Какая плотность электролита в аккумуляторе должна быть летом: Какая плотность аккумулятора должна быть зимой и летом, таблица

Содержание

Как проверить плотность электролита аккумулятора?

При эксплуатации автомобиля его владелец неизменно сталкивается с необходимостью обслуживания и замены аккумулятора. На такую батарею приходится повышенная нагрузка, поэтому со временем аккумулятор начинает хуже держать заряд, требуя соответствующей замены. На эффективность работы такого автомобильного аккумулятора напрямую оказывает влияние показатель плотности электролита. Необходимо на регулярной основе проверять показатели плотности у электролита, что и позволит гарантировать беспроблемный пуск двигателя, а сам аккумулятор прослужит максимально долго, не доставляя каких-либо хлопот. В этой статье мы расскажем вам как проверить плотность аккумулятора.

Устройство аккумулятора

Перед тем как рассказывать непосредственно о том, как проверить плотность электролита в аккумуляторе, поговорим об устройстве стандартных автомобильных батарей. Такая АКБ состоит из:

Корпуса, состоящего из шести банок.

Плюсовых и минусовых свинцовых пластин, расположенных внутри каждой банки.

Плюсовой и минусовой шины, которые соединяют каждый герметичный отсек.

Последовательного соединения, что позволяет получать на выходе необходимую мощность заряда.

Своей способностью отдавать и накапливать электрический заряд аккумулятор обязан именно электрохимическим показателям электролита. Такой электролит залит в каждую из герметичных банок и имеет определенные показатели плотности. В процессе эксплуатации машины показатель плотности может изменяться, поэтому автовладельцу необходимо знать, как проверить плотность аккумулятора в домашних условиях и при необходимости увеличить или уменьшить этот показатель.

Как правильно обслуживать аккумулятор

Беспроблемность эксплуатации такой АКБ автомобиля зависит от своевременности и правильности обслуживания батареи. Такие работы включают:

Визуальный осмотр.

Анализ уровня электролита.

Проверка плотности батареи.

Измерение уровня напряжения.

Проверка аккумулятора нагрузочной вилкой.

Такую проверку аккумулятора необходимо выполнять дважды в год — весной и осенью. Это и позволит обеспечить качественную работу батареи как летом, так и в мороз зимой. Обслуживание и правильный уход за аккумулятором не представляет особой сложности. Если плотность электролита выше нормы, необходимо доливать дистиллированную воду. Если же отмечается низкая плотность, то следует просто зарядить аккумулятор.

Принцип работы аккумулятора

Батарея в автомобиле работает циклично, то есть сначала аккумулятор накапливает заряд, после чего отдаёт его, когда требуется завести двигатель. Во время таких циклов внутри АКБ происходит химическая реакция, когда из серной кислоты выпадают различные соли, которые оседают на пластинах из свинца, а в банках из электролита выделяется вода. Со временем концентрация и плотность электролита изменяется, что приводит к неправильной работе АКБ. Периодический замер плотности, позволит избежать разряжения батареи, которая будет служить максимально надолго.

Поговорим поподробнее о том, как проверить плотность аккумулятора ареометром.

Внимание. Если показатель плотности оказался ниже нормы, то доливать в аккумулятор электролит не следует. Необходимо провести подзарядку батареи, что и позволит обеспечить необходимый показатель плотности.

Как и зачем измеряют плотность электролита?

Многие автовладельцы попросту не знает для чего следует измерять плотность электролита в аккумуляторе. Как известно, электролит состоит на 35% из серной кислоты и на 65% из дистиллята. Такое соотношение позволяет с легкостью накапливать заряд, при этом не причиняется какой-либо вред свинцовым пластинам. В процессе эксплуатации показатели плотности электролита могут изменяться, что объясняется испарением дистиллированной воды и химическими реакциями при работе АКБ. В результате повышается содержание серной кислоты, что в свою очередь ухудшает заряд и может нанести вред свинцовым пластинам, вплоть до полного прихода в негодность аккумулятора.

Что плохого в высокой и низкой плотности?

Низкая плотность приводит к разряду батареи, что не позволяет использовать автомобиль.

Высокая плотность, то есть повышенное содержание серной кислоты, разъедает пластины, которые быстро приходят в негодность.

Проверяем уровень электролита

Перед тем как проверить плотность аккумулятора без ареометра необходимо установить его уровень. В том случае, если сам аккумулятор выполнен из полупрозрачного пластика, то проверка уровня электролита не представляет сложности. Если же аккумулятор выполнен из непрозрачного темного пластика, то для проверки уровня электролита потребуется специальная стеклянная трубка, имеющая диаметр около 5 миллиметров. Такая трубка опускается в банку до упора, после чего ее верхнее отверстие закрывают пальцем. Трубку аккуратно достают из аккумулятора. В ней останется электролит, который сливают в колбу и проверяют уровень. Считается, что норма жидкости в колбе составит 10-15 миллиметров. В том случае, если уровень больше или меньше необходимо его выровнять, после чего измерять плотность электролита.

Как выполнять замер плотности электролита

Если вы задаетесь вопросом, как правильно проверить плотность аккумулятора, то можем сказать, что такая работа не представляет особой сложности. Помните лишь о том, что банки внутри батареи не соединяются между собой, поэтому следует проверять плотность в каждой из емкостей. Переворачивать аккумулятор и смешивать между собой электролит для выравнивания плотности запрещается. Крышка и пробки аккумулятора должны быть чистыми и не иметь каких-либо загрязнений. Проверку плотности выполняют исключительно на заряженной батарее, в противном случае показатели такого измерения будут некорректными.

Перед тем как проверить плотность необслуживаемого аккумулятора его необходимо снять с машины и выдержать в течение нескольких часов при комнатной температуре. Оптимальным диапазоном температуры при измерении плотности является показатель 20-30 градусов.

Для измерения плотности потребуется использовать ареометр, который еще называют денсиметром. В продаже можно найти разнообразные ареометры, которые имеют схожую конструкцию, но при этом отличаются своей стоимостью. При выборе такого устройства для измерения его необходимо проверить на калибровочной жидкости, что позволит быть полностью уверенным в точности таких измерений.

Большинство ареометров имеют одинаковую конструкцию и обеспечивают необходимую точность показателей. И всё же приобретать самые дешевые китайские образцы не следует, так как их качество и точность измерений будет соответствовать стоимости.

Измерение плотности электролита при использовании ареометра не представляет сложности. Необходимо выполнить следующие:

Наконечник ареометра протирается.

Его опускают в колбу для измерения.

Грушей набирают электролит и заполняют им колбу.

Ожидают несколько минут, после чего проверяют показания.

Сливают электролит обратно.

Аналогичная работа проводится с каждой из банок в аккумуляторе.

Оптимальные показатели плотности электролита

При эксплуатации аккумулятора и замере плотности электролита следует помнить о том, что показатели могут колебаться в зависимости от климата в регионе.

Для юга России оптимальный показатель плотности составляет 1,25.

Для средней полосы — 1,27.

Для севера — 1,29.

При изготовлении аккумуляторов в батарею заливают стандартный электролит, который замерзает при температурах ниже 60 градусов и имеет плотность порядка 1,26-1,27 грамм на сантиметр кубический.

Если проведённый замер показал повышенную плотность электролита, в аккумулятор необходимо долить дистиллированную воду. Приобрести такой дистиллят можно на автомобильных заправках или в специализированных магазинах. Использовать обычную воду из-под крана запрещается. Доливают дистиллят на глаз, после чего вновь проверяют плотность электролита.

Важно. Свинцовые пластины аккумулятора должны быть погружены в жидкость полностью. Исходя из этого и следует доливать дистиллят или же проводить дополнительную зарядку аккумулятора.

Изменение плотности электролита внутри аккумулятора происходит по естественным причинам. Однако если вы замечаете, что батарея быстро теряет заряд, а показатели плотности изменяются буквально спустя неделю после их выравнивания и доливки дистиллята, это свидетельствует о серьезных проблемах с аккумулятором, который в скором времени потребует замены.

Как измерить плотность в необслуживаемых аккумуляторах?

Если проверка плотности и уровня электролита в обслуживаемых батареях не вызывает сложности, то как проверить плотность электролита в необслуживаемом аккумуляторе. Такие батареи имеют в верхней крышке небольшой глазок, который можно выкрутить и через появившееся отверстие проверить плотность аккумулятора автомобиля. Помните лишь о том, что в необслуживаемых аккумуляторах можно будет провести замер плотности электролита в одной банке, поэтому вы получите усредненный показатель. Выполнить точные замеры по каждой из банок у вас не получится.

В этой статье мы рассказали вам как правильно проверить плотность электролита в аккумуляторе. Такое обслуживание батареи автомобиля должно выполняться на регулярной основе. Поддерживая оптимальные показатели плотности и уровень электролита, вы сможете обеспечить качественный запуск двигателя автомобиля при любых температурах, а сам аккумулятор прослужит вам максимально долго. Если у вас появились какие-либо сложности с выполнением данной работы, то в сети интернет вы можете найти многочисленные тематические видео, где наглядно показывается как проверить плотность электролита в аккумуляторе ареометром.

АКБ. Правила зимнего хранения и эксплуатации

08.08.2016

Зимой некоторые автомобили эксплуатируются нечасто. Нужно ли перед долгой стоянкой скидывать клеммы и отключать массу? И каковы правила хранения АКБ зимой, если машина совсем не используется?

Снимать клеммы и отключать массу необходимо. На это есть свои причины. Прежде всего, в любом случае существует утечка в виде работы бортовых систем, например часов, питание идет и на бортовой компьютер. Все это постепенно опустошает вашу аккумуляторную батарею. Стандартная утечка бортовой цепи автомобиля, допустимая заводом-изготовителем по нормам, составляет 30 миллиампер (0,03 А). На первый взгляд, кажется, что это совсем немного. Но это только так кажется. Попробуйте пересчитать, за какое время такая утечка опустошит ваш аккумулятор. Возьмем, к примеру, стандартную батарею емкостью 55 А/ч. Это означает, что 55 ампер он, выдаст за час. Или 5,5 ампер за 10 часов. Половину ампера он отдаст уже за сто часов. Следовательно, 50 миллиампер уйдут за тысячу часов. Тысячу часов делим на 24 часа, получается, что полностью батарея сядет за 41 день, это если АКБ была 100% заряжена, если нет то еще быстрее. Но эксплуатация при 100% разряде совершенно недопустимо. Если аккумулятор разрядится на 25 % — это уже плохо, а если сядет на 50% — он замерзнет уже при «-27» градусах по Цельсию. Так что за 20 дней при стандартной утечке ваш аккумулятор превратится в кусок льда при стоянке на улице зимой, а про пуск автомобиля мы тут вообще не говорим. Чтобы избежать такого развития событий, нужно просто снять клемму. Это самый простой способ предотвратить утечку энергии и разрядку батареи при длительном промежутке времени «не езды» на машине. Для современных машин это, конечно, не очень хорошо. Могут сброситься настройки бортового компьютера, заблокироваться аудиосистема, потеряться настройки электронного ключа. Но ведь такие машины и не рассчитаны на такую редкую эксплуатацию. Впрочем, и здесь есть выход — периодически подзаряжать аккумулятор или как компромисс хотя бы запускать иногда машину на короткий промежуток времени.

Как же правильно хранить АКБ, если машина зимой на приколе, обслуживать аккумулятор и эксплуатировать его.

1. Хранение аккумулятора

Залитые батареи рекомендуется хранить в сухом помещении с температурой не ниже −30? и не выше 0?. Батареи устанавливаются на хранение полностью заряженными. Допускается хранить батареи и при положительных температурах, однако темп саморазряда аккумуляторов при этом будет в несколько раз выше. Ежемесячно необходимо проверять плотность электролита или измерять напряжение на клеммах аккумулятора. Степень разряда аккумулятора можно проверить по таблице № 1. При снижении плотности электролита более чем на 0,03 г/см3, т.е. до уровня 1,24 г/см3 или напряжения ниже «12,45» Вольт батарею следует подзарядить.

Перед продолжительной стоянкой автомобиля необходимо отсоединить АКБ от бортовой сети, полностью ее зарядить и хранить в прохладном помещении. Моноблок во избежание саморазряда по поверхности должен быть чистым. Если батарея должна быть постоянно готова к установке на автомашину, то при снижении плотности до уровня 1,24 г/см3, батарею следует подзарядить. Если от батареи не требуется постоянной готовности, то рекомендуется ее подзаряжать при снижении плотности до уровня 1,22 г/см3.

Зимой следует иметь в виду, что электролит в сильно разряженных батареях может замерзнуть при наступлении морозов. Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности приведена в таблице № 2.

Не допускайте снижения плотности до критической, иначе при замерзании электролита возможно необратимое повреждение моноблока и пластин аккумулятора.

Таблица № 1. Степень разряженности аккумулятора.

Напряжение на клеммах, (В) 12,66 12,45 12,24 12,06 11,80 и ниже
Плотность электролита, г/см3 1,27 1,23 1,20 1,17 1,12 и ниже
Степень заряда, % 100 75 50 25 0
t замерзания электролита ? -64 -42 -27 -15 -10 до 0

Таблица № 2. Температура замерзания электролита в зависимости от его плотности.

Плотность Эл-та 1,0 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,27 1,30 1,35
t замерзания, ? 0 −3,. 3 −7,7 −15 −27 −52 −64 −70 −49

2. Контроль состояния батареи

Рекомендуется один раз в месяц проверять уровень электролита и при необходимости доливать только дистиллированную воду до нормального уровня. Пластины, не покрытые электролитом, высыхают и осыпаются, что приводит к преждевременному выходу АКБ из строя.

Запрещается доливать электролит или кислоту в АКБ.
Это можно делать только в том случае, если точно известно, что понижение уровня электролита произошло за счет его выплескивания.

Не используйте воду сомнительного происхождения.
Контролируйте степень заряженности аккумулятора по плотности электролита или по напряжению на клеммах ненагруженной батареи. Степень разряда батареи можно определить из Таблицы № 1, или посчитать по формуле:

Uнрц = 6*(0,84+Р), где
Uнрц (НРЦ) — напряжение разомкнутой цепи;
Р — Плотность электролита.

Следовательно, плотность можно посчитать соответственно по формуле: Р = Uнрц/ 6 — 0,84

100% заряженная батарея, т.е. с плотностью электролита 1,27 г/см3 будет иметь:
НРЦ = 6*(0,84+1,27) = 12,66 Вольта;
Р = 12,66 / 6 — 0,84 = 1,27 г/см3

Зная напряжение на клеммах аккумулятора, можно всегда посчитать плотность электролита в нем.

Категорически запрещается эксплуатировать батареи с уровнем заряда ниже 75% зимой и 50% летом.
Хранение и эксплуатация АКБ в разряженном состоянии приводит к необратимым процессам, при которых восстановление АКБ не возможно.

Низкая плотность электролита в АКБ говорит о её разряженности и для повышения плотности электролита необходимо заряжать АКБ, а не повышать её доливкой кислоты или электролита.
Просто долив кислоты или электролита, приведёт к изменению кислотного баланса и как следствие после полного заряда к превышению допустимого уровня плотности электролита. Превышение плотности электролита выше допустимой нормы приводит к разрушению пластин внутри АКБ.

3. Заряд аккумулятора

Заряд АКБ производится током равным 10% от её ёмкости (например при ёмкости 55 А/Ч ток зарядки не должен превышать 5,5 А). Нарушение данного требования приводит к разрушению пластин из-за перегрузок.

Старайтесь заряжать батарею малыми токами, при этом увеличивается степень и глубина заряда.

Окончанием процесса заряда аккумуляторов следует считать:

  1. равномерное кипение электролита во всех банках;
  2. равномерный нагрев корпуса батареи;
  3. напряжение на клеммах аккумулятора достигло значения 16,4 вольта;
  4. плотность электролита прекратила подниматься в батарее (если плотность растет, то это означает, что не все элементы еще прореагировали и батарея заряжается).

4. Контроль электрооборудования автомобиля

Необходимо качественно и регулярно проверять и обслуживать электрооборудование автомобиля. Отклонение параметров электрооборудования (генератора, стартера, различных реле) от установленных величин приводит к снижению надежности и к сокращению срока службы АКБ.

Нормы на параметры электрооборудования:

Пределы рабочего напряжения бортовой сети автомобиля не должны выходить за пределы 13,8-14,5 V, при различных режимах работы автомобиля.

Отклонение величины зарядного напряжения за пределы нормы на 0,3 — 0,5 V приводит к сокращению срока службы батареи в несколько раз.

Токи утечки не должны превышать 30 мА/ч (0,03 Ампера). Повышенный ток утечки уменьшает срок службы АКБ ввиду ускоренности циклов заряда-разряда батареи, и увеличивает вероятность глубокого разряда батареи.

Повышенное напряжение генератора приводит к осыпанию активной намазки пластин в батареях, что приводит к уменьшению емкости батареи и способствует замыканию пластин за счет осыпавшейся активной массы с положительных пластин.

Эксплуатация разряженной батареи приводит к осыпанию активной массы с отрицательных пластин. Признаком осыпания пластин является потемнение цвета электролита во всех банках (коричневый цвет — осыпание положительных пластин, серый цвет — осыпание отрицательных пластин).

Так же пониженное напряжение генератора (особенно зимой) не позволяет зарядить полноценно батарею, и происходит ее эксплуатация в полуразряженном состоянии. Это может привести к необратимой сульфатации пластин, что чревато уменьшением, как емкости батареи, так и величины стартового тока аккумулятора.

У недозаряженного аккумулятора плотность электролита понижена, что может привести к его замерзанию при сильных морозах и стоянке машины на улице (смотри таблицу № 2).

5. Эксплуатация аккумулятора

Пуск стартера производите короткими включениями, но не более чем на 10 сек. Перерыв между включениями летом не менее 15 сек., зимой не менее 1 мин. Избегайте включать стартер более 3-х раз подряд. Езда при помощи стартера не допускается.

Категорически запрещается «прикуривать» аккумулятор от нестандартных пускозарядных устройств во избежание взрыва моноблока, деформации пластин и внутренних тоководов, что приводит к осыпанию активной массы пластин и разрыву межэлектродных соединений.

При низких температурах происходит замедление всех химических процессов внутри АКБ, батарея переходит в «спящий режим» (электрические параметры АКБ при t ниже «-30» градусов по Цельсию понижаются в 2 раза.) Поэтому перед пуском двигателя на некоторое время необходимо включить электрические потребители (фары, габариты) для возобновления электрохимических процессов и только после этого делать попытки старта.

Для уменьшения рисков плохих пусков при эксплуатации автомобиля в зимнее время рекомендуется подбирать АКБ по ёмкости и стартовым характеристикам в соответствии с конкретной климатической зоной.

Корректировка электролита в аккумуляторе

Аккумуляторная батарея – один из основных элементов автомобиля, отвечающих за пуск двигателя. Значение аккумулятора сложно переоценить, ведь без него невозможно завести мотор, а, значит, машина своим ходом передвигаться не сможет. Именно поэтому АКБ требует к себе особого внимания, исключающего возникновение неприятных ситуаций в виде невозможности совершить запланированную поездку. При этом стоит отметить, что для поддержания работоспособности это важного источника питания не требуется предпринимать каких-то сверхусилий, а достаточно выполнять лишь небольшой комплекс профилактических мер.

Свинцовая аккумуляторная батарея представляет собой гальванический элемент, внутри которого химическая энергия в результате протекающих реакций преобразуется в электрическую. Этот процесс невозможен без электролита – раствора кислоты, обеспечивающего движение заряженных частиц между погруженными в него электродами. Как правило, электролит представляет собой водный раствор серной кислоты определенной плотности. Именно такой параметр как плотность электролита оказывает значительное влияние на работоспособность аккумулятора, поэтому периодически его нужно контролировать.

Измерение плотности электролита в аккумуляторе

Измерить плотность залитого в свинцовый аккумулятор электролита не так уж сложно, однако есть определенные нюансы, связанные с особенностями устройства и принципом работы АКБ. Перечислим некоторые важные моменты, которые надо учесть:

  1. Осуществить процедуру измерения плотности получится только в случае с так называемым обслуживаемым аккумулятором, который предоставляет доступ к банкам (секциям) с электролитом посредством закрытых крышками заливных отверстий. Как раз через эти отверстия (обычно их число равно шести, как и количество секций) и осуществляется забор состава для замера плотности.
  2. В процессе своей работы автомобильная аккумуляторная батарея постоянно заряжается и разряжается. Разряд происходит при прокручивании стартера, а заряд – при уже заведенном двигателе от генератора. В зависимости от степени заряженности меняется и плотность электролита. Значения могут колебаться в пределах 0.15-0.16 г/см3. Важно отметить, что автомобильный генератор не способен полностью зарядить аккумуляторную батарею. При штатной работе на машине потенциал АКБ используется только на 80-90%. Полный заряд может обеспечить только внешнее зарядное устройство, к которому обязательно придется прибегнуть перед осуществлением замера плотности электролита.
  3. Плотность электролита зависит от его температуры. Обычно замер производится при температуре +25 °С, в противном случае делаются поправки.

Допустим, все вышеперечисленные условия приняты во внимание, и есть возможность приступить непосредственно к замеру плотности. Для этого понадобится специальный прибор – денсиметр, который состоит из ареометра, резиновой груши и стеклянной трубки с наконечником. Прибор вводится в банку аккумулятора через заливное отверстие, а затем осуществляется засасывание электролита с помощью резиновой груши. Оно происходит до тех пор, пока ареометр не всплывет. Показания считываются после того, как прекратятся колебания ареометра и появится возможность определения точного значения. Отсчет показаний производится по шкале, при этом взгляд должен находиться на уровне поверхности жидкости.

Полученное значение должно входить в диапазон 1.25-1.27 г/см3, если автомобиль эксплуатируется в средней полосе. В холодной климатической зоне (средняя месячная температура января ниже -15 °С) показатель должен находиться в интервале 1. 27-1.29 г/см3. Проверять плотность электролита на соответствие этим числам нужно в каждой из шести банок аккумулятора. Показания не должны отличаться более чем на 0.01 г/см3, иначе потребуется их корректировка.

Как мы уже говорили, плотность электролита изменяется в зависимости от температуры. Это значит, что зимой и летом жидкость в одном и том же полностью исправном аккумуляторе будет иметь разную плотность. О том, насколько будут разниться показания, дает представление приведенная ниже таблица.

Температура электролита, °С Поправка к показанию денсиметра, г/см3 Температура электролита, °С Поправка к показанию денсиметра, г/см3
-55…-41 -0.05 +5…+19 -0.01
-40…-26 -0.04 +20…+30 0
-25…-11 -0.03 +31…+45 +0. 01
-10…+4 -0.02 +46…+60 +0.02

Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности демонстрирует еще одна таблица. На основе этих данных можно установить оптимальную плотность электролита для конкретных климатических условий. Нижняя граница подобранного интервала должна гарантировать, что электролит не замерзнет даже при самых сильных холодах и обеспечит требуемое для прокручивания стартера усилие. В то же время чрезмерно завышать плотность тоже нельзя, так как на положительных электродах аккумулятора начинают ускоряться коррозионные процессы, приводящие к сульфатации пластин.

Плотность электролита при 25 °С, г/см3 Температура замерзания, °С Плотность электролита при 25 °С, г/см3 Температура замерзания, °С
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

Причины изменения плотности электролита

Зафиксированные в результате измерения плотности значения не всегда соответствуют требуемым показателям. Расхождения могут касаться как отдельных банок аккумулятора, так и всех вместе. Если плотность завышена, то нужно обратить в первую очередь внимание на уровень электролита. Низкий уровень в большинстве случае является последствием электролиза, приводящего к разложению входящей в состав электролита воды на водород и кислород. Этот процесс выражается в появлении на поверхности жидкости пузырьков, что обычно происходит при зарядке аккумулятора. Частое «кипение» может приводить к снижению концентрации воды, и этот вопрос решается ее простым добавлением. Доливать в аккумулятор стоит только дистиллированную воду, контролируя при этом уровень электролита. Подробнее о корректировке плотности электролита поговорим ниже.

Если с повышенной плотностью все ясно, то с пониженной ситуация несколько сложнее. В теории, одной из причин понижения плотности, может быть то, что по какой-то причине в электролите уменьшилась доля серной кислоты. Однако на практике это маловероятно, так как сама по себе она обладает высокой температурой кипения, исключающей испарение даже при интенсивном нагреве, который происходит, например, при зарядке аккумуляторной батареи. Более распространенной причиной снижения плотности электролита является так называемая сульфатация пластин, заключающаяся в образовании на электродах сульфата свинца (PbSO4). На самом деле, это естественный процесс, происходящий при каждом разряде АКБ. Но дело в том, что при нормальном режиме работы после разряда аккумулятора обязательно происходит его заряд (на автомобиле аккумулятор постоянно подзаряжается от генератора). Заряд сопровождается обратным преобразованием сульфата свинца в свинец (на катоде) и двуокись свинца (на аноде) – в те активные вещества, которые составляют основу электродов и непосредственно участвуют в химическом процессе внутри аккумуляторной батареи. Если АКБ находится длительное время в разряженном состоянии, сульфат свинца кристаллизуется, безвозвратно теряя способность участвовать в химических реакциях. Это очень неприятный процесс, в результате которого аккумулятор уже не получится зарядить полностью даже при использовании внешнего зарядного устройства ввиду того, что не вся площадь пластин задействована в работе. Так как аккумулятор не заряжается до конца, то и плотность электролита не восстанавливается до своих исходных значений. По сути, здесь уже идет разговор об устранении нарушений в нормальном функционировании аккумулятора.

Частичную сульфатацию пластин можно устранить с помощью контрольно-тренировочных циклов, заключающихся в заряде и последующем разряде батареи до определенного уровня. Большинство современных зарядных устройств имеют такую функцию, поэтому имеет смысл ей воспользоваться, особенно если аккумулятор по какой-то причине долго находился в разряженном состоянии. Процедура десульфатации весьма длительная и может занять до нескольких дней. Если она не принесла результата, то крайней мерой является увеличение плотности с помощью добавления корректирующего электролита (плотность около 1.40 г/см3). Такой способ можно рассматривать только как временное решение проблемы, потому что причина как таковая не устраняется.

Как поднять плотность электролита

Понизить или повысить плотность электролита в аккумуляторе можно путем откачивания его определенного количества, и долива взамен дистиллированной воды или электролита с повышенной плотностью (корректирующего). Данная процедура требует больших временных затрат, так как цикл откачки-долива может повторяться несколько раз, пока не будет достигнуто требуемое значение. После каждой корректировки необходимо поставить аккумулятор на зарядку (минимум на 30 минут), а затем дать ему постоять (0.5-2 часа). Эти действия необходимы для лучшего перемешивания электролита и выравнивания плотности в банках.

В процессе поднятия (или понижения) плотности электролита не стоит забывать и о контроле его уровня. Он осуществляется стеклянной трубкой с двумя отверстиями по краям. Один край погружается в электролит до тех пор, пока не упрется в предохранительную сетку. Далее верхний конец закрывается пальцем, а сама трубка осторожно поднимается вместе со столбиком жидкости внутри. Высота этого столбика указывает на расстояние от верхней кромки пластин до поверхности залитого электролита. Оно должно составлять 10-15 мм. Если аккумулятор имеет индикатор (тубус) или прозрачный корпус с нанесенными метками минимума и максимума, то контролировать уровень значительно проще.

Не стоит забывать, что все операции с электролитом необходимо выполнять осторожно, используя защитные перчатки и очки.


Эксплуатация аккумуляторной батареи КамАЗ | АвтоКАМ

При получении сухозаряженных аккумуляторных батарей их надо подготовить к работе на автомобиле: залить электролит и зарядить батарею на зарядной станции в соответствии с инструкцией по уходу за батареями.

При нормальной эксплуатации автомобиля батарея заряжается автоматически. Если аккумуляторная батарея постепенно разряжается или чрезмерно заряжается и электролит начинает «кипеть», необходимо проверить исправность генераторной установки.

Не следует допускать большого разрядного тока (при пуске холодного двигателя зимой), так как это приводит к короблению пластин, выпаданию активной массы и сокращению срока службы аккумуляторных батарей.

При эксплуатации батареи в центральных районах с температурой зимой до —30 °С в батарею следует заливать электролит плотностью 1,250 +- 0,01 г/см3.

Для районов Крайнего Севера с температурой зимой ниже —40 °С плотность заливаемого электролита должна быть 1,290 зимой и 1,250 летом, а для южных районов 1,230 (дана плотность, приведенная к температуре +15 °С)

Электролит готовят из аккумуляторной серной кислоты (ГОСТ 667—73) и дистиллированной воды (ГОСТ 6709—72) в керамической, эбонитовой или освинцованной посуде, в которую сначала наливают дистиллированную воду, а затем вливают тонкой струей серную кислоту.

Вливать воду в концентрированную серную кислоту запрещается во избежание несчастных случаев при разбрызгивании кислоты.

В аккумуляторы следует заливать электролит в таком порядке:

снять предохранительную коробку;

снять декоративную крышку;

вывернуть пробки и срезать выступы на них;

залить тонкой струйкой электролит; уровень электролита должен быть на уровне нижнего торца тубуса горловины.

Не ранее чем через 20 мин и не позднее чем через 2 ч после заливки электролита необходимо проверить его плотность и уровень. Если плотность электролита понизится не более чем на 0,03 г/см3 по сравнению с плотностью заливаемого электролита, то батарею можно устанавливать на автомобиле без подзаряда. Если плотность понизится более чем на 0,03 г/см3, то батарею следует зарядить.

Включать батарею на заряд разрешается, если температура электролита не превышает 30 °С. Заряд ведут током 19 А до обильного выделения газа во всех аккумуляторах и до стабилизации напряжения и плотности электролита в течение 2 ч. Во время заряда необходимо периодически проверять температуру электролита и следить за тем, чтобы она поднималась не выше 45 °С. В том случае, если температура окажется выше 45 °С, следует уменьшить зарядный ток наполовину или прервать заряд на время, необходимое для снижения температуры до 30—35 °С.

В конце заряда, если плотность электролита, замеренная с учетом температурной поправки, будет отличаться от плотности электролита, заливаемого ранее, то доливают либо дистиллированную воду (при плотности выше нормы), либо кислоту плотностью 1,400 г/см3 (при плотности ниже нормы).

После корректировки плотности продолжают заряд в течение 30 мин для полного перемешивания электролита.

Затем замеряют уровень электролита, который доводят до нормы (электролит должен касаться нижнего торца тубуса заливной горловины) добавлением электролита той же плотности при низком уровне или удалением с помощью резиновой груши избыточного количества электролита при его уровне выше нормы.

В процессе эксплуатации аккумуляторных батарей на автомобиле перед каждым его выездом из парка необходимо проверять надежность крепления батарей в гнезде и плотность контакта наконечников проводов с выводами батареи, а также очищать батареи от пыли и грязи. Электролит, попавший на поверхность батареи, нужно вытереть чистой ветошью, смоченной в 10 %-ном растворе нашатырного спирта или кальцинированной соды.

Периодически следует проверять уровень электролита и при необходимости доводить до нормы доливкой дистиллированной воды. В холодное время года во избежание замерзания воды ее следует добавлять непосредственно перед пуском двигателя. Доливать электролит или кислоту в аккумуляторные батареи запрещается, за исключением тех случаев, когда точно известно, что уровень электролита понизился в результате его выплескивания. При этом плотность доливаемого электролита должна быть такой же, как и электролита в аккумуляторной батарее.

Периодически следует проверять степень заряженности аккумуляторов по плотности электролита, руководствуясь данными, приведенными в табл. 6. При разряде батареи летом на 50% и зимой на 25% ее необходимо снять с автомобиля и отправить на полный заряд на зарядную станцию.

Один раз в год аккумуляторную батарею следует отправлять на зарядную станцию для проведения контрольно-тренировочного цикла.

BU-804c: расслоение кислоты и поверхностный заряд

Ознакомьтесь с простыми рекомендациями по продлению срока службы свинцово-кислотных аккумуляторов при правильном использовании

Кислотное расслоение

Электролит многослойной батареи концентрируется на дне, истощая верхнюю половину элемента. Кислотное расслоение происходит, если аккумулятор постоянно находится на низком заряде (ниже 80 процентов), никогда не получает полного заряда и имеет неглубокие разряды. Вождение автомобиля на короткие расстояния с включенными дополнительными устройствами, снижающими мощность, способствует расслоению кислоты, поскольку генератор переменного тока не всегда может обеспечить насыщенный заряд.Большие роскошные автомобили особенно подвержены кислотному расслоению. Это не дефект батареи как таковой, а связанный с приложением. На рис. 1 показана обычная батарея, в которой кислота равномерно распределена сверху вниз.

Рис. 1: Обычный аккумулятор [1]

Кислота равномерно распределяется сверху вниз по аккумулятору, обеспечивая хорошую общую производительность.

На рис. 2 показана многослойная батарея, в которой концентрация кислоты легкая вверху и тяжелая внизу.Легкая кислота в верхней части ограничивает активацию пластины, способствует коррозии и снижает производительность, в то время как высокая концентрация кислоты в нижней части делает батарею более заряженной, чем она есть на самом деле, и искусственно повышает напряжение холостого хода. Неравномерный заряд на пластинах снижает CCA (ток холодного пуска), и запуск двигателя происходит вяло.

Рисунок 2: Многослойная батарея [1]

Концентрация кислоты легкая вверху и тяжелая внизу.Это повышает напряжение холостого хода, и батарея кажется полностью заряженной. Чрезмерная концентрация кислоты вызывает сульфатацию нижней половины пластин.

Дайте аккумулятору отдохнуть в течение нескольких дней, встряхните его или наклоните аккумулятор на бок, чтобы устранить проблему. Также помогает применение уравнительного заряда путем повышения напряжения 12-вольтовой батареи до 16 вольт в течение 1–2 часов путем перемешивания электролита путем электролиза. Избегайте продления долива сверх рекомендуемого времени.Дополнительный заряд применяется для поддержания полного заряда и предотвращения сульфатации свинцово-кислотных аккумуляторов.

Кислотного расслоения не всегда можно избежать. В холодные зимние месяцы стартерные батареи большинства легковых автомобилей находятся на уровне 75 процентов заряда. Зная, что работа двигателя на холостом ходу и вождение в пробках недостаточно заряжают аккумулятор; время от времени заряжайте аккумулятор с помощью внешнего зарядного устройства. Если это нецелесообразно, переключитесь на аккумулятор AGM. AGM не подвержен кислотному расслоению и менее чувствителен к сульфатации при недозаправке, чем залитая версия.AGM немного дороже, чем залитая версия, но батарея должна работать дольше.

Поверхностный заряд

Свинцово-кислотные аккумуляторы инерционны и не могут быстро преобразовывать сульфат свинца в свинец и диоксид свинца во время зарядки. Это отсроченное действие приводит к тому, что большая часть активности заряда происходит на поверхностях пластин, что приводит к повышенному состоянию заряда (SoC) снаружи.

Аккумулятор с поверхностным зарядом имеет слегка повышенное напряжение и дает ложные показания SoC на основе напряжения.Чтобы нормализовать состояние, включите электрические нагрузки, чтобы снять около 1 процента емкости аккумулятора, или дайте аккумулятору отдохнуть в течение нескольких часов. Это можно сделать, включив фары на несколько минут. Поверхностный заряд — это не дефект батареи, а обратимое состояние.

Простые рекомендации по продлению срока службы батареи
  • Полная зарядка в течение 14–16 часов. Заряжайте в хорошо проветриваемом помещении.
  • Всегда держите заряженным свинцово-кислотный аккумулятор.Избегайте хранения при напряжении ниже 2,07 В/элемент или при уровне удельного веса ниже 1,190.
  • Избегайте глубоких разрядов. Чем глубже разряд, тем короче срок службы батареи. Кратковременная зарядка во время 1–2-часового перерыва при интенсивном использовании продлевает срок службы батареи.
  • Никогда не допускайте, чтобы уровень электролита опускался ниже верхней части пластин. Открытые пластины сульфатируются и становятся неактивными. При низком уровне добавьте столько воды, сколько нужно, чтобы покрыть открытые пластины перед зарядкой. Всегда заполняйте до нужного уровня после зарядки.
  • Никогда не добавляйте кислоту. Это приведет к слишком высокому удельному весу и вызовет чрезмерную коррозию.
  • Используйте дистиллированную или деионизированную воду. Водопроводная вода может использоваться в некоторых регионах.
  • В новом состоянии батарея глубокого разряда может иметь емкость 70 процентов или меньше. Форматирование как часть полевого использования постепенно повысит производительность. Применяйте мягкую нагрузку в течение первых пяти циклов, чтобы позволить новой батарее отформатироваться.
  • Новые аккумуляторы с малой емкостью у многих хуже работают, чем те, которые начинают жизнь с большой емкости.Известно, что люди с низкими показателями живут недолго. Целесообразна проверка емкости в рамках приемки.
  • Старт-стопная батарея обычно содержит на 25 % больше свинца, чем стандартная стартерная батарея, что обеспечивает большое количество циклов. Это отражается в соответствующей надбавке к цене.

№ по каталогу

[1] Предоставлено Cadex

Батарейки в портативном мире

Материал по Battery University основан на обязательном новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров », который доступен для заказа через Amazon.ком.

Достижение высокой плотности энергии за счет увеличения выходного напряжения: аккумулятор на 5,3 В с высокой реверсивностью Электролиты включают 5,3 В литий-метал-аккумулятор и 5,2 В литий-ионной батареи

• 0
9009 • 0

. Исследуйте механизм литий-разбираемости 5,3 В LiComno 4 Cathodes

9009. Выявить корреляцию между электролитами и CEI или SEI на электродах

Общая картина

Сегодня более высокая плотность энергии перезаряжаемой батареи становится все более желательной из-за растущих требований со стороны электромобилей.Современные литий-ионные батареи, основанные на химии интеркаляционного катода, оставляют относительно мало места для дальнейшего повышения плотности энергии, поскольку удельная емкость этих катодов приближается к теоретическому уровню. Увеличение выходного напряжения элемента является возможным направлением для значительного увеличения плотности энергии батарей. Обширные исследования были посвящены изучению элементов >5,0 В, но были достигнуты лишь ограниченные успехи из-за узкого диапазона электрохимической стабильности традиционных электролитов (<5,0 В).0 В). Здесь мы разрабатываем электролит на 5,5 В (1 M LiPF 6 в FEC/FDEC/HFE с добавкой LiDFOB), который позволяет катодам LiCoMnO на 5,3 В обеспечивать плотность энергии 720 Втч·кг·–1· в течение 1000 циклов. и 5,2 В графит || LiCoMnO 4 полных элементов для обеспечения плотности энергии 480 Втч кг -1 на 100 циклов.

Резюме

Плотность энергии современных литий-ионных аккумуляторов ограничена низкой емкостью интеркаляционного катода, что оставляет относительно мало возможностей для дальнейшего улучшения, поскольку удельная емкость этих катодов приближается к теоретическому уровню.Увеличение выходного напряжения элемента является возможным направлением для значительного увеличения плотности энергии батарей. Обширные исследования были посвящены изучению элементов > 5,0 В, но были достигнуты лишь ограниченные успехи из-за узкого окна электрохимической стабильности электролитов (<5,0 В). Здесь мы сообщаем о электролите на 5,5 В (1 M LiPF 6 во фторэтиленкарбонате, бис(2,2,2-трифторэтил)карбонате и гидрофторэфире [FEC/FDEC/HFE] с дифтор(оксалат)боратом лития [LiDFOB ] добавка), что позволяет 5.3 В LiCoMnO 4 катодов для обеспечения плотности энергии 720 Втч кг −1 на 1000 циклов и 5,2 В графит||LiCoMnO 4 полных элементов для обеспечения плотности энергии 480 Втч кг −1 на 100 циклы. Электролиты на 5,5 В обеспечивают большой шаг к разработке литиевых аккумуляторов высокой энергии.

ООН Устойчивое развитие Цели

SDG7: Доступная и чистая Энергия

Ключевые слова

Высокое напряжение

Батарея Li-Metal

Литий-Ионная Аккумулятор

Высокая Плотность энергии

Ли-металл Анод

Стабильный электролит

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

© 2019 Elsevier Inc.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Влияние температуры и тепловое воздействие в литий-ионных батареях: обзор

https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2018.11.002Получить права и содержание Ионные батареи с высокой плотностью энергии (до 705 Вт·ч/л) и плотностью мощности (до 10 000 Вт/л) демонстрируют высокую емкость и отличные рабочие характеристики. В качестве перезаряжаемых батарей литий-ионные батареи служат источниками питания в различных прикладных системах.Температура, как критический фактор, существенно влияет на производительность литий-ионных аккумуляторов, а также ограничивает применение литий-ионных аккумуляторов. Более того, разные температурные условия приводят к разным неблагоприятным последствиям. Точное измерение температуры внутри литий-ионных аккумуляторов и понимание температурных эффектов важны для правильного обращения с аккумуляторами. В этом обзоре мы обсуждаем влияние температуры на литий-ионные батареи как в низкотемпературном, так и в высокотемпературном диапазоне.В обзоре также обсуждаются современные подходы к мониторингу внутренней температуры литий-ионных аккумуляторов как контактным, так и бесконтактным способами.

Графический реферат

Литий-ионные батареи (LIB) с высокой плотностью энергии и удельной мощностью демонстрируют хорошие характеристики во многих различных областях. Однако производительность LIB по-прежнему ограничена влиянием температуры. Приемлемый температурный диапазон для ЛИА обычно составляет от −20°C до 60°C. Как низкая, так и высокая температура за пределами этого диапазона приведет к ухудшению характеристик и необратимым повреждениям, таким как литиевое покрытие и тепловой выход из строя.Поэтому понимание температурных эффектов и точное измерение температуры внутри литий-ионных аккумуляторов важны для правильного обращения с аккумуляторами. Современные достижения в области контроля температуры внутри ЛИА можно разделить на контактное измерение и бесконтактное измерение. В этом обзоре рассматриваются последние достижения как в понимании температурных эффектов, так и в мониторинге температуры, а также обсуждаются проблемы и возможные будущие направления в достижении оптимальной производительности батареи.

  1. Скачать: Скачать High-Rest Image (200 КБ)
  2. Скачать: Скачать полноразмерный Изображение
  3. 8

9002 ключевые слова

Температура Эффект

Внутренняя температура

Управление батареями

Тепловое управление

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

© Китайское общество исследования материалов, 2018 г. Опубликовано Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Электролиты на основе ионных жидкостей для аккумуляторных батарей

Введение

Ионные жидкости при комнатной температуре (RTIL) представляют собой расплавленные соли с температурой плавления значительно ниже 100 °C.Большинство RTIL представляют собой органические соли с высокой степенью изменчивости, которые можно контролировать с помощью молекулярного дизайна. Ионные жидкости (ИЖ) обладают многими полезными свойствами, включая низкое давление паров, широкий температурный диапазон жидкого состояния, высокую химическую и термическую стабильность, широкий диапазон электрохимических напряжений, негорючесть, высокую ионную проводимость и хорошую растворимость в различных органических или неорганических материалах. . 1 Уникальные свойства ИЖ делают их особенно многообещающими кандидатами в качестве (1) экологически безопасных или «зеленых» альтернатив органическим растворителям для химического синтеза, катализа, разделения и экстракции, (2) универсальных электролитов для электрохимии и фотогальваники и ( 3) новые функциональные материалы для смазки, микрофлюидики, пропеллентов и датчиков. 1

В последние годы большой интерес вызывает потенциальное использование ИЖ в качестве новых электролитов для различных вторичных перезаряжаемых батарей. ИЖ использовались для ускорения разработки аккумуляторов на основе алюминия, 2–9 снижают воспламеняемость аккумуляторов на основе лития, 10–13 и повышают циклическую стабильность и кулоновский КПД двойных графитовых аккумуляторов. 14–16 Алюминиевые аноды недороги, маловоспламеняемы и обладают уникальными трехэлектронными окислительно-восстановительными свойствами.В результате перезаряжаемые алюминиевые батареи обещают экономию средств и более высокую безопасность, что может привести к новому направлению в технологии хранения энергии. 2 ИЖ являются идеальными электролитами для разработки алюминиевых аккумуляторов, позволяющих избежать проблемы пассивации гидроксида алюминия на поверхности алюминия в водных электролитах. Несколько катодных материалов, включая графит 2–6 и оксиды переходных металлов 7–9 , были изучены для использования в алюминиевых батареях в электролитах IL. С другой стороны, вторичные батареи на основе лития, которые состоят из графитовых или чистых литиевых анодов и электролитов с органическими растворителями, обладают потенциалом для высокого рабочего напряжения, высокой плотности энергии и хорошей циклической стабильностью, но имеют недостаток легковоспламеняющихся электролитов, который может привести к опасности безопасности. 10–13 ИЖ также изучались на протяжении многих лет для повышения безопасности литий-ионных аккумуляторов. Батареи с двойным графитом, в которых используется недорогой графит как для анода, так и для катода, а также негорючие ионные жидкие электролиты, могут принести пользу окружающей среде, повысить безопасность и снизить затраты. 14–16

Здесь мы представляем краткий обзор ионных жидких электролитов, используемых в современных перезаряжаемых батареях, включая высокопроизводительные и недорогие алюминиевые батареи, негорючие батареи на основе лития, а также устойчивые к циклированию и стабильные двойные графитовые батареи. батареи.Мы также обрисовываем ключевые изученные вопросы, чтобы определить будущее направление развития IL. Далее мы обсудим, как универсальность ионных жидких электролитов может ускорить разработку перезаряжаемых батарей для хранения энергии.

Синтез ионных жидкостей

ИЖ

состоят из объемистых и асимметричных катионов, таких как имидазолий, пирролидиний, пиридиний, пиперидиний, аммоним и фосфоний, и различных неорганических или органических анионов, включая галогениды (хлорид [Cl ], бромид [Br ] , йодид [I ]), ацетат [ACO ], тетрафторбобар [BF 4 ], гексафторфосфат [PF 6 ], тетрахлоруалумин [ALCL 4 ] , бис(трифторметансульфонил)имид [TFSI ], этилсульфат [EtSO 4 ], дицианамид [N(CN) 2 ] и тиоцианат [SCN ]. 1 На рис. 1 показана молекулярная структура катионов и анионов нескольких ионных жидкостей при комнатной температуре, обычно используемых для перезаряжаемых батарей.

Новый аккумуляторный электролит может повысить производительность электромобилей

Новый электролит на основе лития, изобретенный учеными Стэнфордского университета, может проложить путь к следующему поколению электромобилей с батарейным питанием.

В исследовании, опубликованном 22 июня в журнале Nature Energy, исследователи из Стэнфорда демонстрируют, как их новая конструкция электролита повышает производительность литий-металлических батарей, многообещающей технологии для питания электромобилей, ноутбуков и других устройств.

«Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях, которые быстро приближаются к своему теоретическому пределу плотности энергии», — сказал соавтор исследования И Цуй, профессор материаловедения и инженерии, а также фотонной науки в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. «Наше исследование было сосредоточено на литий-металлических батареях, которые легче литий-ионных батарей и потенциально могут обеспечивать больше энергии на единицу веса и объема».

Йи Цуй, профессор материаловедения и инженерии, а также фотонной науки в Национальной ускорительной лаборатории SLAC и, с любезного разрешения, химии, старший научный сотрудник Стэнфордского института энергетики Precort.Цуй также является главным исследователем Стэнфордского института материаловедения и энергетики, совместной исследовательской программы SLAC и Стэнфорда.

Литий-ионный по сравнению с металлическим литием

Литий-ионные аккумуляторы

, используемые во всем, от смартфонов до электромобилей, имеют два электрода — положительно заряженный катод, содержащий литий, и отрицательно заряженный анод, обычно сделанный из графита. Раствор электролита позволяет ионам лития перемещаться туда и обратно между анодом и катодом, когда батарея используется и когда она перезаряжается.

Литий-металлическая батарея может удерживать примерно в два раза больше электроэнергии на килограмм, чем современная обычная литий-ионная батарея. Литий-металлические батареи делают это, заменяя графитовый анод металлическим литием, который может хранить значительно больше энергии.

«Литий-металлические аккумуляторы очень перспективны для электромобилей, где вес и объем имеют большое значение», — сказал соавтор исследования Женан Бао, K.K. Ли Профессор инженерной школы. «Но во время работы литий-металлический анод реагирует с жидким электролитом.Это вызывает рост литиевых микроструктур, называемых дендритами, на поверхности анода, что может привести к возгоранию и выходу батареи из строя».

Женань Бао, К.К. Ли Профессор Школы инженерии, старший научный сотрудник Стэнфордского института энергетики Precort и профессор материаловедения, инженерии и химии.

Исследователи десятилетиями пытались решить проблему дендритов.

«Электролит был ахиллесовой пятой литий-металлических аккумуляторов», — сказал соавтор Чжао Юй, аспирант по химии.«В нашем исследовании мы используем органическую химию для рационального проектирования и создания новых стабильных электролитов для этих батарей».

Новый электролит

В ходе исследования Ю и его коллеги изучили, могут ли они решить проблемы стабильности с помощью обычного имеющегося в продаже жидкого электролита.

«Мы предположили, что добавление атомов фтора в молекулу электролита сделает жидкость более стабильной, — сказал Юй. «Фтор — широко используемый элемент в электролитах для литиевых аккумуляторов.Мы использовали его способность притягивать электроны для создания новой молекулы, которая позволяет металлическому литиевому аноду хорошо функционировать в электролите».

В результате было получено новое синтетическое соединение, сокращенно FDMB, которое можно легко производить в больших количествах.

«Конструкции электролитов становятся очень экзотичными, — сказал Бао. «Некоторые из них подали хорошие надежды, но их производство очень дорого. Молекулу FDMB, которую придумал Чжао, легко производить в больших количествах, и она довольно дешевая».

«Невероятная производительность»

Команда из Стэнфорда протестировала новый электролит в литий-металлическом аккумуляторе.

Результаты были потрясающими. Экспериментальная батарея сохранила 90 процентов своего первоначального заряда после 420 циклов зарядки и разрядки. В лабораториях типичные литий-металлические батареи перестают работать примерно через 30 циклов.

Исследователи также измерили, насколько эффективно ионы лития переносятся между анодом и катодом во время зарядки и разрядки, свойство, известное как «кулоновская эффективность».

«Если вы зарядите 1000 ионов лития, сколько вы получите обратно после разрядки?» — сказал Цуй.«В идеале вам нужно 1000 из 1000 для кулоновской эффективности 100 процентов. Чтобы быть коммерчески жизнеспособным, элемент батареи должен иметь кулоновский КПД не менее 99,9%. В нашем исследовании мы получили 99,52% в полуячейках и 99,98% в полных ячейках; невероятное выступление».

Аккумулятор без анодов

Для потенциального использования в бытовой электронике команда из Стэнфорда также протестировала электролит FDMB в безанодных литий-металлических мешочных элементах — имеющихся в продаже батареях с катодами, которые подают литий к аноду.

«Идея состоит в том, чтобы использовать литий только на стороне катода для снижения веса», — сказал соавтор Хансен Ван, аспирант в области материаловедения и инженерии. «Безанодная батарея проработала 100 циклов, прежде чем ее емкость упала до 80 процентов — не так хорошо, как эквивалентная литий-ионная батарея, которая может работать от 500 до 1000 циклов, но все же одна из самых эффективных безанодных элементов».

«Эти результаты обнадеживают для широкого спектра устройств», — добавил Бао. «Легкие безанодные аккумуляторы станут привлекательной чертой для дронов и многих других электронных устройств.

Аккумулятор500

Министерство энергетики США (DOE) финансирует большой исследовательский консорциум под названием Battery500 , чтобы сделать литий-металлические батареи жизнеспособными, что позволит производителям автомобилей создавать более легкие электромобили, которые могут преодолевать гораздо большие расстояния между зарядками. Это исследование было частично поддержано грантом консорциума, в который входят Стэнфорд и SLAC.

Улучшая аноды, электролиты и другие компоненты, Battery500 стремится почти втрое увеличить количество электроэнергии, которое может обеспечить литий-металлическая батарея, со 180 ватт-часов на килограмм, когда программа была запущена в 2016 году, до 500 ватт-часов на килограмм.Более высокое отношение энергии к весу, или «удельная энергия», является ключом к решению проблем с запасом хода, которые часто возникают у потенциальных покупателей электромобилей.

«Безанодная батарея в нашей лаборатории достигла удельной энергии около 325 ватт-часов на килограмм, что является приличным числом», — сказал Цуй. «Нашим следующим шагом может быть совместная работа с другими исследователями из Battery500 для создания элементов, которые приближаются к цели консорциума в 500 ватт-часов на килограмм».

Помимо более длительного срока службы и лучшей стабильности, электролит FDMB также гораздо менее горюч, чем обычные электролиты, как показали исследователи в этом видео.

«Наше исследование, по сути, представляет собой принцип проектирования, который люди могут применять для создания лучших электролитов», — добавил Бао. «Мы только что показали один пример, но есть много других возможностей».

Среди других соавторов Стэнфорда – Цзянь Цинь, доцент кафедры химического машиностроения; ученые с докторской степенью Сянь Конг, Кеченг Ван, Вэньсяо Хуан, Снехашис Чоудхури и Чибуезе Аманчукву; аспиранты Уильям Хуан, Ючи Цао, Дэвид Макканик, Ю Чжэн и Саманта Хунг; и студенты Ютинг Ма и Эдер Ломели.Синьчан Ван из Сямэньского университета также является соавтором.

Эта работа также поддерживалась Программой исследования материалов для аккумуляторов Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США. Оборудование, используемое в Стэнфорде, поддерживается Национальным научным фондом.

Компания

Ion Storage Systems заявляет, что ее керамический электролит может изменить правила игры для твердотельных батарей

Подобные несоответствия в спросе и предложении способствовали массовым каскадным отключениям электроэнергии в В августе 2003 г. на северо-востоке США и в Канаде, в июле 2012 г. в Индии и в марте 2019 г. в Венесуэле.

Ситуация вряд ли улучшится в ближайшее время по трем причинам. Во-первых, по мере того как страны повсеместно переходят к обезуглероживанию, электрификация транспорта, отопления и других секторов вызовет резкий рост спроса на электроэнергию. Во-вторых, традиционные угольные и атомные электростанции выводятся из эксплуатации по экономическим и политическим причинам, удаляя стабильные источники из энергосистемы. И в-третьих, в то время как ветряные и солнечные фотоэлектрические системы отлично подходят для климата и являются самыми быстрорастущими источниками выработки электроэнергии, изменчивость их мощности порождает новые проблемы для балансировки сети.

Так как же сетевые операторы могут поддерживать баланс спроса и предложения, даже если они закрывают старые, грязные электростанции, наращивают переменную генерацию и добавляют новые электрические нагрузки? Есть несколько возможностей. Один из них — сделать модернизированную версию того, что мы делали в прошлом: построить гигантскую централизованную инфраструктуру. Это означало бы установку огромного количества накопителей энергии, таких как батареи масштаба сети и гидронасосные установки для хранения избыточной вырабатываемой возобновляемой энергии и соединения этого хранилища с высоковольтными линиями электропередачи, чтобы предложение могло удовлетворить спрос в сети.Китай является лидером в этом подходе, но это невероятно дорого и требует огромной политической воли.

Мы думаем, что есть лучший способ. Вместо радикального расширения инфраструктуры электросетей наша работа в Университете Вермонта была сосредоточена на том, как координировать спрос в режиме реального времени, чтобы соответствовать все более изменчивому предложению. Наша технология берет две идеи, которые делают Интернет фундаментально масштабируемым — пакетирование и рандомизация — и использует их для создания системы, которая может координировать распределенную энергию.Эти две концепции передачи данных позволяют миллионам пользователей и миллиардам устройств подключаться к Интернету без какого-либо централизованного планирования или контроля. Те же основные идеи могут работать и в электрической сети. Используя связь с низкой пропускной способностью и небольшие контроллеры, работающие с простыми алгоритмами, можно использовать миллионы электрических устройств для балансировки потока электроэнергии в локальной сети. Вот как.

Спрос на электроэнергию в сети возникает из-за миллиардов электрических нагрузок.Их можно разделить на две большие категории: коммерческие и промышленные нагрузки и бытовые нагрузки. Из этих двух, жилые нагрузки гораздо более рассредоточены. Только в Соединенных Штатах насчитывается более 120 миллионов домохозяйств, на долю которых в совокупности приходится около 40 процентов годового потребления электроэнергии. Но бытовые потребители, как правило, не думают об оптимизации своих собственных электрических нагрузок в течение дня. Для простоты назовем эти бытовые нагрузки «устройствами», которые могут варьироваться от ламп и телевизоров до водонагревателей и кондиционеров.

Последние устройства, наряду с зарядными устройствами для электромобилей и насосами для бассейнов, являются не только большими электрическими нагрузками (то есть мощностью более 1 киловатта), но и гибкими. В отличие от освещения или телевизора, которые вы хотите включить, как только щелкнете выключателем, гибкое устройство может отсрочить потребление и включиться в любое время — пока есть горячая вода для вашего душа, ваш бассейн чист, ваш электромобиль достаточно заряжен, и температура в помещении комфортная.

В совокупности существует большая гибкость в бытовых электрических нагрузках, которые можно использовать для балансировки переменных поставок.Например, если бы в каждом домашнем хозяйстве в Калифорнии и Нью-Йорке было только одно устройство, которое могло бы гибко потреблять энергию в любое время, энергосистема имела бы эквивалент около 15 гигаватт дополнительной мощности, что более чем в 10 раз превышает объем, доступный в настоящее время. от аккумуляторной батареи общего назначения в этих состояниях.

Вот что означает гибкость, когда речь идет об эксплуатации, скажем, бытового электрического водонагревателя. При нагреве воды типичный агрегат потребляет около 4,5 кВт.В течение обычного дня прибор работает примерно в десятую часть времени, потребляя около 10,8 киловатт-часов. Для домовладельца ежедневные затраты на эксплуатацию водонагревателя составляют менее 2 долларов США (при ставке около 15 центов за кВтч). Но для коммунальных предприятий стоимость электроэнергии сильно варьируется: от номинальных 4 центов за кВтч до более 100 долларов за кВтч в пиковые годовые периоды. Иногда стоимость даже отрицательная: когда от ветряных или солнечных электростанций вырабатывается слишком много энергии, сетевые операторы фактически платят коммунальным службам за потребление излишков.

Спрос и предложение электроэнергии иногда могут сильно расходиться. Пакетизация и рандомизация гибких электрических нагрузок позволяют спросу соответствовать доступному предложению.

Университет Вермонта

Чтобы снизить спрос в периоды пиковой нагрузки, коммунальные службы уже давно предлагают программы реагирования на спрос, которые позволяют им отключать водонагреватели, кондиционеры и другие нагрузки клиентов по фиксированному графику, например, в 16:00. до 9 вечера летом, когда использование исторически высоко.Если все, что мы хотим сделать, это уменьшить нагрузку в такие моменты, этот подход работает достаточно хорошо.

Однако, если наша цель состоит в том, чтобы сбалансировать энергосистему в режиме реального времени, поскольку возобновляемая генерация непредсказуемо меняется с ветром и солнцем, то работы устройств в соответствии с фиксированным графиком, основанным на прошлом поведении, будет недостаточно. Нам нужен более гибкий подход, который выходит за рамки простого снижения пикового спроса и обеспечивает дополнительные преимущества, повышающие надежность энергосистемы, такие как реакция на изменение цен, сглаживание возобновляемых источников энергии и регулирование частоты.

Как операторы сети могут координировать множество распределенных, гибких устройств мощностью в киловатт, каждое со своими специфическими потребностями и требованиями, для предоставления совокупного ресурса сети в масштабе гигаватт, реагирующего на сильно меняющееся предложение? Размышляя над этим вопросом, мы нашли вдохновение в другой области: цифровых системах связи.

Цифровые системы представляют ваш голос, электронное письмо или видеоклип в виде последовательности битов. Когда эти данные передаются по каналу, они разбиваются на пакеты.Затем каждый пакет независимо маршрутизируется по сети к назначенному месту назначения. Как только все пакеты получены, данные восстанавливаются в исходную форму.

Чем это похоже на нашу проблему? Интернетом ежедневно пользуются миллионы людей и миллиарды устройств. У пользователей есть свои индивидуальные устройства, потребности и модели использования, которые мы можем рассматривать как спрос, в то время как сама сеть имеет динамику, связанную с ее пропускной способностью, другими словами, с ее предложением. Тем не менее, спрос и предложение в Интернете сопоставляются в режиме реального времени без какого-либо централизованного планировщика.Точно так же миллиарды электрических устройств, каждое со своей собственной динамикой, подключаются к энергосистеме, чье питание, как мы уже отмечали, становится все более изменчивым.

Признавая это сходство, мы разработали технологию пакетного управления энергопотреблением (PEM) для координации энергопотребления гибких устройств. Соавтор Хайнс давно интересовался надежностью энергосистемы и изучал, как сбои в линиях электропередачи могут привести к каскадным отключениям и системным отключениям электроэнергии.Тем временем Фролик, имеющий опыт работы в системах связи, работал над алгоритмами для динамической координации передачи данных от беспроводных датчиков таким образом, чтобы потреблять очень мало энергии. Благодаря случайному обсуждению мы поняли, что наши интересы пересекаются, и начали работать над тем, чтобы увидеть, как эти алгоритмы могут быть применены к проблеме зарядки электромобилей.

Вскоре после этого Алмассалхи присоединился к нашему отделу и понял, что то, над чем мы работаем, имеет больший потенциал.В 2015 году он написал выигрышное предложение для программы ARPA-E NODES — это программа Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США — Energy’s Network Optimized Distributed Energy Systems. Финансирование позволило нам продолжить разработку подхода PEM.

Вернемся к электрическому водонагревателю. При обычной работе водонагреватель управляется своим термостатом. Устройство включается, когда температура воды достигает нижнего предела, и работает непрерывно (при 4,5 кВт) в течение 20–30 минут, пока температура воды не достигнет верхнего предела.Пара черно-белых графиков в нижней части «Соответствие спроса на электроэнергию поставке» показывает режимы включения и выключения 10 обогревателей: черный — выключен, белый — включен.

В PEM каждая нагрузка работает независимо и в соответствии с простыми правилами. Вместо нагрева только тогда, когда температура воды достигает нижнего предела, водонагреватель будет периодически запрашивать потребление «пакета» энергии, где пакет определяется как потребление энергии в течение короткого периода времени, скажем, 5 минут. Координатор (в нашем случае — облачная платформа) одобряет или отклоняет такие пакетные запросы на основе целевого сигнала, отражающего условия сети, такие как доступность возобновляемой энергии, цена на электроэнергию и так далее.Верхний график в разделе «Соотношение спроса на электроэнергию с предложением» показывает, насколько близко потребление PEM соответствует целевому сигналу, основанному на поставках возобновляемой энергии.

Чтобы гарантировать, что устройства с большей потребностью в энергии с большей вероятностью одобрят свои запросы, каждое устройство регулирует скорость своих запросов в зависимости от своих потребностей. Когда вода менее горячая, водонагреватель просится чаще. Когда вода горячее, он просит реже. Таким образом, система динамически приоритизирует устройства полностью децентрализованным образом, поскольку вероятность выполнения пакетных запросов пропорциональна потребности устройств в энергии.Затем координатор PEM может сосредоточиться на управлении входящими пакетными запросами, чтобы активно формировать общую нагрузку от многих пакетированных устройств без необходимости централизованной оптимизации поведения каждого устройства. С точки зрения заказчика в водонагревателе ничего не изменилось, так как эти запросы происходят полностью в фоновом режиме.

Эти же концепции могут быть применены к широкому спектру энергоемких устройств. Например, зарядное устройство электромобиля или бытовая аккумуляторная система могут сравнить текущее состояние заряда батареи с ее желаемым значением, эквивалентным ее потребности в энергии, преобразовать это в вероятность запроса, а затем отправить запрос координатору PEM, который либо принимает или отклоняет запрос на основе сетки в реальном времени или рыночных условий.В зависимости от этих условий для полной зарядки аккумулятора может потребоваться несколько больше времени, но пользователь не должен испытывать неудобств.

Таким образом, гибкие энергетические устройства обмениваются данными, используя общий простой язык запросов энергетических пакетов. В результате координатор не зависит от типа устройства, отправляющего запрос. Эта аппаратно-независимая координация аналогична сетевому нейтралитету в передаче данных. В общем, Интернету все равно, несет ли ваш пакет голосовые, видео или текстовые данные.Точно так же PEM не волнует, является ли устройство, запрашивающее пакет, водонагревателем, насосом для бассейна или зарядным устройством для электромобиля, поэтому он может легко координировать разнородное сочетание устройств мощностью в киловатт.

Этот контроллер подключается к бытовому электрическому водонагревателю и использует простые алгоритмы для запроса «пакетов» энергии от облачного координатора для поддержания подходящей температуры.

Пакетные энергетические технологии

В настоящее время восходящие технологии , управляемые устройствами, такие как PEM, не получили широкого распространения.Вместо этого в большинстве современных технологий реагирования на спрос используется нисходящий подход, при котором координатор передает управляющий сигнал всем устройствам, сообщая им, что делать. Но если каждому устройству приказано делать одно и то же в одно и то же время, все может очень быстро пойти не так, поскольку энергопотребление устройств синхронизируется. Представьте себе эффект от одновременного включения (или выключения) миллионов кондиционеров, водонагревателей и зарядных устройств для электромобилей. Это будет означать гигаваттные всплески — как если бы большая атомная электростанция включалась или выключалась щелчком выключателя.Всплеск такого большого размера может привести к нестабильности сети, что может вызвать каскадное отключение электроэнергии. Вот почему большинство коммунальных предприятий сегодня разбивают устройства на группы, чтобы ограничить всплески порядка десятков мегаватт. Тем не менее, активное управление этими различными группами, помимо нескольких ежегодных пиковых событий, является проблемой для нисходящих подходов.

Но если каждое устройство работает для удовлетворения своей уникальной потребности в энергии, тогда запросы пакетов (и результирующее потребление энергии) по своей сути рандомизируются, и в результате синхронизация становится гораздо менее важной.

Нисходящий подход также затрудняет учет предпочтений клиентов в отношении горячей воды, заряженных автомобилей и прохладных домов в жаркие дни. Если мы собираемся координировать энергетические устройства, чтобы улучшить работу сети, нам нужно убедиться, что мы делаем это таким образом, чтобы потребитель практически не заметил и автоматически.

Теперь рассмотрим, как PEM учитывает предпочтения отдельного клиента в случае с водонагревателем. Если температура воды падает ниже нижнего предела, а нагреватель еще не потребляет пачку энергии, он может временно «выйти» из схемы PEM и включиться до восстановления температуры.Водонагреватель сообщит координатору PEM об этом изменении своего режима работы, и координатор просто обновит свой учет совокупного потребления. Влияние этой отдельной загрузки на общую сумму невелико, но для клиента наличие гарантии горячей воды, когда это необходимо, укрепляет доверие и обеспечивает постоянное участие.

Подход PEM, ориентированный на устройства, также упрощает работу координатора, поскольку ему не нужно централизованно отслеживать или моделировать каждое устройство для разработки оптимизированного расписания.Координатору нужно только отслеживать сетку и рыночные условия, отвечать на поток входящих запросов пакетов и вести учет «отключенных» устройств — другими словами, координатор управляет всего тремя наборами номеров.

Чтобы повысить отдачу нашей работы, мы решили коммерциализировать PEM параллельно с нашими исследованиями и в 2016 году основали Packetized Energy. Компания развернула свою облачную платформу координации энергетики в нескольких пилотных проектах, спонсируемых коммунальными предприятиями в Соединенных Штатах. Штаты и Канада.Каждый из этих проектов начался с модернизации существующих электрических водонагревателей интеллектуальным термостатом, который мы спроектировали, разработали и который прошел сертификацию UL. Мы также продемонстрировали PEM с зарядными устройствами для электромобилей, бытовыми аккумуляторами и термостатами. Нашим первым клиентом была коммунальная служба нашего родного города Вермонт, Burlington Electric Department. В 2018 году BED запустила первую в стране программу водонагревателей, полностью работающих на возобновляемых источниках энергии, которая теперь расширилась и теперь включает зарядные устройства для электромобилей.

Наши проекты дали многообещающие результаты.«Демонстрация координации нагрузки в реальном времени» показывает, как PEM координировал нагрузку от 208 бытовых водонагревателей в Вермонте и Южной Каролине в течение типичного 2-часового периода. Нагреватели [оранжевая линия] следовали за быстро меняющимся целевым значением [черная линия], которое колебалось от примерно половины номинальной нагрузки до примерно вдвое большей нагрузки [красная линия].

По мере масштабирования системы до тысяч устройств с пакетной обработкой асинхронные запросы пакетов будут отображаться как непрерывный сигнал. Наше моделирование показывает, что в этом масштабе любые разрывы между целевым и фактическим исчезают.Совокупная нагрузка по крайней мере так же быстро реагирует, как время реакции современной электростанции, работающей на природном газе, и вам не нужно нести расходы на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание физической установки.

Падение цен на датчики и микроконтроллеры приводит к быстрому росту Интернета вещей. В сочетании с технологией «умный дом» Интернет вещей позволяет представить мир, в котором все энергетические устройства — нагрузки, накопители энергии и генераторы — активно координируются, чтобы поддерживать стабильность сети и в полной мере использовать преимущества возобновляемых источников энергии.Но проблемы действительно ждут впереди.

Во-первых, сегодня существует мало стандартов, которыми могли бы руководствоваться производители, заинтересованные в координации на уровне устройств, и нет реальных стимулов для принятия ими какого-либо конкретного подхода. Это привело к распространению проприетарных технологий, решающих одну и ту же фундаментальную проблему. И здесь мы снова можем черпать вдохновение из Интернета: маловероятно, что собственные решения масштабируются до такой степени, чтобы решать имеющиеся энергетические проблемы. Новые инициативы, продвигаемые промышленностью, такие как EcoPort (ранее CTA 2045) и Matter (ранее Connected Home over IP) обещают безопасную связь с малой задержкой с устройствами разных производителей.Технические комитеты, рабочие группы и целевые группы IEEE также играют вспомогательную роль, например, технический комитет IEEE Power and Energy Society по умным зданиям, нагрузкам и потребительским системам. Мы надеемся, что в будущем эти усилия будут беспрепятственно поддерживать описанные здесь концепции «пакетизации» на основе устройств, а не просто служить традиционным нисходящим архитектурам связи и управления.

Также необходимы стимулы для потребителей электроэнергии, чтобы изменить потребление энергии.Сейчас ежедневная стоимость электроэнергии для бытового водонагревателя примерно одинакова, независимо от того, когда водонагреватель включается. У домовладельца нет финансовой выгоды от запуска водонагревателя, когда возобновляемая энергия высока или оптовая цена на электроэнергию низка. Регуляторным органам, коммунальным предприятиям и другим сторонам необходимо будет переосмыслить и переработать программы стимулирования и гибкого спроса, чтобы гарантировать, что взносы и вознаграждения будут справедливыми и равными для всех клиентов. Им также необходимо информировать потребителей о том, как работает программа.

Существует множество прецедентов для решения таких технических и политических задач. Общедоступная система, которая является справедливой, гибкой, доступной, надежной, отказоустойчивой и масштабируемой, очень похожа на Интернет. Пакетное управление энергопотреблением, основная конструкция которого основана на передаче данных в Интернете, принесет те же важные преимущества. По мере того, как мы переходим к новому типу сети, основанной на распределенной и возобновляемой генерации, нам потребуются новые технологии и новые парадигмы. К счастью, у нас есть проверенная временем модель, которая указывает нам путь.

Эта статья появилась в печатном выпуске за февраль 2022 г. под названием «Пакетизация энергосистемы».

Основы работы с батареями — Руководство по батареям

Если вы проводили какие-либо исследования о том, как работают батареи или на что следует обращать внимание при выборе лучшей высокопроизводительной батареи, вы, вероятно, запутались в информации, часть которой противоречива. В BatteryStuff мы стремимся немного прояснить ситуацию.

Скорее всего, вы слышали выражение KISS (Keep It Simple, Stupid).Я попытаюсь объяснить, как работают свинцово-кислотные аккумуляторы и для чего они нужны, не забивая вас кучей ненужных технических данных. Я обнаружил, что данные об аккумуляторах несколько различаются от производителя к производителю, поэтому я сделаю все возможное, чтобы свести эти данные к минимуму. Это означает, что я могу немного обобщать, оставаясь верным цели.

Свинцово-кислотная батарея используется в коммерческих целях уже более 100 лет. Тот же химический принцип, который используется для хранения энергии, в основном такой же, как и наши прадеды.

Аккумулятор как копилка. Если вы продолжите вынимать и ничего не возвращать, у вас ничего не останется. Современные требования к мощности аккумуляторной батареи автомобиля или спортивного автомобиля огромны, учитывая все стандартные электрические устройства, которые должны быть снабжены питанием. Вся эта электроника требует надежного источника питания, а плохое состояние батареи может привести к отказу дорогостоящих электронных компонентов. Знаете ли вы, что в электрической системе среднего автомобиля 11 фунтов проводов? Посмотрите на RV и лодки со всеми электрическими устройствами, которые требуют питания.Не так давно в трейлерах или домах на колесах была только одна 12-вольтовая домашняя батарея. Сегодня автомобили для отдыха используют свои аккумуляторы для жилых автофургонов для питания инверторов мощностью до 4000 Вт.

Среднее время работы от батареи сократилось из-за увеличения потребности в энергии. Срок службы зависит от использования и глубины разряда — обычно от 6 до 48 месяцев — однако только 30% всех батарей фактически достигают 48-месячной отметки. Если вы не можете обслуживать аккумулятор с помощью зарядного устройства, вы можете продлить срок службы аккумулятора, подключив его к солнечному зарядному устройству в нерабочие месяцы.

Если вы поймете основы, у вас будет меньше проблем с батареями, а производительность, надежность и долговечность батареи возрастут. Я предлагаю вам прочитать весь учебник; тем не менее, я проиндексировал всю информацию для удобства.

Несколько основ

Свинцово-кислотная батарея состоит из пластин, свинца и оксида свинца (различные другие элементы используются для изменения плотности, твердости, пористости и т. д.) с 35%-ным раствором серной кислоты и 65%-ным водным раствором. Этот раствор называется электролитом, который вызывает химическую реакцию, в результате которой образуются электроны.Когда вы проверяете батарею ареометром, вы измеряете количество серной кислоты в электролите. Если ваши показания низкие, это означает, что химия, которая создает электроны, отсутствует. Так куда делась сера? Он опирается на пластины аккумулятора, так что когда вы перезаряжаете аккумулятор, сера возвращается в электролит.

  1. Безопасность
  2. Типы батарей, глубокий цикл и запуск
  3. Влажная ячейка, гелевая ячейка и абсорбирующий стеклянный мат (AGM)
  4. CCA, CA, AH и RC; что это такое?
  5. Техническое обслуживание батареи
  6. Проверка батареи
  7. Выбор и покупка новой батареи
  8. Срок службы батареи и производительность
  9. Зарядка аккумулятора
  10. Аккумулятор Do’s
  11. Аккумулятор нельзя


1. Вы должны думать о безопасности, когда работаете с батареями. Снимите все украшения. (В конце концов, вы же не хотите расплавить ремешок для часов, пока носите его!) Газообразный водород, выделяемый батареями при зарядке, очень взрывоопасен. Мы видели несколько случаев, когда батареи взрывались и заливали все серной кислотой. Это было неинтересно, и было бы неплохо использовать защитные очки, висящие на стене. Черт возьми, вы могли бы даже разбить свой диско-наряд. Серная кислота не действует на полиэстер, но все, что содержит хлопок, съедается.Если вы не чувствуете необходимости заявить о себе в моде, просто носите бросовую одежду — в конце концов, полиэстер все еще не в моде.

При выполнении электромонтажных работ на транспортных средствах лучше всего отсоединить кабель заземления. Просто помните, что вы имеете дело с едкой кислотой, взрывоопасными газами и сотнями ампер электрического тока.

2. В основном существует два типа свинцово-кислотных аккумуляторов (вместе с тремя подкатегориями). Два основных типа: пусковой (пусковой) и глубокий цикл (морской / тележка для гольфа).Стартерная батарея (зажигание стартовых огней SLI) предназначена для обеспечения быстрых импульсов энергии (например, для запуска двигателей) и поэтому имеет большее количество пластин. Пластины тоньше и имеют несколько иной состав материала.

Что такое батарея глубокого разряда? Батарея глубокого цикла имеет меньшую мгновенную энергию, но большую долгосрочную подачу энергии. Батареи глубокого разряда имеют более толстые пластины и могут выдерживать большое количество циклов разрядки. Пусковые батареи не следует использовать для приложений с глубоким циклом, потому что более тонкие пластины более склонны к деформации и точечной коррозии при разряде.Так называемая батарея двойного назначения представляет собой компромисс между двумя типами батарей, хотя лучше, если это возможно, уточнить.

3. Мокрый элемент (залитый), гелевый элемент и абсорбированный стекломат (AGM) представляют собой различные версии свинцово-кислотных аккумуляторов. Влажная камера поставляется в двух стилях; ремонтопригоден и не требует обслуживания. Оба заполнены электролитом и в основном одинаковы. Я предпочитаю тот, в который можно добавить воды и проверить удельный вес электролита с помощью ареометра.

Гелевые элементы и аккумуляторы AGM — это специальные аккумуляторы, которые обычно стоят в два раза дороже, чем жидкие аккумуляторы премиум-класса. Однако они очень хорошо хранятся и не так легко сульфатируются или разлагаются, как влажные ячейки. Хотя это и не невозможно, при использовании этих батарей существует небольшая вероятность взрыва газообразного водорода или коррозии; это самые безопасные свинцово-кислотные батареи, которые вы можете использовать. Для гелевых элементов и некоторых аккумуляторов AGM может потребоваться особая скорость зарядки. Если вам нужна лучшая и наиболее универсальная батарея, вам следует обратить внимание на тип батареи AGM.Аккумуляторы AGM отлично подходят для таких приложений, как морские, RV, солнечные, аудио, силовые виды спорта и резервное питание, и это лишь некоторые из них.

Если вы не используете свое оборудование ежедневно, аккумуляторы AGM будут удерживать заряд лучше, чем аккумуляторы других типов. Если вы должны полагаться на первоклассную производительность батареи, потратьте дополнительные деньги. Гелевые аккумуляторы все еще продаются, но в большинстве приложений их заменяют аккумуляторы AGM.

Существует распространенная путаница в отношении аккумуляторов AGM, поскольку разные производители называют их разными именами.Некоторые из наиболее распространенных названий: «герметичный регулируемый клапан», «сухие элементы», «непроливаемые» и «свинцово-кислотные батареи с клапанным регулированием». В большинстве случаев аккумуляторы AGM обеспечивают больший срок службы и больший срок службы, чем аккумуляторы с жидкостными элементами.

СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ. Люди обычно используют термин «гелевая ячейка» в качестве общего термина, когда речь идет о герметичных, необслуживаемых батареях, так же, как кто-то использует Kleenex, когда речь идет о тканях для лица. В результате мы получаем множество запросов на сменные гелевые аккумуляторы или зарядные устройства для гелевых аккумуляторов, хотя на самом деле аккумулятор представляет собой AGM.По этой причине мы всегда рекомендуем проверять тип батареи при покупке замены или поиске зарядного устройства для обслуживания батареи.

AGM : Конструкция мата из абсорбированного стекла позволяет суспендировать жидкий электролит в мате из стекловолокна. Это покрытие окружает активный материал пластины и теоретически повышает эффективность как разрядки, так и перезарядки. AGM обычно производятся для приложений, которые включают высокопроизводительный запуск двигателя, силовое спортивное оборудование, глубокий цикл, солнечную батарею и аккумуляторную батарею.Более крупные аккумуляторы Deep Cycle AGM, которые мы продаем, обычно имеют большой срок службы, если их перезарядить до того, как скорость разряда упадет ниже 50%. Когда аккумуляторы AGM с глубоким циклом разряжаются не менее чем на 60%, срок службы обычно увеличивается на 300 и более циклов.

Аккумуляторы для мотоциклов Scorpion, которые мы предлагаем, соответствуют спецификациям OEM-аккумуляторов или превосходят их. Мы также предлагаем аккумуляторы под брендом Motocross для тех, кто лояльно относится к OEM-аккумуляторам, поскольку они являются аккумуляторами вторичного рынка Yuasa.

GEL : Аккумулятор с гелевыми ячейками похож на аккумулятор AGM тем, что считается герметичным, но электролит не является влажной жидкостью. Электролит в гелевой ячейке имеет добавку кремнезема, которая заставляет его схватываться или затвердевать. В большинстве случаев напряжение перезарядки гелевой батареи обычно ниже, чем у стандартной батареи с жидким электролитом или батареи AGM, за исключением тех, которые производятся MK Battery, где их 12-вольтовые батареи могут принимать до 14,6 вольт. Большинство гелевых аккумуляторов можно заряжать только до 14.2 вольта на 12-вольтовую батарею и, вероятно, являются наиболее чувствительными батареями с точки зрения неблагоприятных реакций на зарядку от перенапряжения. Гелевые батареи лучше всего использовать в режиме ОЧЕНЬ ГЛУБОКОГО цикла, и они могут прослужить немного дольше в условиях жаркой погоды или в условиях чрезмерного разряда аккумулятора. Если для гелевых аккумуляторов используется неправильное зарядное устройство, гарантирована низкая производительность и преждевременный выход из строя.

4. CCA, CA, AH и RC . Это стандарты, которые большинство компаний, производящих батареи, используют для оценки выходной мощности и емкости батареи.

CCA : Ток холодного пуска   — это показатель количества ампер, которое аккумулятор может выдавать при температуре 0°F в течение 30 секунд и не падать ниже 7,2 вольт. Таким образом, аккумулятор с высоким значением CCA особенно важен для пусковых аккумуляторов и в холодную погоду. Это измерение не особенно важно для аккумуляторов с глубоким циклом, хотя это наиболее широко известное измерение аккумуляторов.

CA: Ток запуска измеряется при 32°F. Этот рейтинг также называют морскими пусковыми усилителями (MCA) .Усилители горячего пуска (HCA) редко используются, но измеряются при 80 ° F.

RC: Резервная емкость — очень важная характеристика аккумулятора. Это количество минут, в течение которых полностью заряженная батарея при температуре 80°F будет разряжаться под нагрузкой 25 ампер, пока напряжение батареи не упадет ниже 10,5 вольт.

AH: Ампер/час — это показатель, обычно используемый для аккумуляторов глубокого разряда, и показатель емкости. Стандартный рейтинг основан на том, сколько ампер вы можете вытянуть из аккумулятора за 20-часовой период.Для батареи с номиналом 100 Ач это означает, что вы можете потреблять от батареи в течение 20 часов, и в общей сложности она обеспечит 100 ампер-часов. Это соответствует примерно 5 ампер в час (5 х 20 = 100). Однако очень важно знать, что общее время разрядки и приложенной нагрузки не является линейной зависимостью. По мере увеличения нагрузки ваша реализованная мощность уменьшается. Это означает, что если вы разрядите ту же батарею емкостью 100 Ач нагрузкой в ​​100 ампер, она не даст вам одного часа работы. Наоборот, воспринимаемая емкость батареи будет равна 64 ампер-часам.

5. Обслуживание батареи : Правильное техническое обслуживание батареи важно для максимального срока службы. Регулярно учитывайте эти пункты:

  • Аккумулятор следует чистить с помощью пищевой соды и водного раствора; пару столовых ложек на литр воды.
  • Кабельные соединения необходимо очистить и затянуть, так как проблемы с аккумулятором часто возникают из-за грязных и ослабленных соединений.
  • В исправном аккумуляторе необходимо проверить уровень жидкости.Используйте только воду без минералов; дистиллированная лучше всего, так как все примеси были удалены, и не осталось ничего, что могло бы загрязнить ваши клетки.
  • Не переполняйте элементы батареи, особенно в теплую погоду, поскольку естественное расширение жидкости в жаркую погоду может вытеснить излишки электролитов из батареи.
  • Чтобы предотвратить коррозию кабелей на батареях верхней стойки, нанесите на основание стойки небольшой шарик силиконового герметика и поместите на него войлочную шайбу батареи. Покройте шайбу высокотемпературной смазкой или вазелином (вазелином), затем поместите кабель на стойку и затяните.Смажьте открытый конец троса смазкой. Газы от батареи, конденсирующиеся на металлических деталях, вызывают наибольшую коррозию.

6. Тестирование батареи: Это можно сделать несколькими способами. Наиболее точным методом является измерение удельного веса и напряжения батареи. Для измерения удельного веса купите термокомпенсирующий ареометр. Для измерения напряжения используйте цифровой вольтметр постоянного тока. Качественный нагрузочный тестер может быть хорошей покупкой, если вам нужно проверить герметичные батареи.

Для любого из этих способов необходимо сначала полностью зарядить аккумулятор, а затем снять поверхностный заряд. Мы рекомендуем оставить батарею на несколько часов, чтобы снять поверхностный заряд (я предпочитаю не менее 12 часов). Оставив батарею сидеть, вы получите наиболее точный результат того, как батарея будет работать в обычном режиме. Однако, если вам нужно быстрее снять поверхностный заряд, можно разрядить аккумулятор за несколько минут. Для батарей глубокого цикла вы можете просто включить устройство, которое использует батарею, на несколько минут.Для запуска аккумуляторов также может работать простое включение фары с помощью дальнего света. После снятия поверхностного заряда можно приступать к испытаниям.

Состояние заряда Удельный вес Напряжение
    12 В
100% 1,265 12,7 6,3
75% 1.225 12,4 6,2
50% 1,190 12,2 6.1
25% 1,155 12,0 6,0
Выписан 1,120 11,9 6,0


Нагрузочное тестирование — это еще один способ проверки аккумулятора. Нагрузочный тестер снимает ток с аккумулятора так же, как запуск двигателя.Некоторые производители аккумуляторов маркируют свои аккумуляторы нагрузкой усилителя для тестирования. Это число обычно составляет половину рейтинга CCA. Например, батарея 500 CCA будет нагружать тест током 250 ампер в течение 15 секунд. Тем не менее, большинство нагрузочных тестеров либо позволят вам ввести CCA, либо, в случае аналогового тестера, они покажут вам график, на котором должна тестироваться батарея.

Нагрузочный тест следует проводить только тогда, когда батарея почти или полностью заряжена. Если у вас нет или вы хотите купить нагрузочный тестер, просто зарядите аккумулятор, подождите 12 часов, а затем отнесите его в автомобильный магазин для тестирования.Не несите разряженную батарею в автосервис для проверки, так как тест покажет только то, что вы уже знаете.

Результаты вашего тестирования должны быть следующими:

  • Показания ареометра не должны различаться более чем на 0,05 между ячейками.
  • Цифровые вольтметры должны показывать напряжение, как показано в этом документе. Напряжение герметичных аккумуляторов AGM и гелевых элементов (полностью заряженных) будет немного выше в диапазоне от 12,8 до 12,9. Если у вас есть показания напряжения в 10.Диапазон 5 вольт на заряженной батарее, что обычно указывает на короткое замыкание элемента.
  • Если у вас необслуживаемый жидкостный элемент, единственными способами проверки являются вольтметр и испытание под нагрузкой. Любой из необслуживаемых аккумуляторов со встроенным ареометром (черно-зеленое окно) сообщит вам о состоянии 1 элемента из 6. Вы можете получить хорошие показания по 1 элементу, но иметь проблемы с другими элементами в аккумуляторе.
  • Если у вас есть сомнения по поводу тестирования батареи, позвоните производителю батареи. Многие аккумуляторы, продаваемые сегодня, имеют бесплатный номер телефона, по которому можно позвонить за помощью.

7. Выбор батареи: При покупке новой батареи я предлагаю вам приобрести батарею с максимально возможной резервной емкостью или рейтингом AH. Конечно, следует учитывать физический размер и тип терминала. Вы можете рассмотреть вариант с гелевым элементом или абсорбирующим стеклянным матом (AGM), а не с влажным элементом, если приложение находится в более суровых условиях или батарея не будет регулярно проходить техническое обслуживание и зарядку. Аккумуляторы AGM и Gel обычно имеют более низкую скорость саморазряда, поэтому они могут работать дольше, если не обслуживаются.

Убедитесь, что вы приобрели правильный тип батареи для работы, которую она должна выполнять. Помните, что аккумуляторы для запуска двигателя и аккумуляторы глубокого цикла отличаются друг от друга. Свежесть новой батареи очень важна. Чем дольше батарея сидит, тем более разрушительной может быть сульфатация на пластинах. На большинстве аккумуляторов есть код даты изготовления. Хотя код даты не всегда очевиден, многие производители или дилеры указывают месяц буквой, например, буква «А» означает январь.Затем за буквой следует число, такое как «4», соответствующее 2021 году. C4 говорит нам, что батарея была произведена в марте 2021 года. Помните, чем свежее, тем лучше. Буква «И» не используется, потому что ее можно спутать с цифрой 1.

Гарантии на аккумуляторы рассчитаны в пользу производителей аккумуляторов. Допустим, вы покупаете батарею с 60-месячной гарантией, а она живет 41 месяц. Гарантия пропорциональна, поэтому, беря месяцы использования из полной розничной цены аккумулятора, вы в конечном итоге платите примерно столько же, как если бы вы купили аккумулятор по распродажной цене.Это радует производителя. Что меня радует, так это превышение гарантии. Позвольте мне заверить вас, что это можно сделать.

8. Срок службы и производительность батареи: Средний срок службы батареи сократился по мере увеличения потребности в энергии. Чаще всего я слышу две фразы: «моя батарея не заряжается», и «моя батарея не держит заряд». Только 30% продаваемых сегодня аккумуляторов достигают 48-месячной отметки. На самом деле 80% всех отказов аккумуляторов связано с накоплением сульфатации.Это накопление происходит, когда молекулы серы в электролите (аккумуляторной кислоте) настолько сильно разряжаются, что начинают покрывать свинцовые пластины аккумулятора. Вскоре пластины покрываются таким покрытием, что батарея умирает. Причины сульфатации многочисленны:

  • Аккумуляторы работают слишком долго между зарядками. У аккумуляторов есть два состояния: они либо заряжаются, либо саморазряжаются.
  • Аккумулятор хранится без какой-либо энергии.Даже если вы отключите аккумулятор, он все равно будет саморазряжаться.
  • «Глубокий цикл» пусковой аккумулятор. Помните, что эти аккумуляторы не выдерживают глубокого разряда.
  • Не завершен цикл зарядки. Недостаточная зарядка батареи приведет к тому, что сульфатация, возникшая во время разрядки, затвердеет. Когда это происходит, уменьшается площадь свинцовых пластин для химической реакции, что снижает емкость батареи.
  • Нагрев выше 100°F увеличивает внутренний разряд.По мере повышения температуры увеличивается и внутренний разряд. Новая полностью заряженная батарея, оставленная 24 часа в сутки при температуре 110 ° F в течение 30 дней, скорее всего, не запустит двигатель.
  • Низкий уровень электролита. Пластины аккумулятора, подвергшиеся воздействию воздуха, немедленно сульфатируются.
  • Неверные уровни и настройки зарядки. Большинство дешевых зарядных устройств могут принести больше вреда, чем пользы. См. раздел о зарядке аккумулятора.
  • Холодная погода также плохо сказывается на аккумуляторе. Химия не дает такого же количества энергии, как теплая батарея.Также сильно разряженный аккумулятор может замерзнуть в минусовую погоду. Мы рекомендуем гелевые аккумуляторы MK Battery для низких температур, так как некоторые из их аккумуляторов рассчитаны на температуру до -76°F.
  • Паразитный слив — это нагрузка на аккумулятор при выключенном ключе. В зависимости от паразитной нагрузки батареи разряжались от нескольких дней до нескольких месяцев. Мы рекомендуем протестировать паразитную нагрузку, чтобы вы знали, чего ожидать.


Существуют способы значительно увеличить срок службы батареи и производительность.Все продукты, которые мы продаем, нацелены на повышение производительности и времени автономной работы.

Пример: допустим, у вас есть «игрушки», такие как квадроцикл, классический автомобиль, старинный автомобиль, лодка, Harley и т. д. Скорее всего, вы не используете эти игрушки 365 дней в году, как свою машину. Многие из этих игрушек сезонные, поэтому их хранят. Что происходит с батареями? Большинство аккумуляторов, которые поставляют энергию для питания наших игрушек, работают только 2 сезона. Вы должны следить за тем, чтобы эти батареи не сульфатировались, или покупать новые.Мы продаем продукты для предотвращения и устранения накопления серы в батареях. Продукты BatteryMINDer — это запатентованные электронные устройства, которые реверсируют и предотвращают сульфатацию. Кроме того, Battery Equaliser, химическая добавка к аккумуляторам, доказала свою эффективность в увеличении срока службы и производительности аккумуляторов. Другие устройства, такие как солнечные зарядные устройства, являются отличным вариантом для обслуживания аккумуляторов.

Паразитный слив: Большинство автомобилей оснащены часами, компьютерами управления двигателем, системами сигнализации и т. д.В случае лодки у вас может быть автоматический трюмный насос, радио, GPS и т. д. Все эти устройства могут работать при выключенном двигателе. У вас могут быть паразитные нагрузки, вызванные коротким замыканием в электрической системе. Если у вас всегда возникают проблемы с разряженной батареей, скорее всего, паразитный разряд является чрезмерным. Постоянно разряженная или разряженная батарея, вызванная чрезмерной паразитной утечкой энергии, значительно сокращает срок службы батареи. Если у вас возникла эта проблема, проверьте PriorityStart! аккумуляторные переключатели, чтобы предотвратить разряд батарей до того, как они произойдут.Этот специальный компьютерный переключатель отключит пусковую батарею вашего двигателя до того, как будет исчерпана вся пусковая энергия. Эта технология предотвратит глубокую разрядку вашей стартовой батареи.

9. Зарядка аккумулятора:

Помните, что для надлежащего обслуживания батареи вы должны немедленно возвращать использованную энергию. Если вы этого не сделаете, батарея сульфатируется, что повлияет на производительность и долговечность. Генератор – это зарядное устройство для аккумулятора. Работает хорошо, если батарея не сильно разряжена.Генератор имеет тенденцию перезаряжать батареи, которые очень разряжены, и перезаряд может повредить батареи. Фактически, батарея для запуска двигателя в среднем имеет только около 10 глубоких циклов при подзарядке от генератора. Аккумуляторы любят заряжаться определенным образом, особенно когда они сильно разряжены. Этот тип зарядки называется 3-ступенчатой ​​регулируемой зарядкой. Обратите внимание, что только специальные интеллектуальные зарядные устройства с использованием компьютерных технологий могут выполнять трехэтапную зарядку. Вы не найдете эти типы зарядных устройств в магазинах запчастей или крупных магазинах.

 

  1. Первым этапом является массовая зарядка , при которой до 80% энергоемкости аккумулятора заменяется зарядным устройством при максимальном напряжении и максимальном токе зарядного устройства.
  2. Когда напряжение батареи достигает 14,4 В, начинается этап абсорбционного заряда . Здесь напряжение поддерживается на постоянном уровне 14,4 В, а ток (ампер) снижается до тех пор, пока аккумулятор не будет заряжен на 98%.
  3. Далее идет плавающий шаг .Это регулируемое напряжение не более 13,4 вольта и обычно менее 1 ампера тока. Это со временем доведет аккумулятор до 100% заряда или близко к этому. Плавающий заряд не будет кипятить или нагревать аккумуляторы, но будет поддерживать аккумуляторы в 100% готовности и предотвратит циклы при длительном бездействии. Примечание. Для некоторых гелевых элементов и аккумуляторов AGM могут потребоваться специальные настройки или зарядные устройства.

10. Аккумулятор Dos

  • Думайте прежде всего о безопасности.
  • Прочитайте все руководство.
  • Регулярно проводите осмотр и техническое обслуживание, особенно в жаркую погоду.
  • Заряжайте батареи сразу после разрядки.
  • Купите батарею RC с максимальной резервной емкостью или Ач-ампер-час, которая подойдет для вашей конфигурации.

11. Запрещается батарея

  • Не забывайте о безопасности прежде всего.
  • Не добавляйте новый электролит (кислоту).
  • Не используйте для зарядки аккумуляторов нерегулируемые зарядные устройства с высокой выходной мощностью.
  • Не помещайте оборудование и игрушки на хранение без какого-либо устройства для поддержания заряда аккумулятора.
  • Не отсоединяйте кабели аккумуляторной батареи при работающем двигателе (ваша аккумуляторная батарея действует как фильтр).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.