Gęstość elektrolitu w akumulatorze

2024 Autor: Trinity Chesterton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-16 15:05

Akumulator samochodowy, zwany akumulatorem, odpowiada za układy rozruchu, oświetlenia i zapłonu w samochodzie. Zazwyczaj akumulatory samochodowe są kwasowo-ołowiowe, składające się z ogniw galwanicznych, które zapewniają 12-woltowy system. Każde z ogniw wytwarza 2,1 V przy pełnym naładowaniu. Gęstość elektrolitu to kontrolowana właściwość wodnego roztworu kwasu, która zapewnia normalne działanie akumulatorów.

Skład akumulatora kwasowo-ołowiowego

Elektrolit akumulatora kwasowo-ołowiowego jest roztworem kwasu siarkowego i wody destylowanej. Ciężar właściwy czystego kwasu siarkowego wynosi około 1,84 g/cm³ i ten czysty kwas rozcieńcza się wodą destylowaną do uzyskania ciężaru właściwego roztworu 1,2-1,23 g/cm 3^.

Chociaż w niektórych przypadkach gęstość elektrolitu w akumulatorze jest zalecana w zależności od typu akumulatora, warunków sezonowych i klimatycznych. Ciężar właściwy w pełni naładowanego akumulatora zgodnie z normą przemysłową w Rosji wynosi 1,25-1,27 g / cm³ w lecie i w surowych zimach - 1,27-1, 29 g/cm^3.

Ciężar właściwy elektrolitu

Jednym z głównych parametrów akumulatora jest ciężar właściwy elektrolitu. Jest to stosunek masy roztworu (kwasu siarkowego) do masy równej objętości wody w określonej temperaturze. Zwykle mierzone areometrem. Gęstość elektrolitu jest wykorzystywana jako wskaźnik stanu naładowania ogniwa lub akumulatora, ale nie może scharakteryzować pojemności akumulatora. Podczas rozładunku ciężar właściwy zmniejsza się liniowo.

Biorąc pod uwagę powyższe, konieczne jest wyjaśnienie rozmiaru dopuszczalnej gęstości. Poziom elektrolitu w akumulatorze nie powinien przekraczać 1,44 g/cm³. Gęstość może wynosić od 1,07 do 1,3 g/cm^{3. Temperatura mieszaniny wyniesie wtedy około +15 C.}

Elektrolit o podwyższonej gęstości w czystej postaci charakteryzuje się dość wysoką wartością tego wskaźnika. Jego gęstość wynosi 1,6 g/cm3.

Poziom naładowania

Po pełnym naładowaniu w stanie ustalonym i rozładowaniu, pomiar ciężaru właściwego elektrolitu daje przybliżone wskazanie stanu naładowania ogniwa. Ciężar właściwy=napięcie w obwodzie otwartym - 0,845.

Przykład: 2,13V - 0,845=1,285g/cm3.

Ciężar właściwy zmniejsza się, gdy akumulator jest rozładowany do poziomu zbliżonego do poziomu czystej wody, i zwiększa się podczas ładowania. Akumulator uważa się za w pełni naładowany, gdy gęstość elektrolitu w akumulatorze osiąga maksymalną możliwą wartość. Konkretnywaga zależy od temperatury i ilości elektrolitu w ogniwie. Gdy elektrolit znajduje się w pobliżu znaku niskiego, ciężar właściwy jest wyższy niż nominalny, spada, a do ogniwa dodawana jest woda, aby doprowadzić elektrolit do wymaganego poziomu.

Objętość elektrolitu rozszerza się wraz ze wzrostem temperatury i kurczy się wraz ze spadkiem temperatury, co wpływa na gęstość lub ciężar właściwy. Wraz ze wzrostem objętości elektrolitu odczyt maleje i odwrotnie, ciężar właściwy wzrasta w niższych temperaturach.

Zanim zwiększysz gęstość elektrolitu w akumulatorze, musisz wykonać pomiary i obliczenia. Ciężar właściwy baterii zależy od aplikacji, w której będzie używana, biorąc pod uwagę temperaturę pracy i żywotność baterii.

% Kwas siarkowy	% Woda	Ciężar właściwy (20°C)
37, 52	62, 48	1, 285
48	52	1, 380
50	50	1, 400
60	40	+1, 500
68, 74	31, 26	1, 600
70	30	1, 616
77, 67	22, 33	1, 705
93	7	1, 835

Reakcja chemiczna w bateriach

Gdy tylko obciążenie zostanie podłączone do zacisków akumulatora, prąd rozładowania zaczyna płynąć przez obciążenie i akumulator zaczyna się rozładowywać. Podczas procesu rozładowywania zmniejsza się kwasowość roztworu elektrolitu i prowadzi do tworzenia osadów siarczanowych zarówno na dodatniej, jak i ujemnej płycie. W tym procesie odprowadzania wzrasta ilość wody w roztworze elektrolitu, co zmniejsza jego ciężar właściwy.

Ogniwa akumulatora mogą być rozładowywane do określonego napięcia minimalnego i ciężaru właściwego. W pełni naładowany akumulator kwasowo-ołowiowy ma napięcie i ciężar właściwy odpowiednio 2,2 V i 1,250 g/cm³, a ogniwo to można normalnie rozładowywać, aż odpowiednie wartości nie osiągną 1,8 V i 1,1 g/cm^3.

Skład elektrolitu

Elektrolit zawiera mieszaninę kwasu siarkowego i wody destylowanej. Dane nie będą dokładne podczas pomiaru, jeśli kierowca właśnie dolał wody. Musisz chwilę poczekać, aby świeża woda miała czas na zmieszanie z istniejącym roztworem. Zanim zwiększysz gęstość elektrolitu, musisz pamiętać: im większe stężenie kwasu siarkowego, tym gęstszy staje się elektrolit. Im wyższa gęstość, tym wyższy poziom naładowania.

W przypadku roztworu elektrolitu najlepszym wyborem jest woda destylowana. Minimalizuje to możliwezanieczyszczenia w roztworze. Niektóre zanieczyszczenia mogą reagować z jonami elektrolitów. Na przykład, jeśli zmieszasz roztwór z solami NaCl, utworzy się osad, który zmieni jakość roztworu.

Wpływ temperatury na pojemność

Jaka jest gęstość elektrolitu - zależy to od temperatury wewnątrz akumulatorów. Instrukcja obsługi poszczególnych akumulatorów określa, jaką poprawkę należy zastosować. Na przykład w podręczniku Surrette/Rolls dla temperatur w zakresie od -17,8 do -54.4^oC poniżej 21^{oC odejmij 0,04 na każde 6 stopnie.}

Wiele falowników lub kontrolerów ładowania jest wyposażonych w czujnik temperatury akumulatora, który jest podłączony do akumulatora. Zwykle mają wyświetlacz LCD. Wskazanie termometru na podczerwień również dostarczy niezbędnych informacji.

Gęstościomierz

Areometr gęstości elektrolitu służy do pomiaru ciężaru właściwego roztworu elektrolitu w każdym ogniwie. Akumulator kwasowy jest w pełni naładowany przy ciężarze właściwym 1,255 g/cm³ przy 26^oC. Ciężar właściwy to miara płynu porównywana z bazą. Jest to woda, której przypisano liczbę zasadową 1.000 g/cm^3.

Stężenie kwasu siarkowego w wodzie w nowej baterii wynosi 1.280 g/cm³, co oznacza, że elektrolit waży 1.280 g/cm^{3 razy waga tej samej objętości wody. W pełni naładowany akumulator zostanie przetestowany do1.280 g/cm}3^{, podczas rozładowania liczy się od 1.100 g/cm}3^.

Procedura testu hydrometru

Temperaturę odczytu areometru należy dostosować do temperatury 27oC, szczególnie w odniesieniu do gęstości elektrolitu w zimie. Wysokiej jakości areometry mają wewnętrzny termometr, który mierzy temperaturę elektrolitu i zawierają skalę konwersji do korekcji odczytów pływaka. Ważne jest, aby pamiętać, że temperatura znacznie różni się od otoczenia, jeśli pojazd jest obsługiwany. Kolejność pomiarów:,

1. Wlej elektrolit do areometru za pomocą gumowej bańki kilka razy, aby termometr mógł regulować temperaturę elektrolitu i dokonywać odczytów.
2. Zbadaj kolor elektrolitu. Brązowe lub szare odbarwienie wskazuje na problem z baterią i oznacza, że bateria zbliża się do końca.
3. Skieruj minimalną ilość elektrolitu do areometru tak, aby pływak pływał swobodnie bez kontaktu z górną lub dolną częścią cylindra pomiarowego.
4. Trzymaj areometr pionowo na wysokości oczu i zwracaj uwagę na odczyt, w którym elektrolit pasuje do skali na pływaku.
5. Dodaj lub odejmij 0,004 jednostki do odczytu co 6^oC, gdy temperatura elektrolitu jest powyżej lub poniżej 27^oC.
6. Dostosuj odczyt, na przykład, jeśli ciężar właściwy wynosi 1,250 g/cm³, a temperatura elektrolitu wynosi32^oC, wartość 1,250 g/cm³ daje poprawną wartość 1,254 g/cm^{3. Podobnie, jeśli temperatura wynosiła 21}o^{C, odejmij 1,246 g/cm}3^{. Cztery punkty (0,004) 1,250 g/cm}3^.
7. Przetestuj każde ogniwo i zanotuj odczyt skorygowany do 27oC przed sprawdzeniem gęstości elektrolitu.

Przykłady pomiaru ładunku

Przykład 1:

1. Hydrometr wskazuje 1,333 g/cm3.
2. Temperatura wynosi 17 stopni, zalecana jest 10 stopni poniżej.
3. Odejmij 0,007 od 1,333 g/cm3.
4. Wynik to 1,263 g/cm3, więc stan naładowania wynosi około 100 procent.

Przykład 2:

1. Dane gęstości - 1.178g/cm3.
2. Temperatura elektrolitu wynosi 43 stopnie C, czyli 16 stopni powyżej normalnej.
3. Dodaj 0,016 do 1,178g/cm3.
4. Wynik to 1,194 g/cm3, naładowanie w 50 procentach.

STAN NAŁADOWANIA	MASA WŁAŚCIWA g/cm3
100%	1, 265
75%	1, 225
50%	1, 190
25%	1, 155
0%	1, 120

Tabela gęstości elektrolitu

Poniższa tabela korekcji temperaturyjest jednym ze sposobów wyjaśnienia nagłych zmian wartości gęstości elektrolitu w różnych temperaturach.

Aby skorzystać z tej tabeli, musisz znać temperaturę elektrolitu. Jeśli z jakiegoś powodu pomiar nie jest możliwy, lepiej użyć temperatury otoczenia.

Tabela gęstości elektrolitu jest pokazana poniżej. Te dane są oparte na temperaturze:

%	100	75	50	25	0
-18	1, 297	1, 257	1, 222	1, 187	1, 152
-12	1, 293	1, 253	1, 218	1, 183	1, 148
-6	1, 289	1, 249	1, 214	1, 179	1, 144
-1	1, 285	1, 245	1, 21	1, 175	1, 14
4	1, 281	1, 241	1, 206	1, 171	1, 136
10	1, 277	1, 237	1, 202	1, 167	1, 132
16	1, 273	1, 233	1, 198	1, 163	1, 128
22	1, 269	1, 229	1, 194	1, 159	1, 124
27	1, 265	1, 225	1, 19	1, 155	1, 12
32	1, 261	1, 221	1, 186	1, 151	1, 116
38	1, 257	1, 217	1, 182	1, 147	1, 112
43	1, 253	1, 213	1, 178	1, 143	1, 108
49	1, 249	1, 209	1, 174	1, 139	1, 104
54	1, 245	1, 205	1, 17	1, 135	1, 1

Jak widać z tej tabeli, gęstość elektrolitu w akumulatorze zimą jest znacznie wyższa niż w ciepłym sezonie.

Konserwacja baterii

Te akumulatory zawierają kwas siarkowy. Podczas manipulowania nimi należy zawsze używać okularów ochronnych i gumowych rękawic.

Jeśli ogniwa są przeciążone, właściwości fizyczne siarczanu ołowiu stopniowo się zmieniają i ulegają one zniszczeniu, co zakłóca proces ładowania. W związku z tym gęstość elektrolitu spada ze względu na wolne tempo reakcji chemicznej.

Jakość kwasu siarkowego musi być wysoka. W przeciwnym razie bateria może szybko przestać działać. Niski poziom elektrolitu pomaga wysuszyć wewnętrzne płytki urządzenia, uniemożliwiając przywrócenie baterii.

Baterie siarczanowane można łatwo rozpoznać, patrząc na zmieniony kolor płytek. Zasiarczona płyta staje się jaśniejsza, a jej powierzchnia staje się żółta. Takie komórki wykazują spadek mocy. Jeśli sulfonowanie występuje przez długi czas, jest nieodwracalneprocesy.

Aby uniknąć takiej sytuacji, zaleca się ładowanie akumulatorów kwasowo-ołowiowych przez długi czas przy niskim prądzie ładowania.

Zawsze istnieje duże prawdopodobieństwo uszkodzenia listew zaciskowych ogniw akumulatora. Korozja wpływa głównie na połączenia śrubowe między ogniwami. Można tego łatwo uniknąć, upewniając się, że każda śruba jest uszczelniona cienką warstwą specjalnego smaru.

Podczas ładowania akumulatora istnieje duże prawdopodobieństwo rozprysku kwasu i gazów. Mogą zanieczyszczać atmosferę wokół baterii. Dlatego wymagana jest dobra wentylacja w pobliżu komory baterii.

Te gazy są wybuchowe, dlatego otwarty ogień nie powinien przedostawać się do przestrzeni, w której ładowane są akumulatory ołowiowe.

Aby zapobiec wybuchowi baterii, który mógłby spowodować poważne obrażenia lub śmierć, nie należy wkładać do baterii metalowego termometru. Musisz użyć areometru z wbudowanym termometrem, który jest przeznaczony do testowania baterii.

Żywotność zasilania

Wydajność baterii spada z czasem, niezależnie od tego, czy jest używana, czy też nie, a także pogarsza się wraz z częstymi cyklami ładowania i rozładowania. Żywotność to czas, przez jaki nieaktywna bateria może być przechowywana, zanim stanie się bezużyteczna. Powszechnie uważa się, że jest to około 80% jego pierwotnej pojemności.

Istnieje kilka czynników, które znacząco wpływają na żywotność baterii:

1. Cykliczne życie. Czasżywotność baterii zależy głównie od cykli użytkowania baterii. Zwykle od 300 do 700 cykli przy normalnym użytkowaniu.
2. Efekt głębokości rozładowania (DOD). Rezygnacja z wyższej wydajności spowoduje skrócenie cyklu życia.
3. Efekt temperatury. Jest to główny czynnik decydujący o wydajności baterii, trwałości, ładowaniu i kontroli napięcia. W wyższych temperaturach w akumulatorze występuje większa aktywność chemiczna niż w niższych temperaturach. W przypadku większości akumulatorów zalecany zakres temperatur to -17 do 35oC.
4. Napięcie i prędkość ładowania. Wszystkie akumulatory kwasowo-ołowiowe podczas ładowania uwalniają wodór z płyty ujemnej i tlen z płyty dodatniej. Bateria może przechowywać tylko określoną ilość energii elektrycznej. Z reguły akumulator jest ładowany do 90% przez 60% czasu. A 10% pozostałej baterii jest naładowane przez około 40% całkowitego czasu.

Dobra żywotność baterii wynosi od 500 do 1200 cykli. Faktyczny proces starzenia prowadzi do stopniowego spadku pojemności. Kiedy ogniwo osiąga określoną żywotność, nie przestaje nagle działać, proces ten wydłuża się w czasie, musi być monitorowany, aby przygotować się na czas do wymiany baterii.