть дорогим. Поскольку спрос на электромобили возрастает, этот ресурс быстро истощается. Фактически, вскоре мир может столкнуться с нехваткой кобальта.

Кобальт также очень летуч. Литий-кобальтовые батареи не выдерживают больших токов из-за риска перегрева, что представляет собой значительный риск для безопасности.Аккумуляторы LCO имеют более низкую термическую стабильность, что означает, что они очень чувствительны к более высоким рабочим температурам и перезарядке.

Производительность по цене: литий-никель-марганец-кобальтовые батареи (NMC)

Литий-никель-марганцево-кобальтооксидные батареи

также обладают высокой плотностью энергии — 150-220 Втч / кг. Они используют кобальт в катоде так же, как батареи LCO, но они также содержат никель и марганец для повышения стабильности.

Аккумуляторы

NMC используются сегодня в большинстве производимых электромобилей, но также используются в медицинских устройствах и электровелосипедах.

Секрет успеха этой батареи заключается в ее хорошо сбалансированном химическом составе; Никель, как известно, является энергоемким, но нестабильным, как и кобальт, в то время как марганец более стабилен, но также имеет более низкую плотность энергии. Конкретное соотношение различных элементов варьируется в зависимости от производителя, но добавление никеля обычно предназначено для уменьшения количества дорогостоящего кобальта.

Батареи

NMC могут выдерживать большие токи заряда и больший диапазон температур, чем батареи LCO.Однако, поскольку батарея по-прежнему содержит кобальт, стоимость увеличивается из-за дефицита на рынке.

Доступное, безопасное и надежное: литий-железо-фосфатные батареи (LFP)

Аккумуляторы

LFP обладают высокой плотностью энергии 90–160 Втч / кг. Хотя это меньше, чем у некоторых кобальтовых батарей, он по-прежнему остается одним из самых высоких среди всех типов батарей.

В батареях

LFP используется фосфат железа для катода и графитовый электрод в сочетании с металлической подложкой для анода.

Литий-фосфат железа или LiFePO4 — это природный минерал, недорогой, нетоксичный и обладающий хорошей термической стабильностью и высокой плотностью энергии.

Аккумуляторы

LFP идеально подходят для тяжелого оборудования и промышленных сред, поскольку они способны выдерживать большие нагрузки и широкий диапазон температур. Они появились как новый вариант для вилочных погрузчиков и другого тяжелого электрического оборудования, которое требует высокого уровня надежности и исторически использует свинцово-кислотные батареи.

Литий-ионная батарея Тип

Плотность энергии ( Вт ч / кг)

Плюсы

Минусы

Титанат лития (LTO)

50-80

Долговечность, стабильность

Низкая плотность энергии, дороже

Оксид лития-кобальта (LCO)

150-200

Высокая плотность энергии

Неустойчивый и дорогой

Литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC)

150-220

Высокая плотность энергии

Безопаснее, чем LCO, но все же относительно нестабильно и дорого

Литий-фосфат железа (LFP)

90–160

Средняя-высокая плотность энергии

Стабильная, долговечная и более высокая удельная энергия

Все типы литий-ионных аккумуляторов уникальны.Крайне важно понимать, какой литий-ионный химический состав лучше всего подходит для вашего приложения.

Если вы ищете лучший аккумулятор для погрузочно-разгрузочного оборудования, литий-железо-фосфатный аккумулятор, вероятно, станет лучшим выбором. Все блоки Flux Power LiFT сконструированы исключительно с элементами LFP, поскольку они обеспечивают наилучший баланс между безопасностью и производительностью.

Плотность энергии и удельная энергия батареи

Введение в плотность энергии (по весу и объему) Плотность энергии , , , батареи обычно выражается двумя способами: в форме гравиметрической плотности энергии , и как объемной плотности энергии , .Гравиметрическая плотность энергии или Удельная энергия батареи является мерой того, сколько энергии содержит батарея по сравнению с ее весом, и обычно выражается в ватт-часах на килограмм (Вт-час / кг) . Объемная плотность энергии или плотность энергии батареи является мерой того, сколько энергии содержит батарея по сравнению с ее объемом, и обычно выражается в Вт-часах / литр (Вт-час / л) .На рис.1 показаны гравиметрическая плотность (удельная энергия) и объемная плотность (удельная энергия) трех батарей.
ТИП ЯЧЕЙКИ NI-MH НИ-CD литий-ионный
ГРАВИМЕТРИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ (Вт-час / кг) удельная энергия 55 50 90
ОБЪЕМНАЯ ПЛОТНОСТЬ (Вт-час / л) Плотность энергии 180 140 210
РИС.1.СРАВНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЭНЕРГИИ (источник: www.ti.com) Как видно на рис. 1, Li-Ion имеет лучшую гравиметрическую плотность по сравнению со значениями Ni-Cd и Ni-MH . Это означает, что устройства, работающие от литий-ионных аккумуляторов, можно сделать намного легче, не жертвуя временем работы. Кроме того, при сохранении веса батареи время работы увеличится вдвое, если используются литий-ионные батареи. Из-за этого преимущества химия Li-Ion быстро вытесняет Ni-MH в сотовых телефонах и ноутбуках.
Удельная энергия и объемная плотность энергии — критический параметр в фотоэлектрических системах Плотность энергии — одна из многих характеристик батарей, используемых в основном для сравнения одного типа аккумуляторной системы с другим. Плотность энергии является функцией веса батареи, а объемная плотность энергии (в Вт · ч / литр3) — функцией объема батареи. Батарея с более высокой плотностью энергии будет легче, чем батарея аналогичной емкости с более низкой плотностью энергии .Говоря о портативных системах, плотность энергии является критическим параметром, но в обычных фотоэлектрических системах , которые обеспечивают питание стационарного объекта, плотность энергии может быть менее важной. Однако, поскольку транспортировка аккумуляторов в удаленные места обходится дорого, аккумулятор с высокой плотностью энергии обычно является преимуществом.
Плотность энергии не совпадает с плотностью мощности Плотность мощности обычно указывается в единицах Вт / л или Вт / кг и не следует путать с плотностью энергии , которая выражается как Втч / л или Втч / кг .Чтобы лучше объяснить это, Плотность энергии подразумевает, сколько энергии может удерживать батарея . Чем выше плотность энергии, тем меньше время работы от батареи. Примером является литий-ионная химия. С другой стороны, плотность мощности означает, сколько энергии батарея может выдать по запросу. Основное внимание уделяется скачкам мощности, таким как бурение, а не времени работы. Примером является химия на основе никеля. Бутылка с водой Аналогия для объяснения плотности энергии и плотности мощности Размер бутылки аналогичен плотности энергии, а носик аналогичен плотности энергии.Большая бутылка может нести много воды (плотность энергии), в то время как большое отверстие (плотность мощности) может быстро ее опустошить. Большая бутылка с большим отверстием — идеальное и лучшее сочетание.
Стоимость батареи соответствует значениям плотности энергии Стоимость — важный фактор при выборе аккумулятора. В приведенной ниже таблице представлены стоимость ватт-часа, удельная энергия, т. Е. Ватт-часы на кг, и плотность энергии, т. Е. Ватт-часы / литр для различных типов батарей.
Аккумулятор Тип Стоимость $ за ватт-час Втч / кг Втч / литр
Свинцово-кислотный 0,17 доллара США 41 100
Щелочные с длительным сроком службы 0,19 долл. США 110 320
Углерод-цинк $ 0.31 36 92
NiMH $ 0,99 95 300
никель-кадмиевые $ 1,50 39 140
Литий-ионный $ 0,47 128 230
Мы видим, что свинцово-кислотные аккумуляторные батареи возглавляют список недорогих. Литий-ионный аккумулятор является лидером по плотности энергии и стоит $ 0,47 за Вт-ч.
Плотность энергии Сравнение размеров и веса Приведенная ниже сравнительная таблица батарей показывает объемный (т.е.е. плотность энергии) и удельные плотности энергии, показывающие меньшие размеры и меньший вес ячеек.
Рисунок 2: Плотность энергии батареи (источник: www.epectc.com)
Достижения в области плотности энергии и удельной энергии в 2019 году
Аккумулятор Licerion от Sion power: Компания Sion Power разработала технологию , которая значительно улучшила энергию и срок службы перезаряжаемых литий-металлических батарей.Более легкие и энергоемкие батареи всегда пользовались спросом и привели к исследованиям и разработкам, проводимым командой Sion Power для создания аккумуляторной батареи Licerion®. Батареи Licerion устанавливают новый стандарт для литиевых батарей, предлагая наивысшее сочетание плотности энергии и удельной энергии. Этот ультратонкий металлический литий-ионный аккумулятор имеет плотность энергии и удельную энергию 500 Втч / кг и 1000 Втч / л.

Оптимизация максимальной удельной плотности энергии литий-ионной батареи с использованием метода поверхности с прогрессивным квадратичным откликом и плана экспериментов

Литий-ионные батареи (LIB) широко используются в качестве перезаряжаемых батарей из-за их высокой теоретической плотности энергии и длительного срока службы.Спрос на LIB большой мощности и емкости резко вырос из-за растущего спроса на электромобили и устройства хранения энергии 1,2,3 . Чтобы удовлетворить эту тенденцию, необходимо повысить плотность энергии LIB. Для этого исследуются и разрабатываются новые электродные материалы. Однако разработка новых электродных материалов требует значительного времени и усилий; поэтому многие исследователи в настоящее время проводят исследования по этому же вопросу.

Таким образом, одним из способов снижения затрат на исследования и разработки является оптимизация конструктивных параметров существующих электродных материалов, таких как пористость и толщина, для увеличения мощности и емкости LIB 4,5,6,7,8,9 , 10,11,12,13,14,15 .Крайне важно оптимизировать переменные конструкции для достижения целевой производительности, потому что мощность и емкость имеют компромиссное соотношение. Однако взаимосвязь между конструктивными параметрами и характеристиками литий-ионных батарей очень нелинейна; поэтому их сложно сконструировать экспериментально. Чтобы преодолеть эти трудности, оптимизация с использованием численных моделей, учитывающих электрохимические реакции, является эффективным методом. Недавние исследования были проведены для оптимизации переменных конструкции элементов с использованием численных моделей для проектирования батарей большой мощности / большой емкости 4 .

Ранее Ньюман провел параметрическое исследование с использованием графика Рагона, чтобы максимизировать удельную плотность энергии батареи 5,6,7,8,9,10,11 . График Рагона — это простой график, который показывает взаимосвязь между удельной энергией и удельной мощностью клетки. Дойл и др. разработал электрохимическую модель для прогнозирования характеристик заряда и разряда батареи с использованием теории пористого электрода и теории концентрированного раствора. Это послужило основой для последующих исследований по оптимизации LIB 5 .В ходе параметрического исследования Дойл и Ньюман сравнили удельную плотность энергии ячеек, состоящих из электродов разной толщины, пористости и электролитов, и предложили оптимизированный элемент, используя график Рагона 6,7,8 . Шринивасан и Ньюман оптимизировали пористость и толщину положительного электрода для различных скоростей C, сохранив при этом соотношение емкостей двух электродов, толщину и пористость сепаратора, а также пористость отрицательного электрода 9 .Christensen et al. оптимизировали толщину и пористость отрицательных электродов из титаната лития (LTO) для электромобилей и использовали график Рагона для прогнозирования энергетических характеристик 10 . Стюарт и др. улучшен график Рагона с учетом импульсных характеристик гибридного электромобиля (HEV) и оптимизировано удельное отношение мощности к энергии аккумуляторного элемента HEV 11 . Appiah et al. оптимизировали толщину и пористость LiNi 0,6 Co 0,2 ​​ Mn 0.2 O 2 катод с помощью параметрического исследования с использованием графика Рагона 12 . Однако получение оптимальных переменных с использованием графика Рагона и параметрического исследования может быть дорогостоящим в вычислительном отношении; поэтому необходимы исследования с использованием методов численной оптимизации.

Например, Xue et al. отобрали 12 проектных переменных, включая пористость электрода, коэффициент диффузии и различные коэффициенты углерода, и рассчитали градиент с помощью метода комплексной ступенчатой ​​аппроксимации. Затем они оптимизировали удельную плотность энергии, используя методы последовательного квадратичного программирования 13 .Golmon et al. разработала многомасштабную модель батареи, которая дополнительно учитывала микромасштаб, использовала сопутствующий анализ чувствительности для расчета градиента и оптимизировала емкость батареи 14 . Чанхонг Лю и Линь Лю оптимизировали потерю емкости аккумулятора с помощью алгоритма на основе градиента, называемого поиском нескольких начальных точек, и улучшили потерю емкости аккумулятора на 22%. 15 . Однако оптимизация на основе градиента — сложный процесс, требующий различных этапов вычислений и времени.Более того, он чувствителен к числовому шуму, и результаты оптимизации сходятся к локальному оптимуму 16 .

Чтобы избежать недостатков оптимизации на основе градиента, исследователи изучили множество алгоритмов, не требующих вычисления градиента 17,18,19 . Среди них метод поверхности с прогрессивным квадратичным откликом (PQRSM) является одним из методов последовательной приближенной оптимизации (SAO), который может быть эффективно применен к нелинейным задачам без градиентных вычислений 20 .Кроме того, PQRSM применяет алгоритм доверительной области, который гарантирует слабую глобальную сходимость и имеет низкую вероятность сходимости по локальному оптимуму 21,22,23 . Кроме того, в отличие от параметрического исследования с использованием графика Рагона, которое требует сотен симуляций для анализа одной ячейки, PQRSM требует меньше вычислений для получения оптимальных результатов. Для этих преимуществ PQRSM использовался в различных областях техники; однако он никогда не применялся для оптимизации LIB 24,25 .

В этом исследовании оптимизация максимальной удельной плотности энергии ячейки LIB выполняется с использованием плана экспериментов, PQRSM и электрохимической модели LIB, которая используется для расчета удельной плотности энергии и удельной плотности мощности. Во-первых, был проведен план экспериментов (DOE) для анализа чувствительности восьми факторов конструкции ячейки, включая толщину анода, толщину катода, толщину сепаратора, пористость анода, пористость катода, пористость сепаратора, размер частиц анода и размер частиц катода.Расчетные факторы, чувствительные к удельной плотности энергии и удельной плотности мощности, были выбраны в качестве проектных переменных посредством анализа чувствительности DOE. PQRSM, который гарантирует слабую глобальную сходимость и не требует вычисления градиента, использовался в качестве алгоритма оптимизации для максимизации удельной плотности энергии LIB. После оптимизации различия в удельной плотности энергии и удельной плотности мощности исходной и оптимизированной ячейки сравнивались с помощью разряда постоянного тока.Это подтвердило превосходство оптимизированного результата дизайна.

Мощный литий-ионный аккумулятор на основе кобальта — Battery University

ПРИМЕЧАНИЕ : Эта статья заархивирована . Пожалуйста, прочтите наши новые «Типы литий-ионных аккумуляторов» для получения обновленной версии.


Большинство литий-ионных аккумуляторов для портативных устройств изготовлены на основе кобальта. Система состоит из положительного электрода из оксида кобальта (катода) и угольного графита в отрицательном электроде (аноде).Одним из главных преимуществ кобальтовой батареи является высокая удельная энергия. Длительный срок службы делает этот химический состав привлекательным для мобильных телефонов, ноутбуков и фотоаппаратов.

Широко используемый литий-ионный кобальт имеет недостатки; он обеспечивает относительно низкий ток разряда. Высокая нагрузка может привести к перегреву упаковки и нарушению ее безопасности. Схема безопасности кобальтовой батареи обычно ограничивается скоростью заряда и разряда около 1С. Это означает, что аккумулятор 18650 емкостью 2400 мАч можно заряжать и разряжать только с максимальным током 2.4А. Еще один недостаток — увеличение внутреннего сопротивления, которое происходит при езде на велосипеде и старении. После 2–3 лет использования аккумулятор часто выходит из строя из-за большого падения напряжения под нагрузкой, вызванного высоким внутренним сопротивлением. Рисунок 1 иллюстрирует кристаллическую структуру оксида кобальта.
Рисунок 1: Катодный кристаллический оксид лития-кобальта имеет «слоистую» структуру . Ионы лития показаны связанными с оксидом кобальта.Во время разряда ионы лития перемещаются от катода к аноду. При зарядке поток меняется на противоположный.
В 1996 году ученым удалось использовать оксид лития-марганца в качестве катодного материала. Это вещество образует трехмерную структуру шпинели, которая улучшает поток ионов между электродами. Высокий поток ионов снижает внутреннее сопротивление и увеличивает нагрузочную способность. Сопротивление остается низким при езде на велосипеде, однако батарея стареет, и общий срок службы такой же, как у кобальта.Шпинель обладает высокой термической стабильностью и требует меньше схем безопасности, чем кобальтовая система. Низкое внутреннее сопротивление ячейки является ключом к высокой производительности. Эта характеристика способствует быстрой зарядке и сильноточной разрядке. Литий-ионный аккумулятор на основе шпинели в элементе 18650 может разряжаться при 20-30 А с незначительным тепловыделением. Допускаются короткие односекундные импульсы нагрузки, в два раза превышающие указанный ток. Невозможно предотвратить некоторое нагревание, и температура ячейки не должна превышать 80 ° C.
Рис. 2: Кристаллический катод
оксида лития-марганца
имеет
«трехмерную каркасную структуру».
Эта структура шпинели, которая обычно состоит из алмазов, соединенных в решетку, появляется после первоначального образования. Эта система обеспечивает высокую проводимость, но более низкую плотность энергии.

Шпинельный аккумулятор тоже имеет слабые места. Одним из наиболее существенных недостатков является меньшая емкость по сравнению с системой на основе кобальта.Spinel обеспечивает примерно 1200 мАч в корпусе 18650, что примерно вдвое меньше, чем у кобальтового эквивалента. Несмотря на это, шпинель по-прежнему обеспечивает плотность энергии примерно на 50% выше, чем у эквивалента на основе никеля.
Рисунок 3: Формат ячейки 18650.
Размеры этой обычно используемой ячейки: 18 мм в диаметре и 65 мм в длину.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы еще не достигли полной зрелости, и технология постоянно совершенствуется.Анод в современных элементах состоит из смеси графита, а катод — из комбинации лития и других металлов. Следует отметить, что все материалы в батарее имеют теоретическую плотность энергии. Литий-ионный анод хорошо оптимизирован, и в плане конструктивных изменений можно получить незначительные улучшения. Катод, однако, может быть усовершенствован. Поэтому исследования аккумуляторов сосредоточены на материале катода. Другая часть, у которой есть потенциал, — это электролит.Электролит служит реакционной средой между анодом и катодом.

В аккумуляторной промышленности увеличивается емкость на 8-10% в год. Ожидается, что эта тенденция сохранится. Это, однако, далеко от закона Мура, который определяет удвоение количества транзисторов на кристалле каждые 18–24 месяца. Перевод этого увеличения на батарею означал бы удвоение емкости каждые два года. Вместо двух лет литий-ионный удвоил свою энергоемкость за 10 лет.

Сегодняшние ионно-литиевые добавки имеют множество «вкусов», и различия в составе в основном связаны с материалом катода.В таблице 1 ниже приведены наиболее часто используемые литий-ионные аккумуляторы на рынке сегодня. Для простоты мы суммируем химический состав в четыре группы: кобальт, марганец, NCM и фосфат.

Химическое название

Материал

Сокращение

Краткая форма

Банкноты

Оксид лития-кобальта 1 Также кобальт лития или литий-ион-кобальт)

LiCoO 2
(60% Co)

LCO

Литий-кобальт

Высокая емкость; для мобильного телефона, ноутбука, камеры

Литий
Оксид марганца
1
Также манганат лития
или литий-ионно-марганцевый

LiMn 2 O 4

LMO

Литий-марганец или шпинель

Самый безопасный; меньшая емкость, чем у литий-кобальта, но высокая удельная мощность и длительный срок службы.

Электроинструменты,
электровелосипедов, электромобили, медицинские, для любителей.

Литий
Фосфат железа
1

LiFePO 4

LFP

Литий-фосфат

Литий-никель-марганцевый оксид кобальта 1 , также оксид лития-марганца-кобальта

LiNiMnCoO 2
(10–20% Co)

NMC

NMC

Литий-никель-кобальт-оксид алюминия 1

LiNiCoAlO 2
9% Co)

NCA

NCA


приобретает все большее значение в области хранения электроэнергии и энергосистемы

Титанат лития 2

Li 4 Ti 5 O 12

LTO

Литий-титанат

Таблица 1: Справочные названия литий-ионных аккумуляторов. При необходимости мы будем использовать краткую форму.

1 Материал катода

2 Материал анода

Литий-ионный аккумулятор на основе кобальта впервые появился в 1991 году и был представлен Sony. Этот химический состав аккумуляторов быстро получил признание из-за его высокой плотности энергии. Возможно, из-за более низкой плотности энергии литий-ионный шпинель на основе шпинели стартовал медленнее. Когда он был представлен в 1996 году, мир требовал более продолжительного времени работы превыше всего. В связи с тем, что многие портативные устройства нуждаются в высоком токе, шпинель теперь находится на переднем крае и пользуется большим спросом.Требования настолько высоки, что производители, производящие эти батареи, не могут удовлетворить их. Это одна из причин, почему так мало рекламы делается для продвижения этого продукта. E-One Moli Energy (Канада) — ведущий производитель литий-ионной шпинели цилиндрической формы. Они специализируются на форматах ячеек 18650 и 26700. Другими крупными игроками на литий-ионных шпинелях являются Sanyo, Panasonic и Sony.


Sony делает упор на никель-кобальтово-марганцевую версию (NCM).Катод включает кобальт, никель и марганец в кристаллическую структуру, которая образует многометаллический оксидный материал, к которому добавлен литий. Производитель предлагает ряд различных продуктов в этом семействе аккумуляторов для пользователей, которым нужна либо высокая плотность энергии, либо высокая нагрузочная способность. Следует отметить, что эти два атрибута не могут быть объединены в одном пакете; между ними есть компромисс. Обратите внимание, что NCM заряжается до 4,10 В / элемент, что на 100 мВ ниже, чем у кобальта и шпинели.Зарядка этой аккумуляторной батареи до 4,20 В на элемент обеспечит более высокую емкость, но срок службы будет сокращен. Вместо обычных 800 циклов, выполняемых в лабораторных условиях, количество циклов будет сокращено примерно до 300.

Новейшим дополнением к семейству литий-ионных аккумуляторов является система A123, в которой нанофосфатные материалы добавляются в катод. Он утверждает, что имеет самую высокую удельную мощность в Вт / кг среди имеющихся в продаже литий-ионных аккумуляторов. Элемент может непрерывно разряжаться до 100% глубины разряда при 35 ° C и выдерживать импульсы разряда до 100 ° C.Система на основе фосфата имеет номинальное напряжение около 3,3 В на элемент, а пиковое напряжение заряда составляет 3,60 В. Это меньше, чем у литий-ионной батареи на основе кобальта, и для батареи потребуется специальное зарядное устройство. Компания Valance Technology была первой, кто начал коммерциализацию литий-ионных аккумуляторов на основе фосфатов, и их элементы продаются под маркой Saphionâ.

На рисунке 4 мы сравниваем плотность энергии (Втч / кг) трех литий-ионных химических соединений и сравниваем их с традиционными свинцово-кислотными, никель-кадмиевыми, никель-металлогидридными.Можно увидеть постепенное улучшение марганца и фосфата по сравнению со старыми технологиями. Кобальт обладает самой высокой плотностью энергии, но термически менее стабилен и не может обеспечивать высокие токи нагрузки.

Рис. 4: Плотность энергии обычных аккумуляторных батарей.

Определение плотности энергии и плотности мощности

Плотность энергии (Втч / кг) — это показатель того, сколько энергии может удерживать аккумулятор.Чем выше плотность энергии, тем дольше будет время работы. Литий-ионный аккумулятор с кобальтовыми катодами обеспечивает самую высокую плотность энергии. Типичные области применения — сотовые телефоны, ноутбуки и цифровые фотоаппараты.
Плотность мощности (Вт / кг) указывает, сколько энергии батарея может выдать по запросу. Основное внимание уделяется скачкам мощности, таким как просверливание тяжелой стали, а не времени автономной работы. Литий-ионные продукты на основе марганца и фосфата, а также химические соединения на основе никеля являются одними из лучших. Аккумуляторы с высокой удельной мощностью используются для электроинструментов, медицинских устройств и транспортных систем.

Аналогию между энергией и плотностью мощности можно провести с помощью бутылки с водой. Размер бутылки — это плотность энергии, а отверстие обозначает плотность энергии. Большая бутылка может вместить много воды, в то время как большое отверстие может быстро ее испортить. Лучшая комбинация — большая емкость с широкой горловиной.

Путаница с напряжениями

В течение последних 10 лет номинальное напряжение литий-ионных аккумуляторов составляло 3,60 В / элемент. Это была довольно удобная цифра, потому что она составляла три батареи на основе никеля (1.2 В / элемент), подключенных последовательно. Использование более высоких напряжений в ячейке для литий-ионных аккумуляторов приводит к лучшим показаниям ватт / часов на бумаге и дает маркетинговое преимущество, однако производитель оборудования будет продолжать предполагать, что в ячейке будет 3,60 В.
Номинальное напряжение литий-ионной батареи рассчитывается, если взять полностью заряженную батарею примерно 4,20 В, полностью разрядить ее примерно до 3,00 В со скоростью 0,5 ° C при измерении среднего напряжения.

Из-за более низкого внутреннего сопротивления среднее напряжение шпинельной системы будет выше, чем у эквивалента на основе кобальта.Чистая шпинель имеет самое низкое внутреннее сопротивление, а номинальное напряжение ячейки составляет 3,80 В. Исключением снова является литий-ионный аккумулятор на основе фосфата. Эта система максимально отличается от обычной литий-ионной системы

.

Увеличенное время автономной работы за счет модерации

Батареи живут дольше при бережном обращении. Высокое напряжение заряда, чрезмерная скорость заряда и экстремальные условия нагрузки отрицательно сказываются на сроке службы батареи. Долговечность часто является прямым результатом воздействия окружающей среды.Следующие рекомендации предлагают способы продления срока службы батареи.

— Время, в течение которого батарея остается на уровне 4,20 / элемент, должно быть как можно короче. Длительное высокое напряжение способствует коррозии, особенно при повышенных температурах. Шпинель менее чувствительна к высокому напряжению.

-3,92 В / элемент — лучший верхний порог напряжения для литий-ионных аккумуляторов на основе кобальта. Доказано, что зарядка аккумуляторов до этого уровня напряжения увеличивает срок службы вдвое. Литий-ионные системы для оборонных приложений используют более низкий порог напряжения.Минус — гораздо меньшая емкость.

-Зарядный ток литий-ионных аккумуляторов должен быть умеренным (0,5 ° C для литий-ионных аккумуляторов на основе кобальта). Более низкий ток заряда сокращает время, в течение которого ячейка находится при 4,20 В. Заряд 0,5С лишь незначительно увеличивает время зарядки по сравнению с 1С, потому что дополнительный заряд будет короче. Сильноточный заряд имеет тенденцию преждевременно подтолкнуть напряжение к пределу напряжения.

— Не разряжайте литий-ионный аккумулятор слишком глубоко. Вместо этого заряжайте его чаще. Литий-ионные не имеют проблем с памятью, как никель-кадмиевые батареи.Для кондиционирования не требуются глубокие разряды.

-Не заряжайте литий-ионные батареи при температуре замерзания или ниже. Несмотря на прием заряда, произойдет необратимое покрытие металлическим литием, что поставит под угрозу безопасность батареи.

Мало того, что литий-ионный аккумулятор работает дольше с более медленной скоростью заряда; также помогает умеренная скорость разряда. На рис. 5 показан срок службы в зависимости от скорости заряда и разряда. Обратите внимание на улучшенные лабораторные характеристики при скорости заряда и разряда 1С по сравнению с 2 и 3С.

Рис. 5. Долговечность литий-ионных аккумуляторов в зависимости от скорости заряда и разряда.
Литий-кобальт обладает самой высокой плотностью энергии. Марганцевые и фосфатные системы в конечном итоге более стабильны и обеспечивают более высокие токи нагрузки, чем кобальтовые.

Эксперты по аккумуляторным батареям согласны с тем, что срок службы литий-ионных аккумуляторов сокращается за счет других факторов, кроме скорости заряда и разряда.Несмотря на то, что постепенные улучшения могут быть достигнуты при осторожном использовании, наша среда и необходимые услуги не всегда способствуют оптимальному сроку службы батареи. В этом отношении аккумулятор ведет себя так же, как и мы, люди — мы не всегда можем жить так, чтобы обеспечить максимальный срок службы.

*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме.Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected] Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

Или перейти к другому архиву

Плотность энергии — Energy Education

Плотность энергии топлива обсуждается на этой странице, для получения информации о плотности энергии таких устройств хранения, как батареи, щелкните здесь. Рисунок 1. Комикс XKCD, показывающий сравнительную плотность энергии урана. [1]

Плотность энергии — это количество энергии, которое может храниться в данной массе вещества или системы. [2] [3] Чем выше плотность энергии системы или материала, тем большее количество энергии хранится в его массе. [4] Энергия может храниться в различных типах веществ и систем.

Материал может выделять энергию в четырех типах реакций.Эти реакции бывают ядерными, химическими, электрохимическими и электрическими. [5] При расчете количества энергии в системе чаще всего измеряется только полезной или извлекаемой энергии. В научных уравнениях плотность энергии часто обозначается как U . [6]

Плотность энергии обычно выражается двумя способами, хотя первый более распространен:

  • Объемная плотность энергии — сколько энергии содержит система по сравнению с ее объемом; обычно выражается в ватт-часах на литр (Втч / л) или мегаджоулях на литр (МДж / л). [7]
  • Гравиметрическая плотность энергии ( Удельная энергия ) — сколько энергии содержит система по сравнению с ее массой; обычно выражается в ватт-часах на килограмм (Втч / кг) или мегаджоулях на килограмм (МДж / кг). [7]

Наличие высокой плотности энергии не дает информации о том, как быстро эта энергия может быть использована. Эти знания содержатся в плотности мощности вещества, которая описывает скорость , с которой может быть выведена его энергия.Обычно высокая плотность энергии сочетается с низкой удельной мощностью. Посетите страницу плотности энергии и плотности мощности для получения дополнительной информации и примеров.

Плотность энергии топлива

Энергия может храниться во многих различных материалах, от продуктов питания до дизельного топлива и урана. Эти материалы известны под общим названием топлива, и все эти виды топлива используются в качестве источников энергии для различных систем. Когда топливо поступает непосредственно из природы (например, сырая нефть), оно является основным топливом; когда топливо необходимо модифицировать, чтобы его можно было использовать (например, бензин), его называют вторичным топливом.В таблице ниже показана плотность энергии для различных видов топлива.

Для наглядного представления этих значений на Рисунке 1 и на графике справа показаны сравнения плотности энергии различных видов топлива.

Как далеко вы можете зайти?

Источники энергии не отдают свою энергию таким же образом, но если предположить, что они могли бы, как далеко каждый из них переместил бы транспортное средство? Чтобы выяснить это, уголь можно использовать в качестве базового, если количество энергии в определенной массе угля равно 10 метрам — длине школьного автобуса.Это делает доступную энергию в той же массе урана, равной расстоянию между Келоуной, Британская Колумбия, и Виннипегом, Манитоба (рис. 2). Ниже приведен список других видов топлива по сравнению с углем, чтобы вычислить энергию на расстояние, чтобы сравнить другие виды топлива с углем.

  • Дерево — 7 метров, примерно ширина гаража на две машины
  • Уголь — 10 метров, примерно как школьный автобус
  • Сырая нефть — 18 метров, примерно длина горбатого кита
  • 235 Уран — 1 625 000 м (1 625 км), больше, чем расстояние от Ванкувера до Саскатуна
Рисунок 2.Расстояние от Ванкувера, Британская Колумбия, до Саскатуна, Южная Каролина, с использованием плотности энергии урана.

Начнем с другого набора цифр: один килограмм сырой нефти позволяет машине проехать ~ 20 км. Нефтепродукты, такие как бензин, используются, потому что они энергоемки. На килограмм ядерного топлива, например 235 урана, у автомобиля потребуется 1,77 миллионов км. Как далеко это? Это путешествие с Земли на Луну и обратно. Дважды. [10] Ядерное топливо невероятно энергоемко.

Список литературы

  1. ↑ XKCD. Шкала бревен [онлайн], доступно: http://xkcd.com/1162/
  2. ↑ К. Диллон. (2009, октябрь). Как далеко пойдет энергия? — Сравнение плотности энергии [онлайн]. Доступно: http://www.cleanenergyinsight.org/interesting/how-far-will-your-energy-go-an-energy-de density-comparison/
  3. ↑ А. Гольник и Г. Элерт. (2003). Плотность энергии бензина [Онлайн]. Доступно: http://hypertextbook.com/facts/2003/ArthurGolnik.штмл.
  4. ↑ Uni. Южная Каролина. (2003, октябрь). Описание энергетики и мощности [Онлайн]. Доступно: http://www.che.sc.edu/centers/RCS/desc_e_and_p.htm
  5. ↑ Б. Э. Лейтон, «Сравнение плотностей энергии преобладающих источников энергии в единицах джоулей на кубический метр», Int. J. Green Energy , т. 5, вып. 6. С. 438-455, декабрь 2008 г.
  6. ↑ Э. В. Вайстейн. (2007). Плотность энергии — из «Мира физики» Эрика Вайсштейна [онлайн].Доступно: http://scienceworld.wolfram.com/physics/EnergyDensity.html
  7. 7,0 7,1 К. Симпсон, «Характеристики аккумуляторных батарей», National Semiconductor . Texas Instruments Inc., Даллас, 2011 г.
  8. ↑ Я. Чисти, «Биодизель из микроводорослей», Biotechnol. Adv. , т. 25, нет. 3. С. 294–306, май-июнь. 2007 г.
  9. ↑ И. Хор-Лейси, «Будущий спрос и предложение энергии», в Ядерная энергия в 21 веке, , 2-е изд., Лондон, Великобритания: WNUP, 2011, глава 1, раздел 6, стр.9
  10. ↑ Wolfram Alpha, запись: 1772727273 м

Плотность энергии в аккумуляторных батареях или бензине

Ключевое различие между электрическими и бензиновыми автомобилями — это количество энергии, которое каждый переносит. Типичный (середина 2015 года) электромобиль, такой как Nissan Leaf, имеет емкость аккумуляторной батареи, эквивалентную примерно 2/3 галлона бензина. С такой энергией он может проехать 85 миль со скоростью по шоссе, в то время как бензиновый автомобиль едва достигнет 20 миль на 2/3 галлона бензина.Ключевым показателем является плотность энергии или количество энергии, переносимой в пределах данного размера или веса.

Увеличение плотности энергии аккумуляторной батареи

EV приведет к появлению доступных электромобилей с пробегом более 200 миль. Большим преимуществом бензина является его чрезвычайно высокая плотность энергии, но большим преимуществом электромобилей является их низкая стоимость топлива.

Бензин и дизельное топливо, основные виды топлива за последние 100 лет, обладают очень высокой плотностью энергии. Оба вида топлива легко транспортируются и распределяются по трубопроводу во внутренности двигателей внутреннего сгорания для взрывов, от которых запускаются автомобили.Индустрия ископаемого топлива обеспечила отличный опыт заправки топливом с помощью широко распространенных заправочных станций. Это, а также надежный электрический стартер — вот что позволило повсеместно внедрить бензиновые автомобили и с первого раза убить электромобиль.

Системы накопления электроэнергии, с другой стороны, имеют относительно низкую плотность энергии. Для 80-мильного диапазона электромобилей в 24 киловатт-часа требуется довольно большой и тяжелый аккумулятор. И хотя вы можете прочитать это как осуждение, это огромное улучшение по сравнению со старыми технологиями аккумуляторов, такими как свинцово-кислотные или никель-металлогидридные.Грубо говоря, у литий-ионных аккумуляторов плотность энергии в 4 раза выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, в 2 раза больше плотности энергии у никель-металлгидридных аккумуляторов, используемых в электромобилях предыдущей волны, но в несколько раз меньше плотности энергии бензина. Это четырехкратное улучшение сделало электромобили с литий-ионным двигателем достаточно практичными для повседневного использования.

В 2017 году мы находимся в начальной точке новой волны развития электромобилей. Что сделало возможными доступные электромобили с пробегом более 200 миль? Автопроизводители снизили стоимость аккумуляторов и увеличили удельную энергию.

Точная терминология важна для правильного общения друг с другом. К счастью, в Википедии есть несколько хороших страниц, которые помогут нам понять терминологию.

Плотность энергии — это объем накопленной энергии. Есть общее определение, такое как энергия в данной области пространства, и оно может применяться ко всем вещам, таким как магнитные поля. Но для электромобилей нам нужно сосредоточиться на извлекаемой энергии, хранящейся в аккумуляторной батарее.

Удельная энергия , аналогично, это количество энергии, запасенной массой (массой). Как и в случае с плотностью энергии, удельная энергия используется в общем для всех видов вещей, но нам нужно сосредоточиться на извлекаемой энергии, хранящейся в аккумуляторной батарее.

Единицы измерения: Плотность энергии : киловатт-часы / литр, Удельная энергия : киловатт-часы / килограмм

Еще одна похожая терминология Плотность мощности .В электродвигателях и компонентах электропривода правильная фраза — объемная удельная мощность . Он измеряет количество энергии (мощности), которое может обрабатывать система, в зависимости от размера или веса. Единица измерения — ватт на кубический метр, ватт на литр или ватт на килограмм. Похожая фраза — «соотношение мощности к весу».

С точки зрения физики, выполнение такой функции, как перенос вас и вашей семьи через холмы и через лес в дом бабушки, требует определенного количества энергии.

В транспортном средстве потенциальная энергия хранится в виде электричества в аккумуляторной батарее или бензина в топливном баке. Эта энергия преобразуется в кинетическую энергию в системе привода. Это либо возгорание, вызывающее вращение коленчатого вала, либо взаимодействие электромагнитных полей, вызывающее вращение вала электродвигателя. Полученная кинетическая энергия — это то, что переносит вас в дом бабушки.

У вашего автомобиля должно быть достаточно потенциальной энергии, чтобы все это произошло. Чем больше потенциальной энергии переносит ваш автомобиль, тем больше он может делать.Но у транспортных средств есть ограничения по размеру (объем в литрах) и по массе (массе), в которые должен уместиться накопитель энергии. Если размер или вес накопителя энергии станет слишком большим или тяжелым, транспортное средство будет неэффективным или, возможно, даже не сможет двигаться.

Если дом бабушки находится на расстоянии 2000 миль, электромобилю потребуется аккумулятор на 800 киловатт-часов, чтобы совершить поездку. Такую большую упаковку невозможно (с помощью современных технологий) сделать достаточно маленькой, чтобы поместиться в машине, и она была бы настолько тяжелой, что машина не могла бы двинуться с места.Если аккумуляторные блоки когда-либо смогут хранить в 10 раз больше энергии на килограмм и на литр, чем нынешние аккумуляторные блоки, тогда можно будет построить электромобиль с пробегом в 2000 миль.

Даже бензиновый автомобиль не может проехать 2000 миль. Владельцам бензиновых автомобилей приходится 7-8 раз останавливаться для дозаправки во время поездки. Владелец электромобиля также может совершить поездку, если есть достаточная инфраструктура для зарядки. В этом преимущество владельцев бензиновых автомобилей — более полезная инфраструктура для заправки.

Tesla Motors доказала, что можно построить очень желанный электромобиль, поддерживающий опыт Road Trip. Tesla Model S с запасом хода на электроприводе 260-335 миль может перезаряжаться примерно за час, а Tesla Motors построила сети подзарядки, охватывающие весь континент в Северной Америке и Европе, и частично достигла цели в других местах, таких как Китай и Австралия. Но за этот автомобиль приходится платить двойную цену: вес, киловатт-часы в электромобилях и других штуковинах, и цену около 100 000 долларов за автомобиль.Позже в 2017 году Tesla обещает Tesla Model 3 по базовой цене в 35000 долларов, что значительно изменит ситуацию.

Двумя серьезными препятствиями на пути внедрения электромобилей являются запас хода и относительно высокая стоимость по сравнению с аналогичными автомобилями с бензиновым двигателем. Обещано, что улучшения плотности энергии, эээ … удельной энергии позволят электромобилям нести 60-80 киловатт-часов энергии на расстояние 200 миль при доступной стоимости транспортного средства.

Следующая диаграмма взята из страниц Википедии, на которые есть ссылки в каждой строке, так что относитесь к ней с недоверием.Для каждого типа батарей указан диапазон для каждого рейтинга, потому что в каждой строке обсуждаются все батареи от всех производителей данного типа. Конечно, каждая строка охватывает ряд продуктов, каждая из которых имеет свои специфические характеристики. Другими словами, не принимайте эти числа с большой точностью, а вместо этого обратите внимание на то, что, вообще говоря, в то время как NiMH батареи имеют более высокую плотность энергии, чем свинцово-кислотные, литий-ионные имеют более высокую плотность, чем оба.

Тип батареи Удельная энергия Плотность энергии Удельная мощность Цикл износостойкости Банкноты
Свинцово-кислотный аккумулятор 33–42 Втч / кг 60–110 Втч / л 180 Вт / кг 500–800 циклов Самая старая электрическая батарея, первоначально разработанная в 1850-х годах.Это низкая стоимость, благодаря которой эта технология остается в живых.
Никель Кадмий 40–60 Вт · ч / кг 50–150 Вт · ч / л 150 Вт / кг 2000 циклов Эти никелевые батареи имеют историю, восходящую к 1890-м годам, и время от времени находили широкое применение. Их более высокая плотность энергии, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, делает их привлекательными. Однако, поскольку кадмий является канцерогенным веществом, рыночная доля никель-кадмиевых аккумуляторов стремительно падает, и в некоторых регионах их просто невозможно купить.
Никель-металлогидридный 60–120 Втч / кг 140–300 Вт · ч / л 250–1000 Вт / кг 500–2000 циклов Эти никелевые батареи имеют отрицательные электроды из металлического сплава, поглощающего водород. Работоспособная форма этого химического состава аккумуляторов была разработана Ovonic Battery Company (Energy Conversion Devices), но попала в ситуацию патентного обременения, что заставило некоторых кричать о нефтяных компаниях, пытающихся подорвать электромобили.Независимо от того, правда это или нет, никель-металлгидридные батареи менее интересны для электромобилей, потому что литий-ионные батареи имеют более высокую плотность энергии.
Никель Цинк 100 Вт · ч / кг 280 Вт · ч / л > 3000 Вт / кг 400–1000 циклов Первоначально разработан в 1901 году в лабораториях Эдисона. Несколько текущих производителей, включая PowerGenix.
Литий-ионный 100–265 Вт · ч / кг (0.36–0,95 МДж / кг) 250–620 Вт · ч / л (0,90–2,23 МДж / л) ~ 250- ~ 340 Вт / кг 400–1200 циклов Это батареи, в которых используется литий, но не в металлической форме, а ионно связанный с другими материалами. Есть несколько типов литий-ионных батарей, различающихся по химическому составу.
Литий-полимерный 100–265 Вт · ч / кг (0,36–0,95 МДж / кг) 250–730 Вт · ч / л (0,90–2,23 МДж / л) Литий-полимерные элементы имеют два значения.Название может относиться к «полимерному электроду» или, в других случаях, к элементам, упакованным в небольшие пакеты.
Литий-железо-фосфат 90–110 Втч / кг (320–400 Дж / г) 220 Вт · ч / л (790 кДж / л) около 2400 Вт / кг 2000 циклов Этот химический элемент представляет собой тип литий-ионного аккумулятора, и, хотя его значения плотности энергии более скромны, чем у других типов, они обеспечивают более длительный срок службы и по своей сути более безопасны.
Литий-сера 500 Вт · ч / кг продемонстрировано 350 Вт · ч / л оспаривается Этот химический состав является долгожданным преемником литий-ионных батарей из-за их очень высокой плотности энергии.Основная проблема — это объемные искажения, то есть сильно вздувается аккумулятор. Это вызывает серьезную механическую нагрузку, и компоненты батареи быстро разрушаются.
Литий Воздух 11 140 (теоретическая) Вт · ч / кг ??? ??? ??? Этот тип батареи, впервые предложенный в 1970 году, очень сложно разработать. «Воздух» является частью цепи, но металлический литий быстро окисляется на воздухе.

4 февраля 2015 г. Генеральный директор Bosch Деннер « Электромобили — это хорошо, но подключенные к сети электромобили — лучше », — генеральный директор Bosch Др.Фолькмар Деннер рассказал на симпозиуме CAR о будущих технологических тенденциях. Его компания поставляет запчасти нескольким производителям автомобилей, и они сделали большой набег на электрические велосипеды. Согласно прогнозам, к 2015 году гибридные автомобили будут распространены повсеместно, а к 2020 году батареи будут обеспечивать удвоение плотности энергии в два раза дешевле.

31 января 2015 г. SolidEnergy нацелена на перезаряжаемый литий-металлический аккумулятор для смартфонов в 2016 году, аккумулятор для электромобилей с удвоенным запасом хода в 2017 году. Компания заявляет, что в 2017 году их партнеры по производству аккумуляторов будут поставлять автомобильный аккумулятор на 20 ампер-час с удвоенной плотностью энергии по сравнению с нынешними конструкциями.Они показали объемную плотность энергии 1200 Втч / л и 1337 Втч / л в 2-амперных ячейках-мешках. В их технологии используется твердый полимерно-ионный жидкий электролит (SPIL), изначально разработанный в Массачусетском технологическом институте и лицензированный им.

4 нояб.2014 г. OXIS Energy лидирует в мире, предлагая новейшие элементы по плотности энергии и емкости. Компания работает над литий-серными батареями и объявила о создании элемента на 25 ампер-час с плотностью энергии 300 Втч / кг. Это работа, которая, по их словам, улучшилась в 12 раз за 18 месяцев.К середине 2015 года они планируют построить ячейку на 33 ампер-часа и достичь плотности энергии 400 Втч / кг к концу 2016 года и 500 Втч / кг к концу 2018 года. Литий-серные элементы Oxis содержат литий-металлический анод; катод на основе серы; керамический пассивирующий слой сульфида лития; и негорючий электролит, защищающий металлический литий. Элементы OXIS имеют 100% доступную глубину разряда и не могут быть повреждены чрезмерным разрядом.

6 нояб.2014 г. Научная премия профессора д-ра Мартина Винтеркорна в области электрохимии Выступая на церемонии награждения в Стэнфордском университете, д-р.Винтеркорн обсудил возможность улучшения характеристик батареи. В частности, он сказал, что у этой новой технологии есть «большой потенциал, возможно увеличение дальности действия до 700 километров (1000 Втч / л)», сигнализируя о будущих конструкциях батарей с такой высокой плотностью энергии. Он также говорил о снижении стоимости до 100 евро за киловатт-час.

4 сентября 2014 г. Невада выбрана официальным сайтом Tesla Battery Gigafactory 30 июля 2014 г. Panasonic и Tesla подписывают соглашение о создании Gigafactory Tesla Motors строит гигантский завод по производству аккумуляторных элементов.Обладая мощностью 50 гигаватт-часов в год, этот завод будет поставлять элементы для производства Model 3, а также для сетевых систем хранения энергии. Они ожидают, что стоимость аккумуляторов значительно снизится из-за этого завода, а также внесут улучшения в технологии, тесно сотрудничая с партнерами-производителями.

Об авторе (ах)

Дэвид Херрон : Дэвид Херрон — писатель и инженер-программист, специализирующийся на разумном использовании технологий.Его особенно интересуют экологически чистые энергетические технологии, такие как солнечная энергия, энергия ветра и электромобили. Дэвид почти 30 лет работал в Кремниевой долине над программным обеспечением, начиная от систем электронной почты и заканчивая потоковым видео и языком программирования Java, и опубликовал несколько книг по программированию на Node.js и электромобилях. Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра комментарии от Disqus.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *