17Май

Как померить плотность аккумулятора: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Содержание

Как проверить плотность аккумулятора мультиметром

На чтение 21 мин. Просмотров 60 Обновлено

Главным топливом современного автомобиля является не бензин или дизель, а электричество. Без него не включится ни одна основная или вспомогательная система, и даже двигатель запустить не получится. Источником энергии является аккумулятор, о состоянии которого многие водители даже не задумываются, пока тот не выйдет из строя. В этой статье рассматривается, как проверить аккумулятор мультиметром, чтобы не оказаться в сложной ситуации, когда без сторонней помощи не обойтись.

Как проверить аккумулятор мультиметром? Необходимое оборудование

Мультиметр – прибор, которым должен обладать любой автовладелец. Он позволяет оперативно и в «полевых условиях» определять массу показателей:

  • напряжение;
  • емкость батареи;
  • сопротивление;
  • температуру.

На некоторых современных аккумуляторах устанавливается индикатор заряда, что сильно облегчает жизнь водителю, но такие батареи стоят на 20–30% дороже обычного оборудования. Имея мультиметр, можно легко, быстро и с достаточным уровнем точности определить массу важных параметров, касающихся АКБ.

Как проверить зарядку аккумулятора мультиметром?

Определить, в каком состоянии находится литий-ионный (наиболее распространенный вид современных батарей) аккумулятор довольно просто, если следовать этим указаниям:

  • Отсоединяете накопитель энергии от автомобиля и ждете 5–6 часов.
  • Мультиметр должен работать в режиме «вольтаж» (проверка напряжения).
  • Стандартный литиевый аккумулятор вырабатывает ток в диапазоне 12,7–13,2 вольта. Переключатель устанавливается на показатель 20 или наиболее близко к нему. Так замеряется напряжение от этого значения и ниже.
  • Провода, идущие от прибора, подсоединяются к батарее: красный на положительную клемму, черный – на отрицательную. Если провода одного цвета, то ориентироваться следует на их маркировку и подключать к противоположным зарядам, минус к плюсу и наоборот.

В зависимости от показателей прибора, следует принимать решение насчет замены или дальнейшего использования аккумулятора.

  • 12,7–13,2 вольта – батарея заряжена и готова к работе;
  • 12,1–12,4 V показывает, что зарядка аккумулятора произведена примерно наполовину и желательно увеличить уровень энергии;
  • 11,6–12 вольт – сильное истощение и в качестве источника электричества аккумулятор не годится;
  • Ниже 11-и V – оборудование полностью выведено из строя и попытки его использования могут привести к поломке.

Чтобы понять, как проверить аккумулятор автомобиля на работоспособность мультиметром, не нужны особенные знания или специальное оборудование, достаточно немного времени и соблюдение перечисленных советов.

Как проверить емкость аккумулятора мультиметром?

Емкостью аккумулятора называется количество накопленной энергии, которую способна отдать батарея за конкретный период времени. Величина измеряется в ампер-часах. Определить ее значение можно двумя способами: проверка под нагрузкой и метод контрольного разряда.

Как проверить емкость аккумулятора мультиметром под нагрузкой?

Каждая заводская батарея имеет нанесенную на корпус маркировку, где указано значение емкости. Со временем оно начинает уменьшаться и реальные цифры становятся ниже заявленных показателей. Чтобы определить целесообразность дальнейшего использования оборудования, необходима нагрузка. В качестве нагрузки могут выступить фары автомобиля или даже обыкновенная лампочка на 35–40 Вт.

Поэтапно рассмотрим, как проверить мультиметром заряд аккумулятора:

  • Батарея отсоединяется от генератора;
  • Присоединяете к ней лампочку и в течение двух-трех минут наблюдаете за работой электрической цепи;
  • Разъединяете элементы и мультиметром снимаете показания с аккумулятора, предварительно включив режим измерения напряжения.

Если показатели на экране прибора превышают 12,4 единицы, то батарея исправна. Значение в 12–12,3 указывает на необходимость скорой замены оборудования.

Как проверить емкость аккумулятора мультиметром, применяя контрольный разряд?

Для этого вида определения емкости понадобится полностью зарядить батарею и присоединить ее к электрической цепи, которая имеет нагрузку, равную или близкую по значению к заявленным в техническом паспорте показателям. Дополнительно присоединяется мультиметр, работающий в режиме амперметра.

Понадобится немного подождать, чтобы сила тока снизилась наполовину, отметить, сколько прошло времени, и сравнить с указанными в паспорте значениями. Если показатель отличается на незначительную величину, то емкость оборудования снизилась не сильно и его можно использовать дальше. Большая разница в числах означает, что пора подыскивать новую батарею.

Как проверить утечку аккумулятора мультиметром?

Утечка тока – это показатель, который обозначает расход энергии на поддержание функционирования подключенных к неповрежденной электрической цепи сторонних приборов. Для каждой АКБ существует значение минимальной утечки тока, которое относительно автомобильной батареи в среднем составляет 55–80 мА.

В этот показатель входит обеспечение работы памяти магнитолы, системы впрыска топлива, сигнализации и ряда других вспомогательных систем. Совокупное значение не должно превышать 60–70 мА. Если утечка выше – то аккумулятор будет слишком быстро разряжаться и его придется менять. Это также важно, как знать, какую сигнализацию выбрать?

Чтобы знать, как проверить утечку аккумулятора мультиметром, следует сделать следующее:

  • Подготовьте транспортное средство к замеру. Отключите все, расходующее электрический заряд системы, и подождите пару минут.
  • Снимите положительную клемму с автомобильного АКБ.
  • Щуп мультиметра с отрицательным значением подключаете к клемме машины.
  • Провод с плюсом – к энергобатарее.

После этого необходимо снять показания с экрана прибора. Если они превышают норму, то вам надо по одному отключать и ставить обратно реле и предохранители, замеряя изменения тока утечки. После отсоединения одного из реле цифры придут в норму, следовательно оно и является слабым звеном цепи.

Как проверить «ампераж» аккумулятора мультиметром?

Чтобы определить силу тока, которую выдает ваша АКБ, понадобится создать цепь с нагрузкой. В ее роли выступает любой прибор или оборудование, потребляющее электроэнергию. Для замера понадобится предпринять следующие действия:

  • Прибор устанавливается в режим замера ампер, а переключатель на нем – на переменный ток, который обозначается английскими литерами AC.
  • Отсоединяете клемму с плюса батареи и на ее место ставите отрицательный провод измерительного прибора.
  • К оборудованию, которое выступает в качестве нагрузки, присоединяете отрицательную клемму АКБ и щуп измерителя с положительным зарядом.
  • В зависимости от конструкции, смотрите на высветившееся число или отсчитываете его на шкале прибора.

Исправный и полностью заряженный аккумулятор демонстрирует показатели в пределах 12,6–13 В.

Как проверить напряжение аккумулятора мультиметром?

Можно произвести замер напряжения при включенном двигателе. Удовлетворительным показателем считается значение в 13,5–14 В. Оно указывает, что АКБ можно смело продолжать использовать.

Если число на измерительном приборе превышает 14,2 В, то аккумулятор не заряжается полностью, а генератор работает в усиленном режиме, чтобы снабдить все зависимые системы автомобиля энергией. Но следует учитывать окружающую обстановку при замере, холодной зимней ночью батарея могла разрядиться и генератор вырабатывает увеличенное напряжение, чтобы ее заполнить. Подождите 10–15 минут и повторите процедуру. Если значения снизились – все в порядке.

Если, при проверке мультиметром напряжения аккумулятора, с запущенным двигателем и отключении расходующих электроэнергию системах прибор показывает ниже 13 В, то это указывает на перебои в работе генератора, который не в состоянии заполнить АКБ до необходимого уровня.

Как проверить аккумулятор мультиметром с отключенным двигателем?

Средний показатель, при проверке аккумулятора мультиметром, на неработающем моторе должен находится в пределах 12,5–13 В, при этом верхнее значение указывает на 100 % заряда, а нижнее – на 50 %. Числа приблизительные, но общую картину по ним понять просто. Также не стоит забывать, что снимать показания стоит непосредственно перед поездкой, а не после нее, как только вы заглушили двигатель. Особенно хорошо проводить ее, когда машина некоторое время не использовалась, например, утром, после ночи в гараже. Так видно, насколько хорошо АКБ способен держать заряд.

Теперь вы понимаете, как проверить заряд аккумулятора автомобиля мультиметром. Этот прибор стоит приобрести каждому автомобилисту. Некоторые полагаются на показания бортового компьютера, но он не предоставляет достаточной точности. Встроенный вольтметр подключен к цепи приборов, расходующих энергию, а не напрямую к аккумулятору, следовательно, часть электричества расходуется «по дороге».

Также каждому владельцу машин рекомендуется к прочтению статья – Рейтинг лучших моторных масел.

Хороший аккумулятор — важная составляющая бесперебойной и беспроблемной работы любого современного устройства. Особенно это важно для автомобилей, так как аккумулятор, переставший работать посреди дороги, может ощутимо осложнить жизнь и водителю, и пассажирам. Проверка аккумулятора — несложное, не требующее специальных навыков действие, которое поможет избежать подобных казусов. Знания о том, как проверить аккумулятор автомобиля на работоспособность, пригодятся при покупке подержанного авто, батарейки с рук или выборе АКБ в магазине, не внушающем особого доверия, при выявлении причин неработоспособности какого-либо устройства.

Сейчас существует три основных вида аккумуляторов: свинцово-кислотные, литиевые и щелочные. Из них чаще всего требуется проверить АКБ на свинцово-кислотной основе, так как этот тип источников питания обычно используется в автомобилях, мотоциклах и мопедах.

Время наибольшей уязвимости такой батареи — зима, так как электролит, состоящий из смеси серной кислоты и воды, чувствителен к холоду, и исправность аккумулятора может оказаться под угрозой. Не стоит забывать и о том, что сочетание отрицательной температуры и глубокого разряда могут прикончить батарею в кратчайшие сроки. Поэтому лучше не пренебрегать проверкой заряда аккумулятора и его работоспособности, тем более, что это не самая сложная процедура, в отличие от того, как проверить аккумулятор автомобиля на замыкание.

Индикатор

Существует три распространенных способа проверки того, достаточное ли количество энергии находится в аккумуляторе автомобиля. Все методы можно применить в домашних условиях при соблюдении техники безопасности. Первый и самый простой подойдет только счастливым обладателям необслуживаемых устройств, оснащенных специальным индикатором (этот же способ используется для оценки уровня электролита). Для этого достаточно открыть капот и посмотреть на АКБ.

Там расположены три индикатора:

  • зеленый — все хорошо, устройство заряжено, электролит в норме;
  • черный — на автомобиле разряжается аккумулятор;
  • белый — электролита недостаточно для корректной работы.

Дальше источник питания нужно подзарядить или пополнить в нем уровень электролита. Или же обратиться в сервис, если автовладелец против применения народных методов к машине.

Такие источники питания дороже обслуживаемых и требуют установки очень хорошего генератора, так как чувствительны к перепаду напряжения.

Мультиметр

Метод №2 тоже не требует особых усилий. Это использование прибора для проверки состояния аккумуляторной батареи. Прибор этот называется мультиметром и в базовой комплектации сочетает в себе функции вольтмера, амперметра и омметра. В дорогих моделях еще больше функций, но эти три — базовые, их вполне достаточно, чтобы оценить уровень заряда АКБ. Обычно мультиметр — компактное портативное устройство, приобрести которое можно без особых проблем в любом специализированном магазине.

Перед проверкой аккумулятора мультиметром нужно внимательно осмотреть корпус устройства. Если обнаружены потеки электролита — места утечек заряда, скорее всего, будут именно там. Отклоняясь от темы, стоит отметить, что пыль, грязь и потеки масла и электролита в принципе не способствуют улучшению работоспособности батареи. Лучше потратить немного времени, регулярно протирая корпус устройства, чем постоянно его подзаряжать.

После проверки внешнего вида аккумулятора можно приступать к измерению заряда. Основная задача автовладельца при использовании мультимера — правильно подсоединить его к проверяемой АКБ и выбрать нужный режим.

Если диагностика производится на неработающем аккумуляторе автомобиля, порядок действий будет таким:

  1. Выключить все потребители энергии.
  2. Выставить режим вольтмера.
  3. Прикоснуться красным щупом к положительной клемме, черным — к отрицательной. Иногда провода бывают одинакового цвета, но даже если перепутать, каким куда прикасаться, ничего страшного не случится. В таком случае число окажется отрицательным, но цифры будут верными.
  4. Оценить полученный результат диагностирования, высветившийся на экране.

Примерная таблица результатов будет выглядеть так:

  • 12,5–13,2 В — аккумулятор заряжен на 100%;
  • 12,1–12,4 В — половинный заряд;
  • 11,7 В — АКБ успел разрядиться почти полностью.

Проверка аккумулятора мультиметром при работающем двигателе используется реже, такая методика диагностики АКБ покажет заряд, передающийся на батарею от генератора, и исправность устройства, регулирующего напряжение. Если эти данные тоже нужны, то порядок действий будет таким же.

Таблица результатов:

  • 13,5–14,0 — все в порядке;
  • 14,2 — обычно означает, что АКБ разряжен, в холодное время этот показатель может наблюдаться в первые 10-15 минут работы;
  • меньше 13,4 — батарея не способна полностью зарядиться.

Если по каким-то причинам возможно измерить только напряжение автомобильного аккумулятора, эти данные могут помочь определить уровень его заряда. Эти показатели будут не так точны, но оценить ситуацию помогут. Начинать тестирование нужно, выключив все потребители электричества, но включив двигатель. Нормальный показатель при такой нагрузке — 13,6 В. Дальше нужно по очереди включать потребители (фары, освещение, магнитолу и др.). Напряжение должно постепенно падать на очень маленькие величины (0,1–0,2). Резкие скачки этого параметра — показатель некорректной работы генератора. Идеальное значение при всех работающих электроприборах — 12,8–13,0. Меньший результат достоверно показывает низкий уровень заряда и возможный износ аккумулятора.

Нагрузочная вилка

Проверка аккумулятора на работоспособность методом нагрузочной вилки требует наличия специального прибора, имеющего менее широкое распространение, чем мультиметр. Он создает батарее нагрузку, аналогичную той, которую она испытывает при работе. Диагностика аккумулятора под нагрузкой позволяет получить, пожалуй, самые объективные данные об изношенности АКБ и уровне заряда. Сама нагрузочная вилка состоит из вольтиметра, клемм и нагрузки. Эту полезную вещь можно приобрести в магазине или собрать собственноручно.

Во втором случае схема сборки устройства выглядит так:

  1. Убедиться в наличии доступа к отдельным банкам аккумулятора. Вычислить необходимую нагрузку по формуле R=U/I. R — сопротивление, U — напряжение, I — сила тока. Все необходимые данные можно взять в инструкции к АКБ. Обратите внимание — формула рассчитывается отдельно на каждую банку.
  2. Выбрать резистор, рассчитав его мощность с помощью формулы P=UI. P — мощность. Эта деталь обязательно должна быть изготовлена из проволоки.
  3. Клеммы и провода, использующиеся для проверки АКБ нагрузочной вилкой, должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать ток необходимой мощности. Все места соединений должны быть надежно запаяны. Расстояние между клеммами рекомендуется сделать равным расстоянию между полюсами батареи.
  4. Подключить вольтметр, заизолировать места соединений, сделать жесткий каркас из огнеупорного материала, не проводящего электричество.

Проверка аккумулятора нагрузочной вилкой может проводиться под нагрузкой и без нее. В первом случае батарея должна быть полностью заряжена. Тогда до подачи нагрузки прибор покажет от 12,6 до 12,9 В. Если этого не произошло — АКБ нужно зарядить. Возможна ситуация, когда заряд полон, но требуемых цифр все равно не появляется. Это надежный признак того, что одна или несколько банок безнадежно испорчены.

Если все в порядке и правильные показатели появились, нужно включить нагрузку и на пятой секунде измерить напряжение. Идеальный показатель — 10,2 В. Число меньше 9 — показатель изношенности батареи. Необходимо точно соблюдать время подачи нагрузки и снятия показаний. После пяти секунд работы нагрузочной вилки будет получен самый достоверный результат. Для более наглядного понимания, как собрать устройство и воспользоваться им для проверки аккумуляторной батареи, можно посмотреть обучающее видео.

Электролит — важная составляющая любой АКБ. При его недостаточно высоком уровне батарея может безвозвратно испортиться, при слишком высоком — окисляются клеммы, может быть поврежден двигатель. Проверка уровня электролита в аккумуляторе может производиться разными способами. Все зависит от конструктивных особенностей нуждающегося в проверке источника питания.

Все, что было сказано выше о необслуживаемых, в полной мере относится и к измерению количества электролита. На других моделях часто бывает шкала, показывающая текущий уровень заполнения батареи, максимальное и минимальное количество электролита, необходимого для корректной работы.

Проще всего провести проверку аккумулятора автомобиля визуально, открутив крышки банок и заглянув внутрь. Иногда производители оставляют часть корпуса прозрачной. Более надежный метод — использование специальной полой стеклянной трубочки небольшого диаметра. Ее опускают внутрь каждой банки до упора на дно и достают, предварительно зажав пальцем отверстие. Так можно получить самые точные данные о количестве водного раствора серной кислоты внутри банок. Проводя эту процедуру, главное не забыть о том, что в трубочке окажется крайне едкое вещество, и допускать его попадания на кожу и одежду не рекомендуется.

Проверка плотности электролита в аккумуляторе — важная процедура, которая дает представление не только о состоянии батареи, но и об уровне заряда (косвенно). Чтобы определить соотношение воды и серной кислоты понадобится прибор, называемый ареометром (более точное название — денсиметр). Состоит он из колбы с грушей на конце, внутри которой есть резервуар с дробью или ртутью.

Проверкой плотности электролита в аккумуляторе нужно заниматься спустя два часа после его полной зарядки. Так же, как и уровень, плотность раствора проверяют отдельно в каждой банке. Для этого нужно открыть емкость, набрать столько электролита, сколько нужно, чтобы поплавок поднялся, отметить результат на нанесенной на колбу шкале. Правильные цифры — 1,27-1,29 г/см 3. Для разных банок допустимы разные показатели. Если результат выше нормы — добавить туда дистиллированной воды, при слишком низких показателях — забрать часть электролита и добавить раствор с нормальной плотностью. Подробнее о плотности аккумулятора зимой и летом →

Проверка технического состояния аккумуляторных батарей нужна не только для автомобилей. Источники питания, обслуживающие другую технику, особенно долго находившиеся в нерабочем состоянии, также нужно проверять перед эксплуатацией. Для щелочных АКБ часто применяется такая же нагрузочная вилка, как и для кислотных.

Чтобы проверить емкость литиевой батарейки, можно или воспользоваться специальным тестером, или проверять аккумулятор под нагрузкой, используя подходящий резистор. Далее нужно довести его до полной разрядки, подбирая и записывая напряжение и силы тока. Результатом испытаний является график, показывающий реальную емкость АКБ. Обратите внимание: этот метод подходит для технически подкованных пользователей.

Итак, при покупке свинцово-кислотных аккумуляторов в непроверенном магазине или с рук обязательно нужно внимательно изучить приобретаемую вещь. Во-первых, важен тщательный визуальный осмотр. Потеки, трещины, иные механические повреждения — повод отказаться от покупки. В дальнейшем они могут оказаться причиной полной неработоспособности батареи.

Во-вторых, нужна проверка напряжения на клеммах аккумулятора автомобиля. Для 12 В АКБ этот параметр должен быть не менее 13–13,5 В. Если ниже — это разряженный источник питания, и покупать его не рекомендуется. Вы имеете право попросить продавца проверить новый аккумулятор в магазине, чтобы точно знать, какое у него состояние.

И напоследок о дате выпуска. За рубежом эта информация важной не считается, но в России, особенно, если покупать у непроверенного продавца, лучше обращать внимание и на неё. Единых стандартов нанесения этой маркировки не существует, так что, возможно, придется поискать. На аккумуляторы заграничных производителей, попавшие в Россию законным путем, обязательно дается гарантия от 12 до 24 месяцев, поэтому после приобретения нового товара стоит хранить гарантийный талон с печатью магазина и чек до тех пор, пока не истечет время обслуживания.

Мультиметр является многофункциональным устройством для измерения различных параметров электрического тока, поэтому с его помощью может быть произведена и проверка заряда аккумулятора. Для выполнения данной работы можно использовать различные виды мультиметров. Стоимость изделия не имеет значения, главное чтобы цифровой или аналоговый измерительный прибор был в исправном состоянии. О том как проверить аккумулятор мультиметром будет рассказано далее.

Какие параметры можно проверить?

С помощью мультиметра можно измерить напряжение с высокой точностью. По величине электрического напряжения можно определить заряжена ли аккумуляторная батарея или элемент необходимо зарядить постоянным током. С помощью мультиметра, можно проверить напряжение не только кислотных аккумуляторов, но и элементы питания сотовых телефонов. Чтобы проверить мобильник на величину заряда батареи, прибор переводится в режим измерения постоянного тока до 20 В. В этом режиме цифровой прибор, позволяет измерить напряжение, с точностью до сотых долей вольта.

Аккумулятор шуруповёрта, также можно легко проверить мультиметром. Номинальное напряжение прибора, в данном случае, можно узнать из документации электроинструмента, и если напряжение меньше этого значения, то батарею необходимо зарядить.

Ёмкость аккумулятора также можно проверить мультиметром. Для этой цели можно воспользоваться несколькими способами.

Проверить с помощью мультиметра можно утечку тока. Если необходимо измерить данный параметр на автомобиле, то кроме утечки тока на корпус, проверяется и утечка в бортовой сети автомобиля.

Таким образом можно предотвратить быстрый разряд АКБ и повысить её эксплуатационный ресурс.

Как измерить напряжение

Если необходимо проверить только аккумуляторного напряжения, то мультиметр переводится в режим DC. Если нужно проверить источник электроэнергии, напряжение которого не превышает 20 вольт, то в данном секторе переключатель режимов устанавливается в положение 20 В. Затем чёрный щуп мультиметра следует присоединить к минусовой клемме, а красный — к плюсу АКБ, на дисплее устройства, в этот момент, будет показано напряжение постоянного тока.

Обычно, исправный и полностью заряженный автомобильный аккумулятор имеет напряжение 12,7 В. Если при таком напряжении плотность электролита находится в норме, то источник электроэнергии может быть использован по назначению.

Аналогичным образом измеряется напряжение литий-ионных батарей сотовых телефонов, а также щелочных или гелевых батарей, которые применяются для запуска двигателей различной мототехники, дизельных генераторов и иных устройств, для начала работы которых, необходим определённый заряд электричества.

Как измерить ёмкость

Мультиметр можно использовать и как тестер для измерения ёмкости аккумулятора. Замер ёмкости аккумулятора можно произвести с помощью контрольного разряда батареи. Чтобы проверить ёмкость потребуется вначале полностью зарядить аккумулятор. Затем необходимо убедиться что батарея максимально заряжена, сделав замер напряжения и плотности электролита.

Далее необходимо подключить нагрузку известной мощности, например лампу накаливания мощностью 24 Вт, и отметить точное время начала данного эксперимента. Когда напряжение батареи упадёт до 50% процентов от ранее установленного показания полностью заряженного аккумулятора, лампочку следует отключить. Измерение ёмкости, которое выражается в а/ч, осуществляется путём перемножения силы тока в цепи при подключённой нагрузке, на количество часов, в течение которых осуществлялся контрольный разряд батареи. Если получится значение, максимально приближенное к номинальному показателю а/ч, то батарея находится в отличном состоянии.

Проверить внутреннее сопротивление

Чтобы проверить АКБ на исправность с помощью мультиметра, требуется измерить внутреннее сопротивление аккумулятора. Проверить работоспособность источника питания можно с применением мультиметра и мощной лампочки на 12 В. Проверить батарею необходимо в такой последовательности:

  1. Лампа 12 В подключается к АКБ.
  2. Спустя несколько секунд свечения лампы, замеряется напряжение на клеммах батареи.
  3. Лампа отключается, и напряжение снова замеряется.

Если разница измерения не превышает значения 0,05 В, то аккумулятор находится в исправном состоянии.

В том случае, когда значение падение напряжения больше, внутреннее сопротивления источника питания будет выше, что косвенно будет обозначать значительное ухудшение технического состояния аккумулятора.

Таким образом удаётся довольно точно проверить источник электроэнергии на исправность.

Как проверить ток утечки

Аккумулятор может самостоятельно разряжаться, даже в том случае, когда его клеммы не подключены к потребителям электроэнергии. Величина саморазряда указывается в документации к аккумулятору и является естественным процессом. Особенно заметно потеря электроэнергии может наблюдаться в кислотных АКБ.

Дополнительно к естественным утечкам электрического тока, в цепи могут быть участки, которые находятся во влажном состоянии или с истончённой изоляцией. В этом случае, даже в момент, когда все потребители электроэнергии находятся в выключенном состоянии, происходит дополнительная утечка тока, которая может привести к полному разряду батареи, а в некоторых случаях, и к возгоранию повреждённого места. Особенно, такое явление может быть опасно в бортовой сети автомобиля, у которого отрицательным проводником является весь кузов и агрегаты, на которых может находиться достаточное количество огнеопасных веществ для образования открытого пламени даже от небольшой искры или электрической дуги.

Чтобы выявить, такое «несанкционированное» расходование электричества, необходимо выключить зажигание автомобиля, а также отключить устройства работающие в «дежурном режиме», например магнитолу и сигнализацию.

Измерить силу тока на аккумуляторе с помощью мультиметра, можно только в том случае, если измерительный прибор переведён в режим измерения силы тока, обозначенный значком «10 А». Для этого круговой переключатель переводится в соответствующий режим, а красный штекер в гнездо обозначенное знаком «10 ADС».

Красный щуп мультиметра соединяется с «+» аккумулятора, а чёрный, с отсоединённой клеммой. В этот момент должны полностью отсутствовать какие-либо показания прибора. Если мультиметр покажет любое значение, то ток утечки является значительным, и необходимо произвести детальную диагностику бортовой сети автомобиля.

Подобным образом производится замер утечки в других электронных системах. При проведении диагностики следует проявлять осторожность, и при подозрении на значительную утечку электрического тока, которая проявляется искрением при отсоединении или подключении клеммы, от замера тока утечки мультиметром следует отказаться. Если пренебречь этим правилом, то можно «спалить» прибор, который не рассчитан на проверку больших значений силы тока.

Как проверить заряд аккумулятора мультиметром и не повредить хрупкую электронную «начинку» устройства?

Чтобы для тестера проверка аккумулятора не оказалась последней, необходимо правильно выбрать диагностический режим. Если требуется проверить ампераж, то категорически запрещается это делать без дополнительной нагрузки, которая не должна превышать мощности 120 Вт. Выбирая режим измерения постоянного тока, следует проявлять осторожность, чтобы по ошибке, не включить мультиметр в режим измерения сопротивления, который находится, в большинстве моделей мультиметров, рядом с положением переключателя для измерения постоянного тока.

Как измерить плотность электролита и зарядить АКБ автомобиля | Блог автолюбителя Николая Вагано

Как вы помните из прошлых постов, после установки выносного регулятора напряжения проблема со стабильностью напряжения зарядки аккумулятора так и осталась нерешенной. Замена изношенного ремня генератора ничего не дала, поэтому проверим батарею на исправность, измерив плотность электролита в банках.

Для этого нам понадобится ареометр (денсиметр).

Рис.1

Рис.1

Но, для начала немного теории:

Измерение плотности электролита в сочетании с измерением напряжения под нагрузкой и без позволяет быстро установить причину неисправности в аккумуляторной батарее. При низкой плотности — это может быть дефект в какой-либо ячейке, глубокий разряд или обрыв цепи внутри АКБ. Плотность измеряется специальным прибором — ареометром (денсиметром).

В качестве электролита в аккумуляторных батареях применяют раствор серной кислоты, плотность которого измеряется в г/см3. В основном плотность зависит от концентрации раствора серной кислоты — чем больше концентрация раствора, тем больше плотность. Однако, она также зависит и от температуры раствора и от степени заряженности аккумулятора — при разрядке часть серной кислоты «уходит» в пластины, плотность снижается.

Рис.2

Рис.2

Поэтому измерение плотности принято проводить при 25 °С и полностью заряженном аккумуляторе. Плотность электролита в новой полностью заряженной батарее должна составлять 1.28±0.01 г/см3 для Средней зоны. Но может варьироваться в зависимости от климатической зоны (рис.3).

Рис.3

Рис.3

Линейно снижаясь, по мере разряда АКБ, она составляет 1.20±0.01 г/см3 у батарей, степень заряженности которых снизилась до 50%. У полностью разряженной батареи плотность электролита составляет 1.10±0.01 г/см3 (рис.4).

Рис.4

Рис.4

Если значение плотности во всех банках аккумулятора одинаково (±0.01 г/см3), это говорит о степени заряженности батареи и отсутствии внутренних замыканий. При наличии внутреннего короткого замыкания плотность электролита в дефектной ячейке будет значительно ниже (на 0.10-0.15 г/см3), чем в остальных.

Низкая плотность в одной из ячеек указывает на наличие дефекта в ней (короткое замыкание между пластинами в блоке). Одинаково низкая плотность во всех ячейках связана с глубоким разрядом всей батареи, ее сульфатацией или устареванием.

Все заливаемые аккумуляторные батареи во время заряда и работы теряют часть воды. При этом снижается уровень жидкости над пластинами и увеличивается концентрация кислоты в электролите. Работа аккумулятора с низким уровнем электролита отрицательно влияет на ресурс батареи. Поэтому перед проверкой плотности электролита необходимо проверить его уровень в банках аккумулятора. Принято считать нормальным уровень электролита на 10-15 мм выше верхней кромки пластин (сепараторов).

Существует три основных вида аккумуляторных батарей:

Малосурьмянистые (Sb/Sb) — это обычная «классическая» свинцовая батарея с добавками в пластины сурьмы, они подвержены наибольшему саморазряду и выкипанию воды из раствора электролита, но не боятся глубоких разрядов, их легко зарядить даже при низкой плотности электролита.

Кальциевые (Ca/Ca) — пластины легированы кальцием, они практически не требуют слежения за уровнем и плотностью электролита, виброустойчивы, застрахованы от длительного перезаряда до 14.8 В, терпят перепады напряжения в бортовой сети, обладают коррозионной стойкостью, имеют низкий саморазряд и больший срок службы. Однако, они имеют один недостаток — неустойчивы к глубоким разрядам. Дело в том, что при длительной глубокой разрядке их положительные пластины покрываются сульфатом кальция (сульфатация), блокирующим электрохимические реакции, вследствие чего падает емкость. Этот процесс, в отличие от образования сульфата свинца в малосурьмянистых батареях, необратим. Если разрядить кальциевую батарею ниже 11.5 В, то она уже не восстановит изначальную емкость, при разряде ниже 10.8 В потеряет до 50% своей емкости. Два-три таких разряда – и аккумулятор придется выбрасывать. Также, в связи с тем, что пластины в таких батареях упакованы в плотные пакеты, плотность электролита неравномерна — более тяжелая серная кислота скапливается внизу банок, а поверх пластин оказывается более «легкий» электролит. Из-за этого ареометр может показывать неадекватно низкую плотность при нормальной заряженности.

Такие батареи подходят тем, кто ездит регулярно на большие расстояния, кому нужны виброустойчивые аккумуляторы, хорошо переносящие постоянные перезаряды в пути.

Гибридные (Sb/Ca) — являются золотой серединой. Они довольно стойки к глубоким разрядам, при этом значительно меньше подвержены выкипанию и саморазряду по сравнению с малосурьмянистыми.

Далее разговор продолжится только о кальциевых батареях (Ca/Ca).

Для начала, проверим напряжение на клеммах аккумулятора мультиметром, чтобы определить степень ее заряженности. Измерения  необходимо проводить через 6-8 часов после выключения двигателя или отключения зарядного устройства. В нашем случае машина простояла около 4-х дней под сигнализацией — напряжение составляет 12 В, что указывает на то, что батарея почти полностью разряжена.

Рис.5

Рис.5

Теперь проверим выборочно плотность электролита в двух банках. Для этого опустим пипетку ареометра в заливное отверстие пока она не упрется в предохранительную сетку и всасываем резиновой грушей достаточное количество электролита, чтобы поплавок свободно плавал в вертикальном положении и не касался стенок колбы. Показания отсчитываются по нижнему мениску, что примерно на ~0.1 г/см3 ниже линии соприкосновения жидкости с ареометром. Измеренная плотность составляет 1.23 г/см3 при температуре окружающего воздуха 0°С, поэтому внесем поправку в показания ареометра (рис.6), приведя их к 25°С: 1.23-0.02=1.21 г/см3 — что говорит нам о том, что аккумулятор требует срочной подзарядки.

Рис.6

Рис.6

Снимаем аккумулятор и переносим в теплое помещение для подзарядки.

Еще немного теории: 

Для кальциевых батарей губительны старые «дедовские» методы зарядки, используемые для малосурмянистых АКБ с контрольно-тренировочным циклом заряда/разряда и «кипячением», а также малоэффективны некоторые автоматические зарядные устройства.

В наши дни в большинстве таких устройств используется комбинированный метод зарядки, когда в процессе заряда АКБ сила тока снижается со временем, а напряжение, наоборот, повышается. Это объясняется тем, что ЭДС аккумуляторной батареи направлена именно на напряжение, соответственно при его повышении нужно повышать и напряжение. А вот сила тока уменьшается из-за все увеличивающегося сопротивления батареи.

Для современных батарей рекомендуется начальный установочный заряд током в 5% от номинальной ёмкости напряжением 14.4 В и продолжительность зарядки не менее суток, однако, при экстренной зарядке допускается повышение заряда до 10% и продолжительностью до 12 часов. Допустимо кратковременное повышение напряжения до 16.5 В в конце цикла зарядки.

Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при зарядке не изменяются в течение 1-2 часов. Ток должен упасть практически до нуля, а входящее напряжение может повысится до 16,5 В, в зависимости от устройства.

Если вы часто заводите двигатель, двигаетесь на небольшие расстояния, и автомобиль долго простаивает без движения, то для такой батареи необходима ежемесячная плановая зарядка аккумулятора специализированным зарядным устройством, подходящим именно для кальциевых батарей.

После того, как электролит прогрелся до 20-25°С еще раз замерим напряжение и плотность. Теперь мультиметр показывает напряжение 12.45 В, а плотность в банках от 1.22 до 1.24 г/см3, что также указывает на недозаряд батареи. 

Рис.7

Рис.7

Оставляем крышечки банок приоткрытыми для выхода образующихся газов при зарядке. Подключаем разъемы зарядного устройства к клеммам аккумулятора и включаем его в сеть. Устанавливаем переключатель зарядного тока согласно правилу в 10% от номинальной емкости. Так как в нашем случае батарея имеет емкость 60 А·ч, то устанавливаем переключатель в положение 6 А и оставляем заряжаться минимум на 10 часов.

Рис.8

Рис.8

Проверим напряжение зарядного тока на клеммах — оно составляет 14.9 В, что немного больше нормы в 14.4, но не критично. Так как зарядное устройство работает в автоматическом режиме, то оно само выставляет напряжение и сила тока уменьшается в зависимости от уровня зарядки батареи. Главное, чтобы аккумулятор не «закипел».

Рис.9

Рис.9

Спустя 10 часов стрелка амперметра зарядного устройства опустилась до 0.5 А. Батарея взяла основную емкость.

Рис.10

Рис.10

Снимаем разъемы и выжидаем от получаса до 2-х часов для уравновешивания плотности и напряжения на клеммах. И снова замеряем: напряжение показывает 13.2 В и плотность 1.24 г/см3.

Рис.11

Рис.11

Как мы видим, плотность немного подросла, но все равно не достигает нормы в 1.27-1.29 г/см3. Возможно произошла сульфатация пластин, поэтому доведем время зарядки до 24 часов и измерим все параметры снова.

Итак, прошло 24 часа, стрелка амперметра опустилась еще ниже до 0.25 А и больше не опускается. Зарядное напряжение выросло до 15.1 В, плотность в ячейках батареи также возросла и составляет 1.24-1.26 г/см3, что немного ниже расчетной. Но, так как в таких батареях плотность неравномерна и внутри блоков пластин должна быть выше, то примем как нормальную.

Рис.12

Рис.12

Рис.13

Рис.13

Тем более, батарея довольно старая и уже имела несколько полных разрядов, вследствие чего кислота могла «уйти» в пластины. Напряжение на клеммах составляет те же 13.2 В, что и после 10-часового цикла, а значит батарея полностью заряжена.

Рис.14

Рис.14

Все, ставим аккумулятор обратно на автомобиль и заново проверяем работу трехуровневого регулятора.

Ставьте лайк, комментируйте, подписывайтесь на канал! Удачи на дорогах!

Как мерить плотность аккумулятора

Измерение плотности электролита в сочетании с измерением напряжения под нагрузкой и без позволяет быстро установить причину неисправности в аккумуляторной батарее. При низкой плотности — это может быть дефект в какой-либо ячейке, глубокий разряд или обрыв цепи внутри АКБ. Плотность измеряется специальным прибором — ареометром (денсиметром).

В качестве электролита в аккумуляторных батареях применяют раствор серной кислоты, плотность которого измеряется в г/см3. В основном плотность зависит от концентрации раствора серной кислоты — чем больше концентрация раствора, тем больше плотность. Однако, она также зависит и от температуры раствора и от степени заряженности аккумулятора — при разрядке часть серной кислоты «уходит» в пластины, плотность снижается.

Поэтому измерение плотности принято проводить при 25 °С и полностью заряженном аккумуляторе. Плотность электролита в новой полностью заряженной батарее должна составлять 1.28±0.01 г/см3 для Средней полосы. Но может варьироваться в зависимости от климатической зоны.

Линейно снижаясь, по мере разряда АКБ, она составляет 1.20±0.01 г/см3 у батарей, степень заряженности которых снизилась до 50%. У полностью разряженной батареи плотность электролита составляет 1.10±0.01 г/см3.

Если значение плотности во всех банках аккумулятора одинаково (±0.01 г/см3), это говорит о степени заряженности батареи и отсутствии внутренних замыканий. При наличии внутреннего короткого замыкания плотность электролита в дефектной ячейке будет значительно ниже (на 0.10-0.15 г/см3), чем в остальных.
Низкая плотность в одной из ячеек указывает на наличие дефекта в ней (короткое замыкание между пластинами в блоке). Одинаково низкая плотность во всех ячейках связана с глубоким разрядом всей батареи, ее сульфатацией или устареванием.
Все заливаемые аккумуляторные батареи во время заряда и работы теряют часть воды. При этом снижается уровень жидкости над пластинами и увеличивается концентрация кислоты в электролите. Работа аккумулятора с низким уровнем электролита отрицательно влияет на ресурс батареи. Поэтому перед проверкой плотности электролита необходимо проверить его уровень в банках аккумулятора. Принято считать нормальным уровень электролита на 10-15 мм выше верхней кромки пластин (сепараторов).

Существует три основных вида аккумуляторных батарей:

Малосурьмянистые (Sb/Sb) — это обычная «классическая» свинцовая батарея с добавками в пластины сурьмы, они подвержены наибольшему саморазряду и выкипанию воды из раствора электролита, но не боятся глубоких разрядов, их легко зарядить даже при низкой плотности электролита.
Кальциевые (Ca/Ca) — пластины легированы кальцием, они практически не требуют слежения за уровнем и плотностью электролита, виброустойчивы, застрахованы от длительного перезаряда до 14.8 В, терпят перепады напряжения в бортовой сети, обладают коррозионной стойкостью, имеют низкий саморазряд, больший срок службы. Однако, имеют один недостаток — они неустойчивы к глубоким разрядам. Дело в том, что при длительной глубокой разрядке их положительные пластины покрываются сульфатом кальция, блокирующим электрохимические реакции. Этот процесс, в отличие от образования сульфата свинца в малосурьмянистых батареях, необратим. Если разрядить кальциевую батарею ниже 11.5 В, то она уже не восстановит изначальную емкость, при разряде ниже 10.8 В потеряет до 50% своей емкости. Два-три таких разряда – и аккумулятор придется выбрасывать. Также, в связи с тем, что пластины в таких батареях упакованы в плотные пакеты, плотность электролита неравномерна — более тяжелая серная кислота скапливается внизу банок, а поверх пластин оказывается более «легкий» электролит. Из-за этого ареометр будет показывать неадекватно низкую плотность при нормальной заряженности.

Такие батареи хорошо подходят тем, кто ездит много на большие расстояния, кому нужны виброустойчивые аккумуляторы, хорошо переносящие постоянные перезаряды в пути.
Гибридные (Sb/Ca) — являются золотой серединой. Они довольно стойки к глубоким разрядам, при этом значительно меньше подвержены выкипанию и саморазряду по сравнению с малосурьмянистыми.

На примере кальциевой батареи емкостью 60 А·ч, попробуем выяснить плотность электролита и ее исправность. Для начала, проверим напряжение на клеммах аккумулятора мультиметром, чтобы выяснить степень ее заряженности. Такая проверка проводится через 6-8 часов после выключения двигателя или отключения зарядного устройства. В нашем случае машина простояла около 4-х дней под сигнализацией — напряжение составляет 12 В, что говорит нам о том, что батарея почти полностью разряжена.

Теперь проверим выборочно плотность электролита в двух банках — она составляет 1.23 г/см3 при температуре окружающего воздуха 0°С, поэтому внесем поправку в показания ареометра, приведя их к 25°С: 1.23-0.02=1.21 г/см3 — это также говорит нам о том, что аккумулятор требует срочной подзарядки.

Снимаем аккумулятор и переносим в теплое помещение для подзарядки.

Для кальциевых батарей губительны старые «дедовские» методы зарядки, используемые для малосурмянистых АКБ с контрольно-тренировочным циклом заряда/разряда и «кипячением», а также малоэффективны некоторые автоматические зарядные устройства.
В наши дни в большинстве таких устройств используется комбинированный метод зарядки, когда в процессе зарядки сила тока снижается со временем, а напряжение, наоборот, повышается. Это объясняется тем, что ЭДС аккумуляторной батареи направлена именно на напряжение, соответственно при его повышении нужно повышать и напряжение. А вот сила тока уменьшается из-за все увеличивающегося сопротивления батареи.
Для современных батарей рекомендуется установочный заряд током в 10% от номинальной ёмкости напряжением 14.4 В и продолжительность зарядки не менее суток. Однако, допустимо кратковременное повышение напряжения до 16.5 В в конце цикла зарядки.

Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при заряде сохраняются без изменения в течение 1-2 часов. Ток должен упасть практически до нуля, а входящее напряжение может повысится до 16,5 В, в зависимости от устройства.
Если вы часто заводите двигатель, двигаетесь на небольшие расстояния, и автомобиль долго простаивает без движения, то для такой батареи необходима ежемесячная плановая зарядка аккумулятора специализированным зарядным устройством, подходящим именно для кальциевых батарей.

После того, как электролит прогрелся до 20-25°С еще раз замерим напряжение и плотность. Теперь мультиметр показывает напряжение 12.45 В, а плотность в банках от 1.22 до 1.24 г/см3, что все равно указывает на недозаряд батареи.

Анализ электролита из аккумулятора и замер его плотности помогает владельцу автомобиля судить о его химическом состоянии. Плотность кислотосодержащей жидкости внутри банок АКБ зависит от очень многих факторов, поэтому важно уметь правильно определять значение этого параметра в зависимости от условий эксплуатации автомобиля.

Что такое плотность электролита

Плотностью любого физического тела или жидкости считается, как отношение массы вещества к занимаемому объёму. Этот параметр для жидкости, заливаемый в банки свинцового аккумулятора, выражается в граммах на кубический сантиметр.

Определить плотность вещества визуально не представляется возможным поэтому для измерения этого параметра используют специальное устройство.

Чем можно померить плотность электролита

Замерить концентрацию электролита можно с помощью медицинского шприца объёмом 10 см3 и точных цифровых весов. Работа выполняется следующим образом:

  1. Пустой шприц без иглы кладётся на весы и показания измерительного прибора записываются в блокнот.
  2. На шприц одевается тонкая резиновая трубка, которая опускается в одну из банок аккумулятора.
  3. В шприц набирается ровно 10 мл кислотосодержащей жидкости.
  4. Шприц, без резиновой трубки, кладётся на весы и результат измерения снова записывается.
  5. Производятся несложные арифметические вычисления:
  6. Из массы шприца с электролитом вычитается масса пустого медицинского изделия.
  7. Получившееся значение делится на 10.

В результате получится точное значение плотности в одной банке. Таким образом нужно измерить этот показатель во всех банках.

Каждый раз осуществлять измерение таким образом невыгодно ни по затраченному времени, ни по удобству выполнения процедуры. Намного удобнее и проще произвести измерение плотности кислотосодержащей жидкости аккумулятора с помощью ареометра.

Он состоит из специальной колбы с находящимся внутри поплавком. Внутренняя деталь поплавка имеет свинцовую огрузку поэтому при закачивании в ёмкость жидкости, эта деталь устанавливается строго в вертикальном положении. На поверхности поплавка имеется градуированная шкала, по которой можно узнать точное значение плотности электролита аккумулятора.

Почему может повыситься или понизиться плотность электролита

Изменение концентрации электролита может произойти по следующим причинам:

  1. При изменении уровня заряженности батареи (прямая корреляция).
  2. При негерметичном корпусе аккумулятора. Если в нем есть трещины или пробки плохо прикручены, то будет уходить жидкость и при доливке дистиллированной воды плотность будет снижаться.
  3. Добавление электролита вместо дистиллированной воды, при испарении жидкости в летнее время (увеличение плотности).
  4. Неправильно приготовленный электролит. Наиболее часто такая ситуация может возникнуть при самостоятельном добавлении кислоты в воду.
  5. Интенсивное испарение воды из банок в летний период.

Как правило, установить причину изменения концентрации электролита в домашних условиях не составляет большого труда, но чтобы правильно определить величину такого отклонения, необходимо знать, какое значение является эталонным.

Какая плотность электролита в аккумуляторе должна быть

Технические требования по плотности электролита могут существенно отличаться для кислотных аккумуляторов, эксплуатируемых в различных климатических условиях.

Какая должна быть плотность электролита зимой

Необходимость в поддержании концентрации серной кислоты в электролите на более высоком уровне обусловлено опасностью замерзания жидкости при низких температурах воздуха. Полностью заряженный аккумулятор должен обладать плотностью смеси 1,27 – 1,28 г/см3. Тогда он легко переносит морозы до минус 70 градусов.

При падении плотности до 1,20 г/см3 жидкость гарантированно превратиться в лёд уже при температуре минус 30 градусов. В результате кристаллизации, жидкость значительно увеличивается в объёме, поэтому при эксплуатации машины в зимний период необходимо тщательно следить за тем, чтобы аккумулятор был полностью заряжен.

Невыполнение этого требования приведёт к разрушению внутренних пластин устройства, что станет причиной полной неработоспособности аккумуляторной батареи.

Плотность
электролита (г/см3)
Степень
заряженности (%)
Замерзание
электролита (С)
1,27 100 -60
1,26 94 -55
1,25 87,5 -50
1,24 81 -46
1,23 75 -42
1,22 69 -37
1,21 62,5 -32
1,2 56 -27
1,19 50 -24
1,18 44 -18
1,17 37,5 -16
1,16 31 -14
1,15 25 -13
1,14 19 -11
1,13 12,56 -9
1,12 6 -8
1,11 0,0 -7

Какая должна быть плотность электролита летом

Летом исключается вероятность образования льда внутри банок аккумулятора, но в обслуживаемых аккумуляторных батареях плотность может произвольно повышаться за счёт испарения воды.

Эксплуатация АКБ с повышенной концентрацией электролита приводит к существенному снижению эксплуатационного срока батареи, вследствие более агрессивного воздействия кислотосодержащей жидкости на сепараторы.

Чтобы избежать подобных негативных последствий, в обслуживаемых моделях, следует производить регулярный контроль уровня электролита в летний период и при необходимости разбавлять смесь дистиллированной водой.

Как проверить плотность аккумулятора

Если плотность электролита необходимо замерять регулярно, то без ареометра не обойтись. Осуществляется процедура замера следующим образом:

  1. Выкручиваются пробки аккумуляторной батареи.
  2. Узкая часть вводится в банку.
  3. Груша, находящаяся в верхней части прибора, сжимается. Затем необходимо отпустить резиновую верхнюю часть, чтобы образовавшееся отрицательное давление способствовало наполнению резервуара измерительного прибора кислотосодержащей жидкостью.

Определяется концентрация электролита по его уровню на градуированной шкале поплавка. Таким несложным методом производится измерение в каждой банке аккумуляторной батареи.

Как измерить плотность в необслуживаемом аккумуляторе

Необслуживаемые аккумуляторы не имеют в своей конструкции закрываемых технологических отверстий. Это означает, что производителем не была предусмотрена возможность самостоятельного измерения плотности электролита в течение всего срока службы АКБ.

Для умельцев такая особенность конструкции необслуживаемого аккумулятора не является непреодолимой преградой на пути улучшения состояния устройства, в работе которого наблюдаются значительные отклонения от нормы.

Они превращают необслуживаемую модель аккумулятора в обслуживаемую при помощи дрели, которым в середине каждой банки делаются отверстия значительные отверстия.

В отверстиях метчиком нарезается резьба, а для изготовления пробки используется пластиковый прут подходящего диметра, на котором с помощью плашки делается определённого диаметра и шага резьба.

Получившуюся пластиковую шпильку разрезают на 6 отрезков длинной по 3 – 4 см. Самодельные пробки вкручиваются в сделанные ранее отверстия и далее батарея эксплуатируется как обслуживаемая.

Есть другой популярные метод. С краю, в крышке просверливают 6 маленьких отверстий, через которые можно будет получить полноценный доступ к жидкости в каждой банке аккумулятора.

Замерив электролит таким образом, герметичность элемента питания можно восстановить при помощи силиконового герметика. Чтобы при проведении герметизации вещество не попало внутрь аккумулятора, рекомендуется с помощью самодельного проволочного крючка попытаться выпрямить часть пластмассы, которая была продавлена в процессе изготовления отверстия.

Внимание! При механическом повреждении корпуса аккумулятор слетает с гарантией, и в случае допущения ошибки она может выйти из строя. Мусор провалившийся в банки также может снизить продолжительность жизни батареи.

Как поднять плотность в аккумуляторе

Падает плотность электролита, обычно, при добавлении дистиллированной воды в аккумуляторную батарею, имеющую негерметичный корпус. В этом случае обычно наблюдается разная концентрация в банках.

Если плотность в аккумуляторе невозможно выровнять во всех банках до приемлемого значения зарядным устройством, то производят замещения части кислотосодержащей жидкости свежим заводским электролитом. Корректировка плотности электролита выполняется в такой последовательности:

  1. Из проблемной банки с помощью груши удаляется максимально возможное количество электролита.
  2. В банку заливается свежая кислотосодержащая смесь.

Если в результате подобных действий в банках не происходит достаточного увеличения плотности, то процедуру следует повторить.

Как понизить плотность АКБ

Работа аккумулятора с повышенной плотностью электролита может негативно отразиться на его работоспособности, поэтому при наличии в банке электролита, концентрация которого выше 1,28 проводят процедуру позволяющую снизить концентрацию серной кислоты.

Процесс понижения плотности производится таким же образом, как и при выполнении процедуры повышения концентрации раствора, но вместо электролита в аккумулятор добавляется дистиллированная вода. То есть, вначале из проблемной банки удаляется часть электролита, а затем объём восполняется химически чистой водой.

Остались вопросы по плотности электролита или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полезным, полным и точным.

Плотность электролита в аккумуляторе очень важный параметр у всех кислотных АКБ, и каждый автовладелец должен знать: какая плотность должна быть, как её проверить, а самое главное, как правильно поднять плотность аккумулятора (удельный вес кислоты) в каждой из банок со свинцовыми пластинами заполненных раствором h3SO4.

Проверка плотности – это один из пунктов процесса обслуживания аккумуляторной батареи, включающий так же проверку уровня электролита и замер напряжения АКБ. В свинцовых аккумуляторах плотность измеряется в г/см3. Она пропорциональна концентрации раствора, а обратно зависима, относительно температуры жидкости (чем выше температура, тем ниже плотность).

По плотности электролита можно определить состояние батареи. Так что если батарея не держит заряд, то следует проверить состояние её жидкости в каждой его банке.

Плотность электролита влияет на емкость аккумулятора, и срок его службы.

Проверяется денсиметром (ареометр) при температуре +25°С. В случае, если температура отличается от требуемой, в показания вносятся поправки, как показано в таблице.

Итак, немного разобрались, что это такое, и что нужно регулярно делать проверку. А на какие цифры ориентироваться, сколько хорошо, а сколько плохо, какой должна быть плотность электролита аккумулятора?

Какая плотность должна быть в аккумуляторе

Выдерживать оптимальный показатель плотности электролита очень важно для аккумулятора и стоит знать, что необходимые значения зависят от климатической зоны. Поэтому плотность аккумулятора должна быть установлена исходя из совокупности требований и условий эксплуатации. К примеру, при умеренном климате плотность электролита должна находиться на уровне 1,25-1,27 г/см3 ±0,01 г/см3. В холодной зоне, с зимами до -30 градусов на 0,01 г/см3 больше, а в жаркой субтропической — на 0,01 г/см3 меньше. В тех регионах, где зима особо сурова (до -50 °С), дабы аккумулятор не замерз, приходится повышать плотность от 1,27 до 1,29 г/см3.

Много автовладельцев задаются вопросом: «Какой должна быть плотность электролита в аккумуляторе зимой, а какой летом, или же нет разницы, и круглый год показатели нужно держать на одном уровне?» Поэтому, разберемся с вопросом более подробно, а поможет это сделать, таблица плотности электролита в аккумуляторе с разделением на климатические зоны.

Также нужно помнить, что, как правило, аккумуляторная батарея, находясь на автомобиле, заряжена не более чем на 80-90 % её номинальной ёмкости, поэтому плотность электролита будет немного ниже, чем при полном заряде. Так что, требуемое значение, выбирается чуть-чуть повыше, от того, которое указано в таблице плотности, дабы при снижении температуры воздуха до максимального уровня, АКБ гарантированно оставался работоспособным и не замерз в зимний период. Но, касаясь летнего сезона, повышенная плотность может и грозить закипанием.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе

Таблица плотности составляется относительно среднемесячной температуры в январе-месяце, так что климатические зоны с холодным воздухом до -30 °C и умеренные с температурой не ниже -15 не требуют понижения или повышения концентрации кислоты. Круглый год (зимой и летом) плотность электролита в аккумуляторе не стоит изменять, а лишь проверять и следить, чтобы она не отклонялась от номинального значения, а вот в очень холодных зонах, где столбик термометра часто на отметке ниже -30 градусов (в плоть до -50), корректировка допускается.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой

Плотность электролита в аккумуляторе зимой должна составлять 1,27 (для регионов с зимней температурой ниже -35 не менее 1.28 г/см3). Если будет значение ниже, то это приводит к снижению электродвижущей силы и трудного запуска двигателя в морозы, вплоть до замерзания электролита.

Когда в зимнее время плотность в аккумуляторной батареи понижена, то не стоит сразу бежать за корректирующим раствором дабы её поднять, гораздо лучше позаботится о другом – качественном заряде АКБ при помощи зарядного устройства.

Получасовые поездки от дому к работе и обратно не позволяют электролиту прогрется, и, следовательно, хорошо зарядится, ведь аккумулятор принимает заряд лишь после прогрева. Так что разряженность изо дня в день увеличивается, и в результате падает и плотность.

Для новой и исправной АКБ нормальный интервал изменения плотности электролита (полный разряд – полный заряд) составляет 0,15-0,16 г/см3.

Помните, что эксплуатация разряженного аккумулятора при минусовой температуре приводит к замерзанию электролита и разрушению свинцовых пластин!

По таблице зависимости температуры замерзания электролита от его плотности, можно узнать минусовой порог столбика термометра, при котором образовывается лед в вашем аккумуляторе.

Как видите, при заряженности на 100% аккумуляторная батарея замерзнет при -70 °С. При 40% заряде замерзает уже при -25 °С. 10% не только не дадут возможности запустить двигатель в морозный день, но и напрочь замерзнет в 10 градусный мороз.

Когда плотность электролита не известна, то степень разряженности батареи проверяют нагрузочной вилкой. Разность напряжения в элементах одной батареи не должна превышать 0,2В.

Показания вольтметра нагрузочной вилки, B

Степень разряженности батареи, %

Если АКБ разрядилась более чем на 50% зимой и более чем на 25% летом, её необходимо подзарядить.

Плотность электролита в аккумуляторе летом

Летом аккумулятор страдает от обезвоживания, поэтому учитывая то, что повышенная плотность плохо влияет на свинцовые пластины, лучше если она будет на 0,02 г/см3 ниже требуемого значения (особенно касается южных регионов).

В летнее время температура под капотом, где зачастую находится аккумулятор, значительно повышена. Такие условия способствуют испарению воды из кислоты и активности протекания электрохимических процессов в АКБ, обеспечивая высокую токоотдачу даже при минимально допустимом значении плотности электролита (1,22 г/см3 для теплой влажной климатической зоны). Так что, когда уровень электролита постепенно падает, то повышается его плотность, что ускоряет процессы коррозионного разрушения электродов. Именно поэтому так важно контролировать уровень жидкости в аккумуляторной батарее и при его понижении добавить дистиллированной воды, а если этого не сделать, то грозит перезаряд и сульфация.

Если аккумулятор разрядился по невнимательности водителя или другим причинам, следует попробовать вернуть ему его рабочее состояние при помощи зарядного устройства. Но перед тем как заряжать АКБ, смотрят на уровень и по надобности доливают дистиллированную воду, которая могла испариться в процессе работы.

Через некоторое время плотность электролита в аккумуляторе, из-за постоянного разбавления его дистиллятом, снижается, и опускается ниже требуемого значения. Тогда эксплуатация батареи становится невозможной, так что возникает необходимость повысить плотность электролита в аккумуляторе. Но для того, чтобы узнать насколько повышать, нужно знать как проверять эту самую плотность.

Как проверить плотность аккумулятора

Дабы обеспечить правильную работу аккумуляторной батареи, плотность электролита следует проверять каждые 15-20 тыс. км пробега. Измерение плотности в аккумуляторе осуществляется при помощи такого прибора как денсиметр. Устройство этого прибора состоит из стеклянной трубки, внутри которой ареометр, а на концах — резиновый наконечник с одной стороны и груша с другой. Чтобы произвести проверку, нужно будет: открыть пробку банки аккумулятора, погрузить его в раствор, и грушей втянуть небольшое количество электролита. Плавающий ареометр со шкалой покажет всю необходимую информацию. Более детально как правильно проверить плотность аккумулятора рассмотрим чуть ниже, поскольку есть еще такой вид АКБ, как необслуживаемые, и в них процедура несколько отличается — вам не понадобится абсолютно никаких приборов.

Индикатор плотности на необслуживаемой АКБ

Плотность необслуживаемого аккумулятора отображается цветовым индикатором в специальном окошке. Зеленый индикатор свидетельствует, что все в норме (степень заряженности в пределах 65 — 100%), если плотность упала и требуется подзарядка, то индикатор будет черный. Когда в окошке отображается белая или красная лампочка, то нужен срочный долив дистиллированной воды. Но, впрочем, точная информация о значении того или иного цвета в окошке, находится на наклейке аккумуляторной батареи.

Теперь продолжаем далее разбираться, как проверять плотность электролита обычного кислотного аккумулятора в домашних условия.

Проверка плотности электролита в аккумуляторе

Итак, чтобы можно было правильно проверить плотность электролита в аккумуляторной батарее, первым делом проверяем уровень и при необходимости его корректируем. Затем заряжаем аккум и только тогда приступаем к проверке, но не сразу, а после пары часов покоя, поскольку сразу после зарядки или долива воды будут недостоверные данные.

Следует помнить, что плотность напрямую зависит от температуры воздуха, поэтому сверяйтесь с таблицей поправок, рассматриваемой выше. Сделав забор жидкости из банки аккумулятора, держите прибор на уровне глаз – ареометр должен находиться в состоянии покоя, плавать в жидкости, не касаясь стенок. Замер производится в каждом отсеке, а все показатели записываются.

Таблица определения заряженности аккумулятора по плотности электролита.

Как узнать плотность аккумулятора | Хитрости Жизни

Проверить плотность аккумулятора можно с помощью ареометра или мультиметра, проанализировав рабочее значение напряжения. Перед диагностикой пользователь должен удостовериться в отсутствии дефектов корпуса батареи, которые могли бы привести к утечке жидкости.

Подготовительные работы перед проверкой уровня и плотности

Видео: как снять аккумулятор с автомобиля

Чем и как проверяют плотность электролита в аккумуляторе

Как проверить аккумулятор автомобиля мультиметром

Измерение плотности электролита самодельным прибором

Как измерить уровень электролита в аккумуляторе

Можно ли проверить уровень и плотность электролита в необслуживаемом аккумуляторе

Видео: как поднять плотность электролита в банках АКБ

Комментарии и Отзывы

Подготовительные работы перед проверкой уровня и плотности

Перед тем как в домашних условиях определять плотность с помощью специального прибора, нужно иметь в виду, что:

  1. Аккумулятор (АКБ) авто проверяется с использованием очков для защиты глаз и резиновых перчаток. Раствор электролита — агрессивная кислота, которая вызывает ожоги при попадании на тело.
  2. Уровень плотности аккумуляторной батареи машины должен измеряться после визуальной проверки устройства.
  3. Производится очистка клемм аккумулятора от окислений и загрязнений. Необходимо воспользоваться специальной железной щеткой или мелкозернистой наждачной бумагой.
  4. Прежде чем померить значение плотности жидкости в автомобильной батарее, надо убедиться в наличии электролита в банках. Если объем вещества снижен, потребуется добавить в устройство дистиллированную воду.
  5. При необходимости осуществляется демонтаж аккумулятора. От устройства отключаются клеммы и производится демонтаж фиксирующей пластины.
  6. Перед отключением аккумулятора в автомобиле деактивируется система зажигания, предварительно отключается работа электрооборудования и приборов.
  7. Батарею протирают влажной и чистой тряпкой, чтобы не допустить попадания пыли в банки с электролитом.

Видео: как снять аккумулятор с автомобиля

Канал «Аккумуляторщик» в своем видеоролике подробно рассказал о нюансах демонтажа аккумуляторной батареи с автомобиля и отключения этого устройства.

Чем и как проверяют плотность электролита в аккумуляторе

Проверять уровень электролита в рабочем растворе, помимо ареометра и мультиметра, можно и самодельным прибором.

Специальное устройство для измерения плотности (ареометр) представляет собой обычную стеклянную трубку, верхняя часть которой заужена и имеет шкалу с делениями. Нижняя часть трубки широкая в ней находится дробь или ртуть, которую засыпают строго определенное количество во время калибровки ареометра. В автомагазинах такой прибор продается в наборе с резиновой «грушей» для забора электролита и мерной колбой, в которой размещен сам ареометр.

Принцип действия прибора основан на законе Архимеда, а плотность электролита определяют по глубине погружения ареометра (объему жидкости, вытесненной им), и весу устройства.

Ареометр для измерения электролита

Прежде чем проверять уровень электролита в автомобильном аккумуляторе, надо учитывать следующие правила:

  • батарея должна быть выставлена на ровной поверхности;
  • температура аккумулятора должна составить около 20-25 градусов тепла;
  • замер уровня плотности производится не в одной, а во всех банках;
  • проверка рабочей величины осуществляется не раньше, чем через десять часов с последней поездки либо через три часа после подзарядки;
  • аккумуляторную батарею необходимо предварительно зарядить.

Измерение ареометром

Подробнее о том, как для измерения уровня плотности пользоваться ареометром:

  1. На отключенном аккумуляторе откручиваются все банки.
  2. В одну из банок концом вставляется ареометр, на другом его конце располагается груша, с ее помощью делается забор жидкости. Её в устройстве должно быть столько, чтобы его поплавок свободно болтался в емкости.
  3. Производится определение уровня плотности в соответствии с показаниями на шкале тестера. Полученные параметры записываются.
  4. Диагностика параметра плотности повторяется для каждой банки. Все полученные параметры сопоставляются с нормированными значениями, указанными в таблице.

Плотность аккумулятора рекомендуется проверять не реже, чем каждые 15-20 тысяч километров пробега.

Фотогалерея: диагностика уровня и плотности электролита в банках
Таблица: поправка к показаниям ареометра
Температура рабочей жидкости при измерении ее плотности, ºС Поправка к показаниям, полученным в ходе тестирования ареометром, г/см3
От -55 до -41 -0,05
От -40 до -26 -0,04
От -25 до -11 -0,03
От -10 до +4 -0,02
От +5 до +19 -0,01
От +20 до +30 0,00
От +31 до +45 +0,01
От +46 до +60 +0,02

Как проверить аккумулятор автомобиля мультиметром

Пошаговая инструкция, которая позволит правильно замерить и узнать плотность батареи, выглядит так:

  1. Производится сборка измерителя. Для этого к корпусу мультиметра подключаются провода с крокодилами. Сам тестер перед замером переводится в режим «вольтметра».
  2. Поворотный переключатель на устройстве переводится в положение 20 В. В результате тестер будет показывать любые параметры ниже этого порога.
  3. Затем кабеля соединяются с клеммными выходами аккумулятора — черный контакт идет на отрицательную клемму, красная — на положительную. Если цвет проводов одинаковый, то следует проверить маркировку непосредственно на корпусе мультиметра. На контактах, где кабеля выходят из тестера, должны быть знаки «-» и «+».
  4. Производится мониторинг параметра напряжения и полученные данные сравниваются с нормированными. Если батарея заряжена полностью, то рабочий параметр составит 12,7 вольт, соответственно, зарядка устройства не потребуется. В случае, если полученный параметр составил в диапазоне от 12,1 до 12,4 В, то устройство разряжено наполовину, значит, его плотность не соответствует норме. В остальных случаях требуется детальная диагностика аккумулятора и его подзарядка или замена.
Таблица: плотность электролита при проверке мультиметром
Процент заряженности Плотность электролита, г/см3 Напряжение аккумулятора, В
100% 1,28 12,7
80% 1,245 12,5
60% 1,21 12,3
40% 1,175 12,1
20% 1,14 11,9
0% 1,10 11,7

Измерение плотности электролита самодельным прибором

Принцип замера зимой или летом с помощью самодельного прибора аналогичный, и такой тестер можно соорудить самостоятельно с учетом следующих нюансов:

  1. Основным элементом ареометра является поплавок, с помощью которого производится замер.
  2. В качестве резервуара можно использовать стеклянную пробирку или другую похожую емкость.
  3. В пробирку насыпается пшено или другое сыпучее вещество, также можно использовать кусок свинца или другой грузик.
  4. Затем емкость опускается в воду. В месте, где вода будет по уровень, нужно отметить цифру 1, это связано с тем, что данная жидкость имеет плотность 1 г/см3. Затем производится градуировка величин для других растворов с более высокой плотностью.

Как измерить уровень электролита в аккумуляторе

Замер уровня рабочей жидкости осуществляется так:

  1. Первый способ — по максимальной и минимальной отметке — уровень электролита должен быть между ними.
  2. Для второго варианта проверки пользователю необходимо открыть отверстия, в которых установлены банки и осмотреть все по отдельности. При этом следует учитывать, что объем электролита одинаковый в каждом отверстии (10-15 мм над пластинами).
  3. Чтобы замерить этим способом нужно подготовить стеклянную трубочку, внутренний диаметр которой не превышает 5 мм. Затем открутить крышку на аккумуляторе и опустить трубку внутрь, пока она не упрется в предохранительный щиток. После этого закрыть наружное отверстие пальцем и достать трубочку. Уровень электролита в ней и является замеряемым параметром.

Можно ли проверить уровень и плотность электролита в необслуживаемом аккумуляторе

Проверить уровень и плотность электролита в необслуживаемом аккумуляторе — по специальным индикаторам, которыми оснащены батареи. Такие метки изменяют свой цвет в зависимости от плотности и степени заряда электролита. Чтобы осуществить такую проверку, необходимо найти на корпусе индикатор, очистить от пыли и грязи и оценить его цвет.

Затем следует сравнить показания индикатора со шкалой соответствия, при этом, как правило:

  • зеленый цвет указывает на то, что с аккумулятором все в порядке, уровень электролита и заряд в норме;
  • белый — сообщает о слабом заряде и необходимости подключить зарядное устройство;
  • если же индикатор красного цвета, то это значит, что кислотность электролита повысилась, а уровень воды понизился.

Шкала индикаторов на аккумуляторе

Проверить уровень и плотности рабочего раствора на аккумуляторах без индикатора можно, следуя такому алгоритму:

  1. С краю, на крышке с помощью дрели и отверстия небольшого диаметра просверливается шесть небольших отверстий. Через них пользователь сможет получить доступ к каждой банке, поэтому расстояние между ними должно быть соответствующее. Перед сверлением автовладелец должен протереть аккумулятор.
  2. Визуально производится проверка уровня жидкости и ее добавление при необходимости. Для восполнения объема применяется дистиллированная вода. Используя ареометр, выполняется диагностика плотности рабочего раствора.
  3. После проведения проверок пользователю потребуется восстановить герметичность. Для этого можно использовать силиконовый герметик или холодную сварку. Для того, чтобы при выполнении задачи материал не попал внутрь батареи, следует выпрямить часть пластика, продавленного при изготовлении отверстия. Это можно сделать с помощью самодельного металлического крюка.

Если корпус аккумуляторной батареи поврежден, на устройство больше не будет распространяться гарантия. Если в ходе выполнения пользователь допустит ошибку, то ресурс эксплуатации будет снижен. К примеру, грязь, попавшая в банки, снизит срок службы и разрушит пластины, установленные внутри.

Видео: как поднять плотность электролита в банках АКБ

Канал «Denis МЕХАНИК» в своем видеоролике подробно рассказал о том, как проверить и увеличить плотность электролита в аккумуляторе.

Все, кто имел дело с аккумуляторными батареями, знают, что их основными характеристиками являются номинальное напряжение и емкость заряда. Но для поддержания работоспособности АКБ не менее важным является такой параметр как плотность аккумулятора. Конечно, на самом деле речь идет о плотности электролита, находящегося в аккумуляторной батарее. Но зачастую используется именно это жаргонное выражение. Контролировать концентрированность электролита так же необходимо, как и регулярно заряжать источник тока.

На что влияет плотность электролита

В большинстве аккумуляторных батарей применяются свинцовые пластины, а рабочая среда – серная кислота, разбавленная водой. Насыщенность раствора, измеряемая в грамм/см3, и является той характеристикой, которая влияет на способность аккумулятора накапливать заряд для последующей работы.

Схема устройства свинцово-кислотной АКБ

Концентрация кислоты в растворе электролита и работоспособность аккумуляторной батареи напрямую связаны между собой.

  • При малой плотности падает и способность источника тока накапливать ту емкость заряда, которая обеспечивает его рабочие характеристики. При малой плотности батарея быстрее разряжается и не выдает положенный максимальный ток.
  • Если величина этого параметра опустится ниже определенного значения, то в мороз вода в электролите может замерзнуть, и аккумулятор полностью выйдет из строя.
  • Но при высокой плотности резко ускоряется процесс сульфатации свинцовых пластин. Это означает, что при слабом заряде АКБ на них образуется свинцовый сульфат, который уже не преобразуется при заряде обратно в свинец. Это также приводит к уменьшению способности накапливать необходимый заряд, а с течением времени – к полному выходу батареи из строя.

Поэтому важно поддерживать значение этого параметра в соответствии с установленными и проверенными нормами. Значительное уменьшение или превышение нормативных значений не способствует продуктивной работе аккумуляторной батареи.

Холод, при котором возможно замерзание содержимого батареи, показаны на рисунке.

Точка замерзания водно-кислотного раствора в зависимости от его плотности

Нормативные показатели электролитической плотности

Наверняка многие автолюбители, знакомые с проблемами поддержания работоспособности аккумуляторов, знают цифру 1,27 г/см3. Именно такой считается оптимальная плотность, при которой кислотные аккумуляторы способны максимально реализовывать свои возможности.

Но это значение справедливо не для всех типов аккумуляторов и их рабочих назначений. К тому же оптимальная плотность меняется для разных температур, при которых приходится работать батарее. Поэтому оптимальные значения зимой и летом будут несколько отличаться.

Назначение свинцово-кислотных аккумуляторов

  • Стартерные АКБ предназначены для выдачи максимально возможного тока при запуске различных двигателей. Это, в первую очередь, автомобильные АКБ. Нормативное значение плотности для них 1,26 – 1,28 г/см3.
  • Тяговые АКБ должны обеспечивать работу электродвигателей постоянным током в течение длительного времени. Одно из их применений – электрокары и другие движущие средства на электрической тяге. Наилучшее значение плотности электролита для этих АКБ тоже находится в пределах 1,26 – 1,28 г/см3.
  • Стационарные АКБ применяют для питания любых электрических схем и приборов. Обычно находятся на одном месте в помещении. Для них рекомендована пониженное значение 1,22 – 1,24 г/см3.

Зависимость от температуры работы

Изменяется окружающая температура – изменяются и значения плотности водно-кислотного раствора. При возрастании температуры способность аккумуляторной батареи накапливать заряд увеличивается примерно на 1% с каждым градусом. С понижением температуры, естественно, эта способность уменьшается. Поэтому рекомендуется в холодную погоду держать АКБ при повышенных плотностных значениях, а для жаркой погоды – снижать эти показатели.

Работоспособность АКБ при различных температурах в зависимости от плотности

Конечно, никто не будет заниматься изменением при каждом скачке погоды. Просто перед наступлением холодов полезно немного увеличить аккумуляторную плотность, а перед летним сезоном – понизить ее. Кроме того, существуют нормы оптимальной плотности для районов с различным климатом. Этих нормативных значений полагается придерживаться круглый год, за редкими исключениями. Для разных регионов считается нормальной:

  • В холодном климате 1,27 – 1,30 г/см3
  • В средней полосе 1,25 – 1,28 г/см3
  • В теплых районах 1,22 – 1,25 г/см3

Более подробно эти нормативы указаны в таблице.

Нормативные значения плотности электролита АКБ для различных температурных условий

Как проверить плотность электролита в кислотном аккумуляторе

Для проверки этой характеристики выпускаются простые измерители, называемые автомобильными ареометрами или денсиметрами. Их работа основана применении закона Архимеда, то есть способности груза погружаться на разную глубину в зависимости от плотности жидкости. Конструктивно ареометр содержит:

  • Стеклянную или пластиковую колбу.
  • Стеклянный поплавок с грузом и нанесенными на нем делениями, соответствующими измеряемым значениям.
  • С одной стороны колбы одевается резиновая груша, предназначенная для засасывания электролита внутрь колбы.
  • С противоположной стороны – резиновый носик, через который происходит забор жидкости из заливного отверстия АКБ.

Измеряемое значение определяется по той черте на поплавке, до которой доходит жидкость, набранная в ареометр.

Автомобильный ареометр с одним поплавком

Существуют более простые ареометры, в которых в колбе находятся несколько грузиков-палочек с разным весом у каждой. На каждом грузике (или на самой колбе напротив него) нанесено соответствующее значение плотности. Результат измерения определяется по максимальному значению всплывших грузиков. Такой ареометр более дешевый, но не обладает достаточной точностью.

Автомобильный ареометр с несколькими поплавками

Само измерение ареометром проводится так:

  • Носик ареометра опускается в аккумулятор через заливное отверстие. Есть приборы не с резиновым, а с пластиковым носиком. В этом случае нужно погружать его в электролит осторожно, чтобы не повредить свинцовые пластины.
  • С помощью груши в колбу набирается электролит. Для ареометров с одним поплавком нужно контролировать количество набираемой жидкости. Ее должно быть столько, чтобы поплавок свободно плавал внутри колбы. Но нельзя набирать и много жидкости. Тогда поплавок может упереться в верхний край колбы. Показания ареометра в этом случае будут недостоверны.
  • После забора жидкости смотрим – напротив какой риски на поплавке находится ее уровень. Цифры рядом с риской покажут значение плотности.
    Для ареометров с несколькими поплавками значение плотности определяется по всплывшим поплавочкам. Плавающий грузик с максимальным числом на нем как раз и показывает результат измерения.

Получение показаний с помощью ареометра

Для аккумуляторных батарей из нескольких элементов проверка проводится отдельно в каждой банке.

Обычная цена деления в аккумуляторных ареометрах составляет 0,01 г/см3. Но выпускаются ареометры и с более точной шкалой.

После окончания измерений необходимо тщательно промыть ареометр дистиллированной водой.

Условия, при которых следует проводить измерения

Прежде чем начать замеры концентрированности электролита, необходимо придерживаться несложных правил. А в некоторых случаях придется корректировать показания ареометра в зависимости от условий, при которых они были получены.

Самым необходимым условием является поддержание требуемого уровня жидкости в самой АКБ. Плотность будет замерена правильно, но для безопасной работы батареи необходимо будет довести уровень до нормы. А это приведет к изменению плотности.

Степень заряженности АКБ

Плотность электролита меняется при заряде/разряде аккумулятора. При разряде она уменьшается, при заряде – увеличивается. В зависимости от степени разряда аккумуляторной батареи значения меняются следующим образом.

Зависимость показаний ареометра от степени заряда батареи

Вряд ли можно точно определить уровень разряда. Поэтому сначала необходимо полностью зарядить аккумулятор, подождать несколько часов, и только потом проводить измерения.

Если с водно-кислотным раствором проводились какие-либо действия – долив дистиллированной воды или самой кислоты, то не стоит замерять плотность сразу после них. Необходимо подождать, пока долитая жидкость полностью перемешается в аккумуляторе.

Температура при проведении измерений

Калибровка стандартных ареометров ориентируется на температуру +25 °С. Для получения наиболее точных показаний замеры плотности электролита нужно проводить при такой же температуре. Зимой тестируемую АКБ надо занести в теплое место и дать ей прогреться до нужной температуры. Но не стоит проводить измерения буквально в домашних условиях. Раствор кислоты может случайно испортить мебель или одежду. Лучше воспользоваться отапливаемым помещением, приспособленным для таких работ.

Если же нет возможности проводить измерения при рекомендованной температуре в 20 – 25 °С, то можно сделать замеры при любой температуре, а затем воспользоваться корректировочной таблицей:

Корректировочные значения для измерений при разных температурах

Регулярные проверки плотности электролита в аккумуляторе позволят не только поддерживать его в оптимальных условиях для работы, но и своевременно выявить возможные проблемы и неисправности.

Иногда владельцы автомобилей спрашивают о том, как проверить плотность аккумулятора. Если выражаться корректнее и точнее, речь идет о том, как проверить плотность электролита в аккумуляторе. Как известно, уровень электролита в батарее измеряется в том случае, если АКБ относится к категории обслуживаемых. Для того чтобы научиться делать это самостоятельно, как в гараже, так и в домашних условиях, нужно знать о том, что представляет из себя жидкий электролит и как устроена внутри обслуживаемая автомобильная батарея.

Что находится внутри АКБ

Внутри аккумуляторной батареи автомобиля в определенной последовательности расположены шесть отсеков, или «банок». Каждый отсек имеет свинцовые пластины с положительными и отрицательными зарядами. «Банка» устроена герметично, и ее контакт с другими элементами происходит через общее полярное соединение.

Уровень напряжения в каждом отсеке АКБ составляет 2, максимум — 2,1 вольт. Все элементы соединяются друг с другом в последовательную электрохимическую цепь, имея на выходе общее напряжение 12 вольт.

Благодаря тому, что каждая «банка» заполнена особым химическим соединением, имеющим жидкую консистенцию, автомобильный аккумулятор обладает способностью накопления и отдачи электрического заряда. Эта жидкость получила название «электролит», а такие простые теоретические знания из области физики и химии помогут разобраться в том, как проверить плотность аккумулятора (точнее, электролита) правильно.

Для чего необходимо проверять плотность электролитической жидкости

Любой электролит представляет собой не что иное, как химическую смесь, состоящую из дистиллированной воды и серной кислоты в определенной пропорции: вода 65%, 35% — кислота. Именно такое процентное соотношение и позволяет электролиту осуществлять накопление электрического заряда без нанесения урона чувствительным свинцовым пластинам АКБ.

В процессе постоянной эксплуатации батареи происходят постоянные изменения плотности электролита, что определенным образом может сказаться на ее рабочих функциях. Само понятие плотности, кстати, означает не что иное, как процентное соотношение серной кислоты к дистилляту.

Если уровень серной кислоты внутри аккумулятора становится слишком высоким, это может печально закончиться для его пластин. Бывают ситуации, когда кислота попросту разъедает свинец, и пластины разрушаются.

Если же кислоты слишком мало, это означает, что АКБ разряжена или близка к тому, чтобы разрядиться полностью. Аккумулятор не может работать в режиме той емкости, которая указана в его технических характеристиках. Например, энергии может просто не хватить в условиях холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.

Также, если водитель долго пытается ездить на разряженном аккумуляторе, процесс оседания сульфатов на пластинах неизбежен. На них образуется плотный белый налет, убрать который порой бывает весьма проблематично. При критичном уровне сульфатов произойдет либо разрушение пластин, либо короткое замыкание. Потребуется десульфатация аккумулятора.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Чтобы знать, как правильно измерять уровень электролита, важно помнить — любая АКБ работает по цикличному принципу. Вначале она осуществляет накопление заряда внутри, а затем, при запуске двигателя, начинает его постепенно отдавать автомобилю, приводя его в движение. При отдаче заряда аккумулятором кислота выделяет те самые сульфаты (соли), оседающие на пластины «банок». А в «банках» происходит образование воды. Это приводит к тому, что уровень электролита значительно снижается.

Что потребуется сделать в данном случае:

  • когда уровень плотности выше требуемого, нужно разбавить электролит дистиллированной водой;
  • когда плотность снижается, батарея срочно нуждается в полноценной зарядке в течение, как минимум, 10-12 часов.

Как проверить электролит и измерить его плотность

Перед тем как проверить электролит в аккумуляторе, очистите его поверхность от грязи и пыли, чтобы при снятии крышек с батарейных отсеков они не попали внутрь . Возьмите тонкую трубку из стекла, ее диаметр может составлять от 4 до 5 миллиметров. Теперь нужно опустить трубку в отсек до конца, так, чтобы она коснулась его дна. Отверстие можно закрыть с помощью пальца (предварительно не забудьте обезопасить себя, надев технические перчатки!).

Достаньте из банки трубку: в нее должно попасть небольшое количество электролитической жидкости. Ориентируйтесь на ее высоту — сколько места она занимает в трубке. Если высота жидкости 10-15 миллиметров — плотность в пределах нормы, а когда уровень больше, либо меньше — плотность необходимо откорректировать.

Перед тем как приступить к корректировке плотности, нужно произвести ее точные замеры — в каждом аккумуляторном отсеке по отдельности, так как они между собой не сообщаются. Обязательно зарядите АКБ перед измерением, иначе результаты могут оказаться неверными. Кроме этого, незадолго до процесса батарею нужно на 3-4 часа оставить в помещении с комнатной температурой (от 20°С, можно чуть выше). Ведь химическая жидкость имеет прямую зависимость от температурного фактора.

Для измерения уровня плотности электролита применяется такой простой инструмент, как ареометр. Его еще иногда называют более сложным словом — денсиметр. Но по сути это одно и то же. Ареометр состоит из наконечника, поочередно опускаемого в аккумуляторные отсеки, колбы, резиновой груши для отсасывания жидкости и шкалы измерений, которая расположена внутри колбы.

Алгоритм действий проверки будет таким:

  • вытрите наконечник насухо чистой тряпочкой;
  • опустите его в аккумуляторный отсек;
  • резиновой грушей наберите небольшое количество жидкости;
  • следите за «поведением» электролита: когда он перестанет двигаться — замерьте плотность по шкале;
  • слейте жидкость обратно в «банку».

Как видите, техника снятия показаний очень проста. Главное — не забывать защитить руки с помощью перчаток.

Цифровые показатели, на которые нужно ориентироваться

Поскольку химическая составляющее АКБ напрямую зависит от температурных факторов, существуют общепринятые цифровые показатели, обозначающие уровень оптимальной концентрации электролита. На юге РФ это 1,25 , в районах средней полосы — 1,27 , а в северных регионах — 1,29 гр/см 3 .

Итак, как проверить уровень электролита в аккумуляторе и его плотность? Отнесите батарею в помещение с комнатной температурой, удалите с нее загрязнения, откройте банки и воспользуйтесь стеклянной трубочкой и ареометром. Не забудьте надеть перчатки. Проверку аккумулятора нужно осуществлять регулярно для обеспечения наилучшего уровня его работы.

Как правильно мерить плотность 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:

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.

Заключение


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.

В процессе эксплуатации автомобиля у владельца часто возникает вопрос: как определить емкость аккумуляторной батареи и мощность блока питания, как проверить плотность аккумулятора. Первое и основное обследование прибора осуществляется при комплектации автомобиля и в период продажи транспортного средства. При возникновении сбоев работы двигателя и других энергозависимых приборов авто проверить заряд батареи можно дома или в сервисном центре

Этапы исследования электролита

Существует несколько причин снижения заряда прибора. Проверке подлежат только обслуживаемые АКБ, наиболее частым поводом проведения мероприятия является:

  1. Поездки по городу;
  2. Пользование системой обогрева в холодное время года;
  3. Сбои в работе генератора напряжения.

Возникновение любого из перечисленных признаков является показателем, чтобы мерить электролит для агрегата. Перед тем как проверить уровень электролита в аккумуляторной батарее, необходимо визуально оценить состояние прибора, проверить уровень электролита, измерить плотность и уровень напряжения батареи. Получить достоверные результаты поможет проверка АКБ с помощью клеммы нагрузочного тока.

Ареометр для проверки плотности

Проверка плотности аккумулятора ареометром осуществляется в несколько этапов. Прибор имеет простую конструкцию, позволяющую определить плотность жидкости по принципу закона Архимеда. По внешнему виду прибор напоминает герметично запаянную ампулу с нанесенной шкалой деления. Для калибровки ареометра используются дробь и ртуть. Прибор продается в наборе с резиновой «грушей» и стеклянной мерной колбой, позволяющей мерить раствор без риска для приспособлений

При работе с электролитом необходимо соблюдать меры индивидуальной защиты, использовать резиновые перчатки и прорезиненый фартук. Инструкция, как проверить плотность АКБ предусматривает следующий порядок:

  1. АКБ очищают от пыли и загрязнений;
  2. Размещают агрегат на ровной поверхности;
  3. Снимают с банок крышки;
  4. «Грушей» набирают электролит и сливают в колбу;
  5. Опускают ареометр в жидкость.

Важным условием проведения процедуры является обязательная полная зарядка аккумулятора перед проверкой плотности электролита. Владельцу автомобиля следует учесть, что процесс зарядки АКБ сопровождается выделением из банок химически активных вещество: водорода и кислорода, соединение которых может привести к взрыву. Избежать неприятной ситуации поможет принудительная вентиляция помещения. Время зарядки может длиться до 6 часов.

Оценка количества проводника

После завершения зарядки аккумулятор необходимо выдержать в покое не менее 6 часов. Условие является обязательным, так как после воздействия током плотность электролита остается повышенной, после «отдыха» раствор серной кислоты выдает более достоверные показатели.

Перед тем, как проверить электролит в аккумуляторе, необходимо взять пробу из банки аккумулятора в количестве, чтобы ареометр свободно плавал в жидкости.

В норме плотность электролита составляет от 1,24 кг/дм 3 до 1,29 кг/дм 3 . Если полученный результат измерений ниже нормы, то поправить ситуацию может доливка свежего раствора. Методику выяснения, как правильно проверить плотность электролита в аккумуляторе, с последующими действиями необходимо повторить с каждой банкой АКБ с периодичностью 1 раз через каждые 3 месяца. По визуальной оценке жидкость должна быть прозрачной, обладать высокой степенью чистоты.

Неочищенная серная кислота может вызвать ускоренную самостоятельную зарядку аккумулятора. Обеспечить нормальный уровень электролита также поможет дистиллированная вода, повышенные показатели раствора снижает сроки службы аккумулятора.

На шкале ареометра полоски зеленого цвета показывают уровень допустимой плотности раствора. При цифровых значениях, отмеченных между верхним и нижним пределом жидкости, показатель считается нормальным, добавлять электролит не требуется.

Считывая показатели ареометра, необходимо помнить, что мерить концентрацию кислоты необходимо с поправкой на климатическую зону, так как существуют индивидуальные значения плотности.

Если плотность электролита падает до критического уровня, то никакие мероприятия, кроме как проверить плотность аккумулятора в домашних условиях с добавлением аккумуляторной кислоты, не помогут исправить ситуацию. Проверять электролит в аккумуляторе можно ранее описанным способом после добавления каждой порции кислоты. В случае, когда не удается получить нужный результат, то жидкость лучше всего просто заменить полностью.

Методика замены осуществляется после откачки раствора. Крышки банок и вентиляционные клапаны АКБ плотно закрываются, батарея укладывается на бок. В каждой банке делаются отверстия сверлом 3,5 мм, сливается остаток жидкости. Пустые банки тщательно промывают водой, проверяют на наличие осадка, отверстия запаиваются кислостойкой пластической массой, заливается свежий раствор с чуть большей плотностью, рекомендуемой для отдельно взятой климатической зоны.

Перед запуском прибора в работу рекомендуется еще раз померить концентрацию электролита.

Важная информация для автолюбителя

Так же без острой необходимости не следует заменять электролит полностью. Если кислоту необходимо разбавить водой, то следует помнить, что плотность жидкостей отличается. По этой причине кислоту вливают в воду тонкой струей с постоянным размешиванием.

Обращение с источником питания должно быть максимально осторожным, нельзя АКБ переворачивать вверх дном из-за возможного возникновения в процессе эксплуатации короткого замыкания. Перед завинчиванием крышек на банках необходимо воспользоваться рекомендацией специалистов, как проверить плотность аккумулятора ареометром перед эксплуатацией агрегата.

Иногда владельцы автомобилей спрашивают о том, как проверить плотность аккумулятора. Если выражаться корректнее и точнее, речь идет о том, как проверить плотность электролита в аккумуляторе. Как известно, уровень электролита в батарее измеряется в том случае, если АКБ относится к категории обслуживаемых. Для того чтобы научиться делать это самостоятельно, как в гараже, так и в домашних условиях, нужно знать о том, что представляет из себя жидкий электролит и как устроена внутри обслуживаемая автомобильная батарея.

Что находится внутри АКБ

Внутри аккумуляторной батареи автомобиля в определенной последовательности расположены шесть отсеков, или «банок». Каждый отсек имеет свинцовые пластины с положительными и отрицательными зарядами. «Банка» устроена герметично, и ее контакт с другими элементами происходит через общее полярное соединение.

Уровень напряжения в каждом отсеке АКБ составляет 2, максимум — 2,1 вольт. Все элементы соединяются друг с другом в последовательную электрохимическую цепь, имея на выходе общее напряжение 12 вольт.

Благодаря тому, что каждая «банка» заполнена особым химическим соединением, имеющим жидкую консистенцию, автомобильный аккумулятор обладает способностью накопления и отдачи электрического заряда. Эта жидкость получила название «электролит», а такие простые теоретические знания из области физики и химии помогут разобраться в том, как проверить плотность аккумулятора (точнее, электролита) правильно.

Для чего необходимо проверять плотность электролитической жидкости

Любой электролит представляет собой не что иное, как химическую смесь, состоящую из дистиллированной воды и серной кислоты в определенной пропорции: вода 65%, 35% — кислота. Именно такое процентное соотношение и позволяет электролиту осуществлять накопление электрического заряда без нанесения урона чувствительным свинцовым пластинам АКБ.

В процессе постоянной эксплуатации батареи происходят постоянные изменения плотности электролита, что определенным образом может сказаться на ее рабочих функциях. Само понятие плотности, кстати, означает не что иное, как процентное соотношение серной кислоты к дистилляту.

Если уровень серной кислоты внутри аккумулятора становится слишком высоким, это может печально закончиться для его пластин. Бывают ситуации, когда кислота попросту разъедает свинец, и пластины разрушаются.

Если же кислоты слишком мало, это означает, что АКБ разряжена или близка к тому, чтобы разрядиться полностью. Аккумулятор не может работать в режиме той емкости, которая указана в его технических характеристиках. Например, энергии может просто не хватить в условиях холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.

Также, если водитель долго пытается ездить на разряженном аккумуляторе, процесс оседания сульфатов на пластинах неизбежен. На них образуется плотный белый налет, убрать который порой бывает весьма проблематично. При критичном уровне сульфатов произойдет либо разрушение пластин, либо короткое замыкание. Потребуется десульфатация аккумулятора.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Чтобы знать, как правильно измерять уровень электролита, важно помнить — любая АКБ работает по цикличному принципу. Вначале она осуществляет накопление заряда внутри, а затем, при запуске двигателя, начинает его постепенно отдавать автомобилю, приводя его в движение. При отдаче заряда аккумулятором кислота выделяет те самые сульфаты (соли), оседающие на пластины «банок». А в «банках» происходит образование воды. Это приводит к тому, что уровень электролита значительно снижается.

Что потребуется сделать в данном случае:

  • когда уровень плотности выше требуемого, нужно разбавить электролит дистиллированной водой;
  • когда плотность снижается, батарея срочно нуждается в полноценной зарядке в течение, как минимум, 10-12 часов.

Как проверить электролит и измерить его плотность

Перед тем как проверить электролит в аккумуляторе, очистите его поверхность от грязи и пыли, чтобы при снятии крышек с батарейных отсеков они не попали внутрь . Возьмите тонкую трубку из стекла, ее диаметр может составлять от 4 до 5 миллиметров. Теперь нужно опустить трубку в отсек до конца, так, чтобы она коснулась его дна. Отверстие можно закрыть с помощью пальца (предварительно не забудьте обезопасить себя, надев технические перчатки!).

Достаньте из банки трубку: в нее должно попасть небольшое количество электролитической жидкости. Ориентируйтесь на ее высоту — сколько места она занимает в трубке. Если высота жидкости 10-15 миллиметров — плотность в пределах нормы, а когда уровень больше, либо меньше — плотность необходимо откорректировать.

Перед тем как приступить к корректировке плотности, нужно произвести ее точные замеры — в каждом аккумуляторном отсеке по отдельности, так как они между собой не сообщаются. Обязательно зарядите АКБ перед измерением, иначе результаты могут оказаться неверными. Кроме этого, незадолго до процесса батарею нужно на 3-4 часа оставить в помещении с комнатной температурой (от 20°С, можно чуть выше). Ведь химическая жидкость имеет прямую зависимость от температурного фактора.

Для измерения уровня плотности электролита применяется такой простой инструмент, как ареометр. Его еще иногда называют более сложным словом — денсиметр. Но по сути это одно и то же. Ареометр состоит из наконечника, поочередно опускаемого в аккумуляторные отсеки, колбы, резиновой груши для отсасывания жидкости и шкалы измерений, которая расположена внутри колбы.

Алгоритм действий проверки будет таким:

  • вытрите наконечник насухо чистой тряпочкой;
  • опустите его в аккумуляторный отсек;
  • резиновой грушей наберите небольшое количество жидкости;
  • следите за «поведением» электролита: когда он перестанет двигаться — замерьте плотность по шкале;
  • слейте жидкость обратно в «банку».

Как видите, техника снятия показаний очень проста. Главное — не забывать защитить руки с помощью перчаток.

Цифровые показатели, на которые нужно ориентироваться

Поскольку химическая составляющее АКБ напрямую зависит от температурных факторов, существуют общепринятые цифровые показатели, обозначающие уровень оптимальной концентрации электролита. На юге РФ это 1,25 , в районах средней полосы — 1,27 , а в северных регионах — 1,29 гр/см 3 .

Итак, как проверить уровень электролита в аккумуляторе и его плотность? Отнесите батарею в помещение с комнатной температурой, удалите с нее загрязнения, откройте банки и воспользуйтесь стеклянной трубочкой и ареометром. Не забудьте надеть перчатки. Проверку аккумулятора нужно осуществлять регулярно для обеспечения наилучшего уровня его работы.

Как измерить плотность аккумулятора

Под плотностью аккумулятора понимают плотность электролита в его банках. Для ее измерения возьмите ареометр и измерьте ее непосредственно в банках аккумулятора. Если есть необходимость, долейте серную кислоту или концентрат, продающийся в автомагазинах, после этого повторите замер. Также плотность электролита можно измерить с помощью вольтметра, в зависимости от его ЭДС.Вам понадобится

Определение плотности аккумулятора ареометромВозьмите ареометр и с помощью резиновой груши втяните в его стеклянную колбу количество электролита, необходимое для проведения измерений. Это количество должно позволить специальному поплавку с нанесенной на него шкалой внутри прибора (денсиметру) всплыть в электролите. По шкале определите плотность электролита.

Определение плотности аккумулятора плотномеромДля этого оттяните в корпус из прозрачной пластмассы электролит с помощью резиновой груши. Внутри корпуса находится несколько поплавков и по их всплытию определите плотность электролита. К недостаткам этого прибора можно отнести недостаточную точность и узкий диапазон измерений. Как правило, это 1,19-1,31 г/см³. Поэтому при сильно разряженном аккумуляторе плотность электролита измерить невозможно.

Определение плотности аккумулятора по его ЭДСС помощью чувствительного цифрового вольтметра измерьте электродвижущую силу (ЭДС) аккумуляторной батареи. Для этого присоедините контакты вольтметра к выводам аккумулятора, соблюдая полярность. Зафиксируйте значение ЭДС в вольтах до сотых долей. Затем полученное значение ЭДС поделите на 6 и от результата отнимите 0,84 (ρ=Е/6-0,84). В результате получите плотность в г/см³. Данная формула справедлива при температуре около 5°С. Поэтому если есть возможность, нагрейте или остудите до ее достижения аккумулятор, например, поставив его на некоторое время в погреб или отрегулированную под данную температуру холодильную камеру. Если же нет такой возможности, от результата отнимайте 0,01 на каждые 15°С повышения температуры, и прибавляйте на каждые 15°С понижения температуры.

Как проверить плотность аккумулятора и какой она должна быть

В качестве электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах выступает серная кислота и дистиллированная вода. Плотность электролита представляет собой соотношение этих двух компонентов, которое измеряется с помощью специального прибора под названием ареометр.

Плотность является очень важным параметром аккумулятора, и любой владелец автомобиля обязан следить за ее уровнем и знать, как его поднять при необходимости.  Фото: onlinetrade.ru

Какая плотность является нормой

В свинцовых АКБ плотность может зависеть не только от соотношения кислоты и воды, но и от температуры раствора (при высокой температуре плотность будет низкая и наоборот). Автовладельцу обязательно нужно следить за тем, чтобы показатели плотности электролита всегда были в норме. Следует учитывать, что данные показатели очень сильно зависят от климатической области.

  • Оптимальная плотность в районах с холодным климатом, где температура может понижаться до минуса тридцати градусов и ниже, составляет от 1,26 до 1,30 гм/см3,
  • В зонах с умеренным микроклиматом это значение должно быть около 1,24-1,26 гм/см3. В теплой климатической зоне оптимальная плотность равна 1,22-1,24 гм/см3. А там где зима особенно холодная и температура падает до пятидесяти градусов стоит придерживаться значения 1,29-1,31 гр/см3.

[stextbox id=”info”]АКБ обычно заряжена только на восемьдесят-девяносто процентов от ее общей вместимости, так что плотность в этом случае будет несколько меньше, чем если бы аккумулятор был заряжен на 100%.[/stextbox]

Это происходит из-за того, что во время заряда, АКБ поглощает воду из электролита и плотность возрастает. Кроме того, осуществляется разрушение солей сернистой кислоты, оседающей на пластинах. У батареи, которая заряжена максимально, плотность равняется 1,26-1,28 г/см3. Через некоторое время аккумулятор начинает разряжаться, и значение падает примерно до 1,17 г/см3.

Во время разряда АКБ происходит поглощение серной кислоты, и она, превращаясь в кристаллы сульфатов, со временем покрывает всю поверхность пластин. Вследствие этого уменьшается емкость, и снижаются электрохимические характеристики АКБ. Этот процесс носит название сульфатации, он является одной из наиболее распространенных причин выхода из строя аккумулятора.


Об особенностях применения смазки Литол 24 можно узнать из этого материала.

Также у нас вы найдете подробности о ремонте резонатора двигателя.

Сульфатация начинается при плотности около 1,16-1,1,18, так что в этой ситуации необходимо незамедлительно зарядить аккумулятор. 

Как плотность влияет на работу АКБ

Плотность АКБ во время эксплуатации подвержена постоянным изменениям. Благодаря измерению плотности электролита, ареометром, совместно с измерением напряжения, можно определить состояние аккумулятора. [stextbox id=”alert”]Значительное понижение уровня плотности, скорее всего, указывает на то, что какая-то из ячеек имеет дефект либо указывает на разрыв цепи или на сильную разрядку АКБ (в этом случае все ячейки будут обладать низкой плотностью).  [/stextbox]

Стоит отметить, что чем ниже плотность электролита, тем более длительный срок сможет проработать батарея. Но при этом низкое значение нередко приводит к сульфатации пластин. Помимо этого в таких условиях АКБ может и вовсе замерзнуть, а после такого, скорее всего, аккумулятор восстановлению уже подлежать не будет и придется приобретать новый.

  • Повышенный уровень плотности электролита способствуют понижению срока эксплуатации АКБ. Пониженная же плотность в батареи может привести к затруднениям с запуском силового агрегата.

Если аккумулятор перестает держать заряд, необходимо осуществить проверку состояния жидкости внутри него. Когда батарея функционирует, происходит испарение воды, вследствие этого электролит становится концентрирование, это также отрицательно влияет на работу аккумулятора.

Как измерить плотность

Плотность электролита оценивают, как правило, используя ареометр – измерительный прибор в виде стеклянной колбы с ареометром внутри, грушей из резины на одном конце и резиновой трубкой на другом. Фото: akbshop.in.ua

Для измерения плотности необходимо проделать следующие действия:

  • Прежде чем начать делать замер, нужно нажать на грушу, чтобы выпустить из нее воздух;
  • После этого максимально глубоко опускаем трубку в электролит;
  • Затем, не спеша, набираем из нее содержимое, понемногу разжимая грушу, при этом ареометр начнет плавать, не прикасаясь ко дну и к стенкам;
  • Устанавливаем прибор в вертикальном положении и смотрим на нижнюю градуировку, которая и покажет плотность электролита;
  • В завершении осуществляем нажатие на грушу, дабы слить жидкость обратно в электролит;
  • Проделываем данную процедуру со всеми оставшимися банками.

Также можно измерить плотность при помощи вольтметра. К клеммам батареи нужно подключить автоматический тестер и померить напряжение. Оно должно составлять двенадцать-двенадцать с половиной вольт. Затем следует повернуть ключ в зажигании и набрать 2500 оборотов. Напряжение должно скакнуть до четырнадцати вольт, но не превысить четырнадцати с половиной. Если изменения отсутствуют, значит нужно просто подзарядить батарею.

[stextbox id=”black”]Большинство аккумуляторов, которые выпускаются сегодня, оборудованы специальным цветным датчиком. [/stextbox]

Зеленый цвет датчика указывает на то, что батарея полностью заряжена, а желтый – что осталось совсем немного зарядки.

Как повысить плотность

Чтобы повысить плотность электролита можно воспользоваться следующими методами:

  • Поменять электролит на новый;
  • Зарядить аккумулятор;
  • Добавить серную кислоту;
  • Залить корректирующий электролит.

Перед тем как приступить к процессу, нужно подготовить все то, что нам может потребоваться, а именно – емкость для разведения электролита, клизма-груша, дрель, дистиллированная вода и непосредственно сам корректирующий электролит.

В самом начале рекомендуется осуществить зарядку батареи и проверить ее напряжение. Если после набора оборотов ничего не поменялось, необходимо оставить АКБ подзаряжаться примерно на десять часов. При этом ток должен быть меньше емкости аккумулятора в 10 раз, то есть если емкость составляет шестьдесят ампер/час, хватит тока в шесть ампер.

Эта таблица поможет выбрать плотность аккумулятора в зависимости от времени года и климата. Фото: prosdo.ruует снизить значения в два раза и заряжать батарею еще на протяжении двух часов. Благодаря этому и выравнивается  плотность электролита. Если при запущенном силовом агрегате напряжение становится больше четырнадцати с половиной ватт, залейте в АКБ воду и затем подзарядите его.

[stextbox id=”alert”]Если же это не помогло и заряд батареи продолжает стремительно понижаться, придется работать с электролитом.[/stextbox]

Чтобы повысить плотность аккумулятора самостоятельно, необходимо выполнить следующие действия:

  • Отобрать немного электролита с банки АКБ;
  • Добавить такой же объем корректирующего электролита, если необходимо прибавить плотность либо воду, если нужно ее понизить;
  • Затем около тридцати минут заряжать батарею, чтобы жидкость могла перемешаться;
  • После зарядки, нужно подождать 1-2 часа, это позволит плотности всех банок сравняться. За это время также понизиться температура и выйдут все газы;
  • Далее нужно проверить плотность и если она не соответствует норме повторить все шаги заново и вновь померить ее.

Обязательно следите за тем, чтобы плотность не превышала 1,35 г/см, в противном случае кислота начнет «съедать» пластины.

Видео-инструкцию по повышению плотности электролита вы найдете здесь:

Итог

Итак, плотность является очень важным параметром, который оказывает влияние на функционирование аккумулятора и может либо продлить срок его эксплуатации либо наоборот сократить. Поэтому владельцу любого транспортного средства рекомендуется регулярно проверять плотность АКБ и при необходимости поднимать либо понижать ее уровень.

Добавьте FBM.ru в избранноеДобавьте ПроКроссоверы в избранное

Как рассчитать плотность энергии

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: S. Hussain Ather

Что делает бензин и другие виды топлива такими мощными? Возможности химических смесей, таких как топливо, которые используются в автомобилях, возникают в результате реакций, которые эти материалы могут вызывать.

Вы можете измерить эту плотность энергии, используя простые формулы и уравнения, которые определяют эти химические и физические свойства при использовании топлива. Уравнение плотности энергии позволяет измерить эту мощную энергию по отношению к самому топливу.

Формула плотности энергии

Формула для плотности энергии :

E_d = \ frac {E} {V}

для плотности энергии E d , энергии E И объемом В, . Вы также можете измерить удельную энергию E s как E / M для массы, а не объема. Удельная энергия более тесно связана с доступной энергией, которая используется топливом для привода автомобилей, чем плотность энергии.Справочные таблицы показывают, что бензин, керосин и дизельное топливо имеют гораздо более высокую плотность энергии, чем уголь, метанол и древесина.

Тем не менее, химики, физики и инженеры используют плотность энергии и удельную энергию при разработке автомобилей и проверке физических свойств материалов. Вы можете определить, сколько энергии будет выделять топливо, основываясь на сгорании этой плотно упакованной энергии. Это измеряется содержанием энергии.

Количество энергии на единицу массы или объема, выделяемое топливом при сгорании, является содержанием энергии в топливе.В то время как более плотно упакованные виды топлива имеют более высокие значения энергосодержания с точки зрения объема, топлива с более низкой плотностью обычно производят больше энергии на единицу массы.

Единицы измерения плотности энергии

Энергосодержание необходимо измерять для данного объема газа t при определенной температуре и давлении. В Соединенных Штатах инженеры и ученые указывают содержание энергии в международных британских тепловых единицах (BtuIT), в то время как в Канаде и Мексике содержание энергии выражается в джоулях (Дж).

Вы также можете использовать калорию для отчета об энергетическом содержании. Более стандартные методы расчета содержания энергии в науке и технике используют количество тепла, выделяемого при сжигании одного грамма этого материала, в джоулях на грамм (Дж / г).

Расчет содержания энергии

Используя эту единицу измерения в джоулях на грамм, вы можете рассчитать, сколько тепла выделяется при увеличении температуры определенного вещества, если вам известна удельная теплоемкость C p этот материал. C p воды составляет 4,18 Дж / г ° C. Вы используете уравнение для тепла H как

H = \ Delta T \ times m \ times C_p

, в котором ∆T — это изменение температуры, а m — масса вещества в граммы.

Если вы экспериментально измеряете начальную и конечную температуры химического материала, вы можете определить тепло, выделяемое реакцией. Если вы должны были нагреть флягу с топливом как контейнер и записать изменение температуры в пространстве непосредственно за пределами контейнера, вы можете измерить выделяемое тепло, используя это уравнение.

Бомбовый калориметр

При измерении температуры датчик температуры может непрерывно измерять температуру с течением времени. Это даст вам широкий диапазон температур, для которого вы можете использовать уравнение теплопроводности. Вам также следует искать места на графике, которые показывают линейную зависимость между температурой во времени, так как это покажет, что температура изменяется с постоянной скоростью. Вероятно, это указывает на линейную зависимость между температурой и теплотой, которую использует уравнение теплопроводности.

Затем, если вы измеряете, насколько изменилась масса топлива, вы можете определить, сколько энергии было сохранено в этом количестве массы для топлива. В качестве альтернативы вы можете измерить, насколько это разница в объеме для соответствующих единиц плотности энергии.

Этот метод, известный как метод бомбового калориметра , дает вам экспериментальный метод использования формулы плотности энергии для вычисления этой плотности. Более совершенные методы могут учитывать потери тепла стенками самого контейнера или теплопроводность через материал контейнера.

Энергосодержание с более высокой теплотворной способностью

Вы также можете выразить энергосодержание как вариацию от более высокой теплотворной способности ( HHV ). Это количество тепла, выделяемого при комнатной температуре (25 ° C) массой или объемом топлива после того, как оно сгорит и продукты вернулись к комнатной температуре. Этот метод учитывает скрытую теплоту, энтальпийную теплоту, которая возникает при затвердевании и твердотельных фазовых превращениях во время охлаждения материала.

С помощью этого метода энергосодержание определяется на основе более высокой теплотворной способности в условиях базового объема ( HHV b ). В стандартных или базовых условиях расход энергии q Hb равен произведению объемного расхода q vb и более высокой теплотворной способности в условиях базового объема в уравнении

q_ {Hb} = q_ {vb} \ times HHV_b

С помощью экспериментальных методов ученые и инженеры изучили HHV b для различных видов топлива, чтобы определить, как его можно определить как функцию других соответствующих переменных к топливной экономичности.Стандартные условия определены как 10 ° C (273,15 K или 32 ° F) и 105 паскалей (1 бар).

Эти эмпирические результаты показали, что HHV b зависит от давления и температуры в базовых условиях, а также от состава топлива или газа. Напротив, нижняя теплотворная способность LHV является тем же измерением, но в точке, в которой вода в конечных продуктах сгорания остается в виде пара или пара.

Другие исследования показали, что HHV можно рассчитать исходя из состава самого топлива.Это должно дать вам

HHV = 0,35X_C + 1,18X_H + 0,10X_S — 0,02X_N — 0,10X_O — 0,02X_ {ash}

с каждым X в качестве дробной массы для углерода (C), водорода (H ), сера (S), азот (N), кислород (O) и оставшаяся зольность. Азот и кислород отрицательно влияют на HHV , поскольку они не способствуют выделению тепла, как другие элементы и молекулы.

Энергетическая плотность биодизеля

Биодизельное топливо предлагает экологически безопасный метод производства топлива в качестве альтернативы другим, более вредным видам топлива.Они созданы из натуральных масел, экстрактов соевых бобов и водорослей. Этот возобновляемый источник топлива приводит к меньшему загрязнению окружающей среды и обычно смешивается с нефтяным топливом (бензином и дизельным топливом). Это делает их идеальными кандидатами для изучения того, сколько энергии использует топливо, используя такие величины, как плотность энергии и энергосодержание.

К сожалению, с точки зрения энергоемкости биодизельное топливо содержит большое количество кислорода, поэтому оно дает более низкие значения энергии по сравнению с их массой (в единицах МДж / кг).Биодизельное топливо имеет примерно на 10 процентов меньшее массовое энергосодержание. B100, например, имеет содержание энергии 119 550 БТЕ / галлон.

Другой способ измерения количества энергии, потребляемой топливом, — это энергетический баланс, который для биодизеля составляет 4,56. Это означает, что биодизельное топливо производит 4,56 единицы энергии на каждую единицу используемой ископаемой энергии. Другие виды топлива содержат больше энергии, например, B20, смесь дизельного топлива с топливом из биомассы. Это топливо содержит около 99 процентов энергии одного галлона дизельного топлива или 109 процентов энергии одного галлона бензина.

Существуют альтернативные методы определения эффективности теплоотдачи биомассы в целом. Ученые и инженеры, изучающие биомассу, используют метод калориметра бомбы для измерения тепла, выделяемого при сгорании, которое передается воздуху или воде, окружающей контейнер. Исходя из этого, вы можете определить HHV для биомассы.

Узнайте о плотности энергии | Chegg.com

Мы знаем, что плотность энергии — это энергия, запасенная на единицу объема.{\ rm {2}}}}} {{{\ rm {2}} {{\ rm {\ mu}} _ {\ rm {o}}}}} Плотность энергии магнитного поляduB = 2μo B2

Ошибка Произошла установка вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Почему в батареях имеет значение плотность энергии?

Батареи, рожденные битвой 22 декабря 2021 г.

Этот пост изначально был размещен в блоге Dragonfly Energy.


Плотность энергии батареи — это количество энергии, которое содержит батарея по сравнению с ее весом или размером. Мы называем это удельной плотностью энергии при сравнении с массой и объемной плотностью энергии при сравнении размеров.

Например, мы измеряем энергию батареи в ватт-часах (ватт в час, эквивалент использования одного ватта в течение одного часа). Затем мы можем разделить ватт-часы (Втч) аккумулятора на килограммы (вес) или объем (литры).

Следовательно, время, в течение которого батарея может питать устройство, по сравнению с его весом или размером, равно плотности энергии.

Почему имеет значение плотность энергии батареи?

Плотность энергии батареи имеет решающее значение, потому что чем выше плотность энергии, тем дольше батарея может излучать заряд по сравнению с ее размером.При этом батареи с высокой плотностью энергии могут быть полезны, когда для батареи не так много места, но вам нужно много энергии. Смартфоны и другие портативные устройства — отличные тому примеры.

Давайте сформулируем преимущества плотности энергии в виде вопроса: вы бы предпочли небольшую и легкую батарею, которая излучает энергию в течение длительного времени, или тяжелую батарею, которая занимает много места и обеспечивает лишь небольшое количество энергии?

Почти все сказали бы первое.Вот почему в нашем мире жизненно важна высокая плотность энергии.

Зависимость плотности энергии от удельной мощности в батареях

Плотность энергии и плотность мощности легко спутать, потому что они в чем-то похожи. Оба они измеряют электрические характеристики батареи по сравнению с ее массой.

Тем не менее, плотность энергии и удельная мощность различаются в одном важном отношении: в то время как удельная энергия батареи измеряет ватт часов (Вт · ч) на килограмм (кг), удельная мощность измеряет выходную мощность ватт на килограмм.

Именно здесь сила и энергия вступают в игру. Плотность мощности измеряет, насколько быстро может быть доставлена ​​энергия, а плотность энергии измеряет, сколько энергии держит аккумулятор.

Каковы преимущества использования батарей с высокой плотностью энергии?

Батареи с высокой плотностью энергии изменили мир мобильных устройств. Имея больше энергии, мы можем разместить полезные батареи в небольших помещениях. Это позволяет использовать телефоны, ноутбуки, наушники и медицинские устройства с длительным сроком службы.

Они также очень легкие по сравнению с предыдущими альтернативами.Можете ли вы представить себе iPhone весом 5 фунтов? Или планшет на 10 фунтов?

Более высокая плотность энергии также означает, что мы можем упаковывать много энергии в более крупные мобильные устройства, такие как автомобили, самолеты, строительное оборудование и роботы.

Каковы риски высокой плотности энергии?

Когда аккумуляторная батарея накапливает больше энергии, она может высвободить больше энергии, если что-то пойдет не так.

Жидкие электролиты, содержащиеся в литий-ионных батареях, очень летучие и могут привести к возгоранию, представляя опасность пожара.Из-за этого в эти батареи встроены функции безопасности, ограничивающие их легкость и компактность.

Следовательно, чем выше удельная энергия батареи, тем она опаснее, что создает ограничения (и риски) для дальнейшего развития.

Какая батарея в настоящее время имеет самую высокую плотность энергии?

Безусловно, литий-ионные аккумуляторы берут верх, когда дело доходит до высокой плотности энергии. Они изменили наш мир, улучшив энергопотребление и портативность.Фактически, плотность энергии литий-ионных аккумуляторов колеблется от 260 до 270 Вт / кг, в то время как у свинцово-кислотных аккумуляторов от 50 до 100 Вт / кг.

За последнее десятилетие в литий-ионных батареях было сделано много достижений, особенно в области их химии. Используя разные материалы для анода и катодов, инженеры могут экспериментировать с электрохимией и изменять плотность энергии, удельную мощность и многое другое.

Литий-ионный аккумулятор с наивысшей плотностью энергии — это литиево-кобальто-оксидный аккумулятор.В качестве катода используется оксид кобальта, а в качестве анода — графитовый углерод. Из-за своей высокой плотности энергии он популярен для смартфонов, ноутбуков, часов, автомобилей и любых компактных устройств, которым необходимо длительное время излучать энергию.

→ Рекомендуемая литература: анод и катод: в чем разница?

Преодолевая пределы: твердотельные батареи

Итак, если мы достигли наших пределов в развитии литий-ионных аккумуляторов, что нам делать дальше? Будущее аккумуляторных технологий — за твердотельными аккумуляторами.

Помните, как в литий-ионных аккумуляторах есть раствор жидкого электролита? Жидкое состояние этого раствора является фундаментальной проблемой. Он нестабилен, летуч при контакте с кислородом и может представлять значительную угрозу безопасности. Это также ограничивает возможности увеличения размера и плотности энергии из-за этих соображений безопасности.

Ну, твердотельные аккумуляторы устраняют эти проблемы. Электролит в этих батареях является твердым, а не жидким, поэтому он имеет более высокую плотность энергии (в 2,5 раза больше), чем современные литий-ионные батареи.У них также более быстрое время зарядки и меньше проблем с безопасностью, что делает батареи меньше и компактнее.

Хотя твердотельные батареи пока недоступны, они могут снова произвести революцию в нашем мире.

Вот почему это важно

Плотность энергии аккумулятора имеет решающее значение, когда речь идет о его размере, продолжительности работы устройства и даже безопасности аккумулятора. Фактически, это была ведущая тема развития аккумуляторов и причина такой популярности литий-ионных аккумуляторов.

Химики и инженеры постоянно стремятся создать безопасные, долговечные батареи с высокой плотностью энергии, и мы можем найти это идеальное решение в области химии твердотельных батарей. Будущее созрело для новых инноваций в литиевых батареях. Здесь, в Dragonfly Energy, мы революционизируем не только достижения в области твердотельных аккумуляторов, но и производственный процесс.

У вас есть вопросы о плотности энергии и будущем аккумуляторов? Оставляйте их в комментариях ниже!

Сообщение Почему плотность энергии в батареях имеет значение? впервые появился на Dragonfly Energy.

границ | Мультивалентные батареи — перспективы высокой плотности энергии: Ca Batteries

Введение

Хотя литий-ионные аккумуляторы (LIB) доминируют на рынке аккумуляторных батарей для портативной электроники, существует большое разнообразие альтернативных технологий, которые успешно используются в более нишевых приложениях, обеспечивая различные показатели качества с точки зрения плотности энергии, стоимости, срока службы и т. Д. Перспектива новой или старой аккумуляторной технологии для охвата крупномасштабных приложений, таких как электросеть и возобновляемые солнечные и ветряные источники энергии, мотивирует множество текущих направлений новых химических составов аккумуляторных батарей, которые могут заменить / дополнить LIB.Одним из возможных решений является разработка поливалентных (Mg, Ca, Al) батарей, которые, в отличие от LIB, будут основаны на использовании металлических анодов (Canepa et al., 2017). В случае успеха эта концепция приведет к резкому прорыву в области плотности энергии, но в то же время будет основана на более дешевых и распространенных элементах. До сих пор большие усилия были посвящены в основном Mg-батареям. Однако проблемы с электролитом, такие как ограниченные окна электрохимической стабильности (Lipson et al., 2016), и отсутствие исправных катодных материалов значительно замедлили прогресс в этой области (Yoo et al., 2013). Напротив, обратимое электроосаждение Ca было открыто только недавно, что открывает новые возможности для исследований (Ponrouch et al., 2016). Батареи на основе кальциевых металлических анодов позволят получить большие гравиметрические и объемные удельные энергии, но эта новая технология сдерживается ограниченным набором подходящих электролитов и катодов, несмотря на недавно засвидетельствованные и значительные технические прорывы (Gummow et al., 2018; Ponrouch и Палацин, 2018). Прежде чем батареи на основе кальция смогут выйти на рынок, составы электролитов должны иметь окна электрохимической стабильности более 4 В и обеспечивать сольватацию Ca 2+ за счет слабых кулоновских взаимодействий, улучшая общую кинетику и десольватацию на поверхности катода.С другой стороны, чтобы преодолеть медленную диффузию в твердом состоянии, следует разработать катодные материалы с низкими барьерами миграции для ионов кальция. Целью данной статьи является количественная оценка показателей качества, достижимого с помощью этой технологии, с использованием надежных технико-экономических моделей. Хотя модель производительности и стоимости батареи (BatPaC) (Nelson et al., 2011, 2012) элегантно и всесторонне применялась к Mg-батареям (Canepa et al., 2017), в подобных отчетах не рассматривались кальциевые батареи. Намного проще, чем BatPaC, который всегда учитывает полный аккумулятор, модель затрат на электроэнергию, разработанная Berg et al.(2015) используется в этом исследовании, учитывая производительность на уровне одной электрохимической ячейки (рисунок 1). Таким образом, мы избегаем любых возможных и неопределенных различий в электрических соединениях и упаковке пакетов, и вместо этого необходимые входные параметры представляют собой в основном рабочие потенциалы и удельные емкости материалов активных электродов.

Рисунок 1 . Схема LIB (слева) с токосъемниками из Cu и Al и CaB (справа) с двумя токосъемниками из алюминия.Укомплектованы сепаратором, электролитом и электродами. Каждый композитный электрод здесь состоит из активного материала, добавки сажи и связующего. Воспроизведено из Palacín (2009) с разрешения Королевского химического общества.

Здесь мы оцениваем плотность энергии набора гипотетических электрохимических ячеек с полным кальцием, изменяя конфигурацию анода, удельную емкость катода и рабочее напряжение. Кроме того, полученные результаты будут сравниваться с современными LIB (Nitta et al., 2015), Na-ионные аккумуляторы (SIB) (Ponrouch et al., 2013; Hwang et al., 2017) и технологии аккумуляторов Li / Ca-серы (Li-S / Ca-S) (Bruce et al., 2011; Hagen et al., 2015), а также гипотетической батарее с ионами кальция с графитом в качестве анода, альтернативного металлическому кальцию. Наконец, некоторые цифры относительно стоимости будут приведены с использованием LiNi 0,33 Mn 0,33 Co 0,33 O 2 (литий-никель-марганцевый оксид кобальта, или NMC) / современной графитовой технологии LIB в качестве эталона. (Shaju and Bruce, 2006), сначала определив конфигурации Ca, которые могут конкурировать с точки зрения плотности энергии, а затем смоделировав различные возможные затраты на катод и металлический анод Ca.Кроме того, рассматриваются гипотетические системы на основе кальция с идентичным рабочим напряжением (т. Е. 3,5 В), исходя из условий, необходимых для обеспечения аналогичной стоимости. В целом, все эти оценки энергии и затрат служат для изучения будущей рыночной жизнеспособности технологии батарей с металлическими анодами (CaB), включая отдельные катоды, для которых доступны надежные данные на уровне ячейки лабораторного масштаба.

Результаты и обсуждение

В таблице 1 показаны свойства активного материала, такие как средний потенциал разряда и удельная емкость, используемые для оценки плотности энергии, которые впоследствии нормируются на объем или вес исследуемой конфигурации ячейки, включая токосъемники, сепаратор и электролит, а также материалы электродов.Кроме того, состав электродов указан для LIB, SIB, CaB, Li-S, а также для батарей Ca-S. LIB используют алюминиевый токоприемник на катоде, но медь на аноде, как сплавы Al с Li при потенциалах ниже 0,6 В по сравнению с Li + / Li. Однако для SIB Al может использоваться для обоих токоприемников (поскольку Na не сплавляется с Al) (Ponrouch et al., 2013, 2016), и это также может относиться к CaB. Толщина покрытия электрода была доведена до 100 мкм, чтобы катод достиг баланса заряда 1: 1 — c.f. диапазон толщины графита и металлического Ca в таблице 1, а также количество и плотность электролита такие же, как для LIB в модели Берга. Для гипотетической батареи с кальцием были протестированы две конфигурации анода: избыток кальция на 50% с токосъемником из алюминия (обозначен как конф. 1 в таблице 1), имитирующий предположения Берга для металлического литиевого анода, и 100% избыток кальция без токосъемника из алюминия. (обозначается как конф. 2). Этот избыток должен компенсировать потенциальную потерю Ca, потребляемого при формировании пассивирующего слоя, как в случае создания межфазной границы твердого электролита (SEI) в LIB.Во второй конфигурации считается необходимым большее превышение для обеспечения надлежащей механической прочности анода при отсутствии какого-либо дополнительного токоприемника. Расчеты были выполнены для гипотетических катодов из CaB с удельной емкостью и рабочим напряжением в диапазоне 50–300 мАч. Г, –1, и 2,0–4,5 В, соответственно. Такие напряжения должны быть возможны при использовании электролитов, состоящих, например, из Ca (BF 4 ) 2 в смеси (1: 1) этиленкарбоната (EC) и пропиленкарбоната (PC) (Ponrouch et al., 2016) или Ca (BH 4 ) 2 в тетрагидрофуране (THF) (Wang et al., 2017), со стабильностью к окислению 4,0 В и 3,0 В соответственно. Разница в плотности энергии между двумя конфигурациями анода незначительна, как по объему, так и по весу, <5% даже в самом крайнем случае, то есть 4,5 В и 300 мАч. L −1 против 1719 Втч L −1 и 755 Втч кг −1 против 750 Втч кг −1 . Поэтому использовалась конфигурация с использованием токосъемника, что является стандартом для LIB.На рисунке 2 показан рабочий потенциал в зависимости от гравиметрической и объемной плотности энергии для современных LIB, а также SIB, а также показаны гипотетические батареи CaB, Ca-ion, Li-S и Ca-S. Конкретные аккумуляторные технологии обозначены символами, в то время как гипотетические CaB представлены прямыми линиями с плотностями энергии как функцией рабочего напряжения и удельной емкости катодов — емкости указаны в каждой строке. Два конкретных CaB также были рассмотрены более подробно: при использовании TiS 2 и Ca 3 Co 2 O 6 в качестве катодных материалов было показано, что оба они обладают электрохимической активностью при 100 ° C (Tchitchekova et al., 2018a, b), хотя полная обратимость и цикличность еще предстоит продемонстрировать. Гипотетическая технология ионов Са включает Ca 3 Co 2 O 6 в качестве катода и графитового анода.

Таблица 1 . Активные материалы и их свойства в наших конструкциях ячеек.

Рисунок 2 . Объемная (A) и гравиметрическая (B) плотности энергии для LIB (круг), SIB (ромб), Li-S (квадрат) и рассматриваемых технологий батарей Ca (треугольники).Прямые линии представляют собой рассчитанные плотности энергии гипотетических CaB в зависимости от рабочего потенциала и емкости (обозначены справа от каждой линии). Все расчеты проводились с использованием модели, разработанной Berg et al. (2015).

Начиная с Ca 3 Co 2 O 6 / Ca, теоретическая плотность энергии для полученного CaB превзойдет как современные технологии LIB, так и SIB, будучи дешевле из-за более низкой стоимости Ca (3 доллара за тонну) (Известь, 2015) по сравнению с Na (10 долларов за тонну) (Натрий, 2015) и Li (15 000 долларов за тонну) рудами (Литий, 2015).Действительно, Ca 3 Co 2 O 6 / Ca CaB будет на ~ 80 Втч / л −1 и на 30 Втч кг −1 лучше, чем NMC или LiCoO 2 (LCO) / графитовые LIB, в основном из-за большей плотности энергии металлического Ca анода по сравнению с графитом (поскольку катодная емкость, плотность и рабочие потенциалы аналогичны). Переходя к TiS 2 / Ca, этот CaB достигает 250 Вт · ч. Л −1 и 55 Вт · ч · кг −1 хуже, чем Ca 3 Co 2 O 6 / Ca из-за более низкого рабочий потенциал и более высокая плотность катода, а также 170 Втч.L -1 под LIB LCO или NMC / графит. Однако TiS 2 / Ca CaB еще лучше, чем LiFePO 4 (LFP) / графит LIB и Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 F 3 (NVPF) / HC (Ponrouch et al., 2013) SIBs. В случае гипотетического иона Са для анода был рассмотрен состав CaC 6 , что было достигнуто путем химического восстановления графита в присутствии кальция (Cahen et al., 2013). Рабочее напряжение регулируется цифрой 0.172 В разница в стандартном восстановительном потенциале между парами Li + / Li и Ca 2+ / Ca. Как и ожидалось, плотности энергии гипотетической концепции ионов Са намного ниже, чем концепции металлического Са: 120 Втч / л -1 и 50 Втч / кг -1 . Это происходит из-за несколько более низкого потенциала ячейки, но, прежде всего, из-за более низкой плотности энергии, связанной с использованием графита. Однако такая конфигурация все равно будет обеспечивать более высокую плотность энергии, чем конфигурации LFP / графит и NVPF / HC.

Кроме того, используя значения для Li-S батарей с металлическими Li-анодами, рассчитанные Berg et al. В качестве отправной точки мы выбрали аналогичную батарею Ca-S. Плотность энергии такой батареи Ca-S вместе с батареей Li-S явно выше, чем у любой другой рассматриваемой здесь технологии, поскольку и анод, и катод имеют очень большую емкость. Однако из-за того, что Ca более плотный, чем Li, батарея из Ca-S имеет более высокую объемную плотность энергии, но более низкую гравиметрическую плотность энергии.Следовательно, могут быть преимущества для крупномасштабных приложений из-за более низкой стоимости Ca-S по сравнению с Li-S. Есть также много приложений, в которых объемная плотность энергии столь же или даже важнее, чем гравиметрическая, когда достигается определенный порог последней.

В целом, CaB только с умеренным рабочим напряжением 2,1 или 2,5 В и катодной емкостью 250 или 200 мАч.Более того, в конкретных случаях, таких как 3,0 В / 250 мАч. Г -1 или 3,5 В / 200 мАч. любая из серных катодных технологий. Для гравиметрических плотностей энергии, 3,5 В / 300 мАч. Г. -1 или 4,0 В / 250 мА-ч. -1 необходимы, чтобы заменить Li-S и Ca-S.

Во-вторых, рентабельность гипотетических CaB рассчитывается и сравнивается с NMC / графитом.Для последнего стоимость обоих электродов, токоприемников (Cu и Al), сепаратора и электролита, что в сумме составляет 110 долл. За киловатт-час -1 , была взята из Berg et al. Были использованы два подхода: (1) фиксированная емкость катода 100, 200 и 300 мАч. 1 ,711 Вт · ч -1 ), что дает 4,5, 2,5 и 2,0 В соответственно; и (2) фиксированное рабочее напряжение 3.5 В — идентично NMC / графитовой ячейке — и емкость катода варьировалась на 100, 200 и 300 мАч. Изб. -1 (рис. 3). Поскольку стоимость электродов меняется, цветные области на Рисунке 3 представляют пары анод / катод с ценами, позволяющими CaB быть равными или ниже по стоимости, чем NMC / графит (110 $. КВт · ч -1 ). Стоимость катода является основным фактором, учитывая гораздо более высокую емкость металлического Са анода. Установив напряжение на 3,5 В, плотность энергии в целом превосходит NMC / графит (711 Вт · ч.L −1 и 279 Вт · ч · кг −1 ), только CaB с катодом 100 мАч. (Рисунок 3B). С другой стороны, конфигурации из CaB, использующие катоды -1 емкостью 200 и 300 мАч. Г, дают гораздо более высокие плотности энергии — 1030 и 1398 Втч / л -1 соответственно, что обеспечивает стоимость катода в размере 50 и 80 долл. Кг. −1 , что значительно выше стоимости NMC (33 $.кг −1 ) (Berg et al., 2015).

Рисунок 3 . Экономическая эффективность расчетных CaB с катодной емкостью 100 (синий), 200 (оранжевый) и 300 (зеленый) мАч. Г –1 по сравнению с эталонным NMC / графитовым элементом (110 долл. КВтч –1 ) взяты как площади, представляющие стоимость как катода, так и анода (металлический Ca), при этом общая стоимость элемента равна или ниже 110 $. кВт · ч -1 для: (A) CaB с плотностями энергии, равными или превышающими NMC / графит и (B) с рабочим потенциалом 3.5 В, идентично NMC / графиту. Оранжевая линия представляет цену NMC, предложенную Berg et al. (33 долл. Кг −1 ).

Выводы

Наша простая оценка подтверждает, что CaB в принципе могут конкурировать с современными LIB, и это в максимальной степени зависит от жизнеспособности металлических анодов Ca. Напротив, ионно-кальциевые батареи будут уступать по показателям качества и будут выгодны только с точки зрения стоимости. Если бы серные катоды были жизнеспособными, их соединение с металлическими анодами Ca обеспечило бы лучшие показатели качества, аналогично Li-S батареям.Учитывая относительно высокую цену на металлический Li (в дополнение к неизбежным проблемам с производством и ресурсами), прогнозируются преимущества в стоимости и ресурсах для батареи Ca-S. В целом, с точки зрения стоимости, CaB не уступают NMC / графиту даже при очень высокой стоимости катода (> 80 долл. Кг -1 ).

Несмотря на необходимые технические прорывы, такие как разработка эффективных комбинаций металлического Са-анода / электролита, работающих при комнатной температуре, и катодных материалов, CaB, несомненно, является направлением исследований, которым стоит заниматься, поскольку, если эти прорывы будут достигнуты, эта развивающаяся в будущем технология будет иметь преимущества. с технико-экономической точки зрения.

Авторские взносы

DM: расчет по характеристикам и данные по электродным материалам. AP: обсуждение результатов по материалам и электролитам. РА: данные по электролитам и обсуждение результатов. FB: обсуждение результатов по глобальной производительности. PJ: дизайн исследования и обсуждение результатов. МП: дизайн исследования и обсуждение результатов.

Заявление о конфликте интересов

FB — сотрудник компании Toyota Motor Europe.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы выражают признательность за поддержку со стороны Программы Северо-Очоа для центров передового опыта в области исследований и разработок (SEV-2015-0496). DM благодарит ЕС за грант h3020 MSCA-IF (номер контракта 743439). PJ благодарен Энергетическому агентству Швеции за финансовую поддержку в рамках программы Batterifonds: проект «Батареи нового поколения» (# 37671-1), а также за постоянную поддержку со стороны нескольких организаций из области развития Чалмерса: материаловедение, энергетика и транспорт.

Список литературы

Берг, Э. Дж., Виллевьей, К., Штрайх, Д., Трабезингер, С., и Новак, П. (2015). Аккумуляторные батареи: хватка за пределы химии. J. Electrochem. Soc. 162, A2468 – A2475. DOI: 10.1149 / 2.0081514jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Каен, С., Лагранж, П., Мареше, Ж.-Ф., и Херольд, К. (2013). Аналогии и различия между интеркаляционными соединениями графита на основе кальция и европия. Comptes Rendus Chimie 16, 385–390.DOI: 10.1016 / j.crci.2012.11.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Канепа П., Сай Гаутам Г., Ханна Д. К., Малик Р., Лю М., Галлахер К. Г. и др. (2017). Одиссея многовалентных катодных материалов: открытые вопросы и задачи будущего. Chem. Ред. 117, 4287–4341. DOI: 10.1021 / acs.chemrev.6b00614

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гуммоу, Р. Дж., Вамвунис, Г., Каннан, М. Б., и Хе, Ю. (2018). Кальциево-ионные аккумуляторы: современное состояние и перспективы на будущее. Adv. Матер. 30: 1801702. DOI: 10.1002 / adma.201801702

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаген, М., Хансельманн, Д., Альбрехт, К., Маса, Р., Гербер, Д., и Тюбке, Дж. (2015). Литий-серные элементы: разрыв между современным уровнем развития и требованиями к элементам высокоэнергетических аккумуляторов. Adv. Energy Mater. 5: 1401986. DOI: 10.1002 / aenm.201401986

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лайм (2015). Обзоры минерального сырья .Геологическая служба США.

Липсон, А. Л., Хан, С.-Д., Пан, Б., См., К. А., Гевирт, А. А., Ляо, К. и др. (2016). Пределы практической устойчивости магниевых электролитов. J. Electrochem. Soc. 163, A2253 – A2257. DOI: 10.1149 / 2.0451610jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Литий (2015). Обзоры минерального сырья . Геологическая служба США.

Нельсон П.А., Галлахер К.Г., Блум И. (2012). Программное обеспечение BatPaC (производительность и стоимость батареи) .Аргоннская национальная лаборатория.

Нельсон П. А., Галлахер К. Г., Блум И. и Дис Д. (2011). Моделирование характеристик и стоимости литий-ионных батарей для электромобилей . Технический отчет ANL-11/32, Аргоннская национальная лаборатория, Аргонн, Иллинойс.

Нитта, Н., Ву, Ф., Ли, Дж. Т., и Юшин, Г. (2015). Материалы литий-ионных аккумуляторов: настоящее и будущее. Mater. Сегодня 18, 252–264. DOI: 10.1016 / j.mattod.2014.10.040

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Понруч, А., Дедривер, Р., Монти, Д., Демет, А. Э., Атеба Мба, Дж. М., Крогеннек, Л. и др. (2013). На пути к натриево-ионным батареям с высокой плотностью энергии за счет оптимизации электролита. Energy Environ. Sci. 6, 2361–2369. DOI: 10.1039 / C3EE41379A

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Понруч А., Палацин М. Р. (2018). На пути к батареям на основе кальция. Curr. Opin. Электрохим. 9, 1–7. DOI: 10.1016 / j.coelec.2018.02.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шаджу, К.М. и Брюс П. Г. (2006). Макропористый Li (Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3) O2: мощный и высокоэнергетический катод для перезаряжаемых литиевых батарей. Adv. Матер. 18, 2330–2334. DOI: 10.1002 / adma.200600958

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Натрий (2015). Обзоры минерального сырья . Геологическая служба США.

Чичекова Д. С., Фронтера К., Понруч А., Крич К., Бард Э. Ф. и Паласин М. Р. (2018a). Электрохимическая экстракция кальция из 1D-Ca3Co2O6. Dalton Trans. 47, 11298–11302. DOI: 10.1039 / C8DT01754A

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чичекова Д.С., Понруч А., Веррелли Р., Бру Т., Фронтера К., Соррентино А. и др. (2018b). Электрохимическое интеркалирование кальция и магния в tis2: фундаментальные исследования, связанные с применением мультивалентных батарей. Chem. Матер. 30, 847–856. DOI: 10.1021 / acs.chemmater.7b04406

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Д., Гао, X., Чен, Y., Jin, L., Kuss, C., and Bruce, P.G. (2017). Покрытие и удаление кальция в органическом электролите. Nat. Матер. 17, 16. DOI: 10.1038 / nmat5036

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю, Х. Д., Штеренберг, И., Гофер, Ю., Гершинский, Г., Пур, Н., Аурбах, Д. (2013). Mg перезаряжаемые батареи: постоянная задача. Energy Environ. Sci. 6, 2265–2279. DOI: 10.1039 / C3EE40871J

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Исследование характеристик литий-ионных аккумуляторов Li-NiMnCo в электромобилях

Плотность энергии материалов канода для литий-ионных аккумуляторов оказывает большое влияние на запас хода электромобилей.Для изучения зарядно-разрядных характеристик и возможности применения литий-ионных аккумуляторов Li-NiMnCo для транспортных средств была проведена серия экспериментов по заряду и разрядке литий-ионных аккумуляторов Li-NiMnCo с разной скоростью (отношение никеля, кобальт и марганец 5: 2: 3) в режиме постоянного тока-постоянного напряжения. Во-первых, была проведена серия зарядно-разрядных экспериментов на различных типах одноэлементных литий-ионных аккумуляторов. Результаты показывают, что в температурных условиях кривые напряжение-емкость заряда и разряда четырех различных типов литиевых батарей Li-NiMnCo, упомянутых в статье, не сильно различаются, а характеристические кривые заряда-разряда аналогичны, что указывает на то, что разные типы литиевых батарей типы батарей с одинаковым составом материала имеют схожие характеристики заряда и разряда.Впоследствии на таких тройных литиевых батареях была проведена серия испытаний заряда и разряда с разными скоростями. Характеристические кривые с различными скоростями заряда-разряда показывают, что этот новый тип тройной литиевой батареи обладает высокой способностью к заряду и разрядке и подходит для использования в электромобилях новой энергии. Кроме того, анализируя кривую напряжение-SOC при различных условиях увеличения, известно, что существует приблизительная линейная зависимость между значением напряжения батареи и SOC в определенном диапазоне SOC.Значение SOC можно оценить по напряжению батареи, которое следует контролировать в разумных пределах, чтобы избежать перезарядки или чрезмерной разрядки батареи, что приведет к необратимому повреждению батареи.

1. Введение

Электромобили (EV) широко считаются наиболее многообещающими транспортными средствами и в последние годы быстро развиваются. Как обычное звено накопления энергии для транспортных средств на новой энергии, аккумуляторные батареи являются узким местом, ограничивающим разработку транспортных средств на новой энергии.Их производительность оказывает важное влияние на запас хода, заряд и безопасность электромобилей. Важнейшие характеристики аккумуляторной батареи включают плотность мощности, плотность энергии, срок службы, стоимость и безопасность [1, 2]. Свинцово-кислотные батареи широко используются во многих областях, благодаря низкой цене, богатым ресурсам, стабильной работе, безопасности и надежности, пригодности для вторичной переработки, повторного использования и т. Д. Однако их удельная энергия и удельная мощность низкие, а срок службы короткий. В настоящее время свинцово-кислотные батареи редко используются в качестве накопителя энергии в электромобилях [3].По сравнению со свинцово-кислотными батареями никель-металлогидридные батареи обладают такими преимуществами, как отсутствие загрязнения окружающей среды, большая удельная энергия, большая удельная мощность и длительный срок службы, но они имеют низкое единичное напряжение, относительно высокую скорость саморазряда, высокую цену, и узкий диапазон рабочих температур. В настоящее время в некоторых электромобилях все еще используются никель-металлогидридные батареи в качестве компонентов для хранения энергии. Ультраконденсаторы обладают такими преимуществами, как длительный срок службы, высокая удельная мощность, быстрая скорость заряда, широкий диапазон рабочих температур и высокая безопасность, но с небольшой плотностью энергии.Ультраконденсаторы в настоящее время широко используются в электромобилях [4]. Литий-ионные батареи обладают превосходными комплексными характеристиками по энергии, удельной мощности и сроку службы. Следовательно, обычно лучший выбор — использовать литий-ионную батарею в качестве аккумуляторной батареи, основываясь на всестороннем рассмотрении ее энергии, удельной мощности и срока службы для аккумуляторных электромобилей (BEV), гибридных электромобилей (HEV) и подключаемых модулей. в гибридных электромобилях (PHEV). С другой стороны, литий-ионные батареи требуют особой осторожности при работе с электромобилями, например, при перегрузке по току, перенапряжении или перезарядке / разрядке, что может вызвать серьезные проблемы с безопасностью аккумуляторов, заметно ускорить процесс старения и даже вызвать пожар или взрыв [ 5–7].В ближайшем будущем литий-ионные аккумуляторы, являющиеся одной из основных технологий в транспортных средствах на новой энергии, могут найти широкое распространение.

Литий-ионный одиночный элемент обычно состоит из положительного электрода, отрицательного электрода и электролита. Выбор материала электрода определяет тип и основные характеристики батареи. В настоящее время обнаружены и синтезированы новые катодные материалы: LiMN 2 O 4 , LiFePO 4 и Li-NiMnCo. В качестве материала отрицательного электрода можно использовать графит.Сравнивая характеристики нескольких обычно используемых литий-ионных катодных материалов, материалы Li-NiMnCo обладают лучшими комплексными характеристиками с точки зрения плотности энергии, удельной мощности и срока службы. В последнее десятилетие исследования материалов литий-ионных аккумуляторов привлекают все больше и больше внимания исследователей. Литий-ионный аккумулятор можно разделить на сжиженный литий-ионный аккумулятор (или сокращенно LIB) и полимерный литий-ионный аккумулятор (или просто PLIB) в зависимости от электролита. Полимерный литий-ионный аккумулятор (PLB) можно превратить в ультратонкую батарею произвольной формы и размеров.Следовательно, у него широкая перспектива применения. Характеристики заряда-разряда и управление батареями литиевых батарей являются узким местом в развитии энергетических технологий. Материал анода — это сердцевина и ключевой материал литиевой батареи. Плотность энергии анодного материала тесно связана с модельным рядом электромобилей, и его стоимость составляет около 1/3 стоимости литиевой батареи. Следовательно, разработка анодных материалов с высокой плотностью энергии, длительным сроком службы, высокой безопасностью и низкой стоимостью имеет решающее значение для крупномасштабного коммерческого использования литиевых батарей и электромобилей [8].

С увеличением исследований в области SOC (State of Charge) и SOH (State of Health) [9–17], в настоящее время повышается точность модели заряда и разряда силовых батарей, особенно литий-ионных батарей. основная цель исследования. Доступная емкость аккумулятора может влиять и даже определять, как долго аккумулятор может быть полностью заряжен и, следовательно, как далеко может проехать автомобиль. Подходы к зарядке могут защитить батареи от перегрева, улучшить использование емкости и продлить срок службы, что имеет большое значение.Существует четыре традиционных подхода к зарядке электромобилей, включая заряд постоянного тока (CC), заряд постоянного напряжения (CV), заряд постоянного тока-постоянного напряжения (CC-CV) и многоступенчатый заряд постоянного тока (MCC) [ 18]. Заряд CC — это грубый, но простой подход, который широко используется для литий-ионных аккумуляторов [19]. В [20] метод заряда CC впервые представлен для зарядки NiCd или NiMH аккумуляторов. Поскольку поведение аккумуляторов сильно зависит от текущей скорости заряда CC, поэтому сложно найти подходящую скорость зарядного тока для заряда CC.Скорость заряда улучшается, но процесс старения батареи усугубляется большим током при зарядке CC. В то время как достигается высокая степень использования емкости, слишком низкая скорость тока замедлит скорость зарядки аккумулятора при малой скорости тока при зарядке CC. Подходы к правильной зарядке батареи могут быть эффективно разработаны в соответствии с достаточно точной оценкой SOC, SOH и температуры.

Литий-ионный аккумулятор — это своего рода высокоэффективный аккумуляторный элемент. Математическую модель батареи сложно создать с точки зрения механизма из-за сложности и сильной нелинейности батареи.Чтобы обеспечить поддержку данных и теоретическую поддержку управления батареями, метод тестирования обычно используется для изучения характеристик батареи, а большое количество экспериментальных данных используется для обобщения внешних характеристик батареи в практическом применении. Многообещающие приложения, такие как электромобили и интеллектуальные сети, уже побудили многих исследователей улучшить характеристики литий-ионных аккумуляторов. Одно из направлений исследований — изучение материалов анодных аккумуляторов. Предыдущие исследования показали, что в качестве анодных материалов для литий-ионных батарей можно использовать множество материалов.В этой статье мы сосредоточимся на литий-ионных аккумуляторах Li-NiCoMn. Мы провели предварительное исследование данных испытаний заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов Li-NiCoMn, чтобы проанализировать и изучить характеристики заряда и разряда Li-NiCoMn аккумуляторов. Была проведена серия экспериментов в различных условиях. Вклад этой статьи состоит из трех следующих частей. (1) Была проведена серия экспериментов для определения емкости литий-ионного аккумулятора Li-NiCoMn при различных условиях заряда CC (2) Получены характеристические кривые заряда и разряда литий-ионного аккумулятора при различных условиях заряда CC (3) Результаты экспериментов могут помочь в поиске правильного значения тока заряда аккумулятора с целью дальнейшего улучшения характеристик заряда.

Эта статья организована следующим образом.В разделе 2 подробно описан ряд экспериментов по определению емкости литий-ионной батареи Li-NiCoMn, используемой в этой статье. Раздел 3 описывает серию испытаний заряда и разряда для одной литий-ионной батареи Li-NiCoMn. Наконец, раздел 4 завершает этот документ резюме вкладов и обсуждением возможных расширений.

2. Испытания зарядных характеристик одноэлементных литий-ионных аккумуляторов Li-NiCoMn

В этой статье выбран недавно разработанный тройной Li-NiMnCo (соотношение материалов никель, марганец и кобальт составляет 5: 2: 3). в качестве тестового объекта.Его основные параметры показаны в Таблице 1. Из Таблицы 1 видно, что его номинальная емкость составляет 10,0 Ач, напряжение отсечки заряда составляет 4,4 В, а напряжение отсечки разряда составляет 2,75 В. Другие параметры, такие как вес элемента и элемент размеры также показаны в Таблице 1.


Деталь Спецификация

Номинальное напряжение 3,7 В 4 В
Напряжение отключения разряда 2,75 В
Вес элемента
Размер элемента Толщина: (полная зарядка)
Ширина: (без складывания)
Высота:

Как показано на рисунке 1, схема испытательного стенда батареи состоит из трех частей: термостата, BTS (система тестирования батареи) и клиента BTS. Рабочий диапазон термостата составляет –80 ° –150 °, точность — 0.1 °, что может обеспечить подходящую и стабильную температуру окружающей среды для выбранной литий-ионной батареи. Литий-ионный аккумулятор, который соединяется с BTS через зажим аккумулятора и помещается в термостат. Клиент BTS установлен на компьютере, который обменивается данными с BTS через TCP / IP. Он может установить рабочее состояние BTS и выполнить функции сбора и анализа данных серии экспериментов, описанных в этой статье.


Целью данной статьи является изучение поведения элемента Li-NiCoMn.Содержание теста включает в себя соотношение между напряжением заряда и емкостью аккумулятора, соотношение между напряжением заряда аккумулятора и SOC, эффективность заряда аккумулятора и характеристики заряда при разных скоростях заряда CC. Характеристики заряда суммируются с помощью большого количества тестов, которые могут помочь в поиске правильного значения тока заряда-разряда батареи для дальнейшего улучшения характеристик заряда-разряда.

2.1. Испытания зарядной емкости одноэлементных десятичных литий-ионных аккумуляторов Li-NiMnCo

Для анализа емкости выбранного материала тройных литиевых аккумуляторов была проведена серия экспериментов для разных типов аккумуляторов в режиме заряда-разряда CC от разных производителей. .В таблице 2 представлены результаты испытаний. В таблице 2 анодные материалы ZH и PU50D во втором столбце получены от China Zhenhua (Group) Technology Co., Ltd. и Peking University Industrial Co., Ltd., а катодные материалы AML402 и YI202 в третьей колонке — от Dongguan Kaijin. Новая энергия. Technology Co., Ltd. и материалы столбца 4 CG-CS и TCE8633 — это два разных электролита. Емкость в таблице 1 — это соответствующая емкость зарядного аккумулятора, когда каждая отдельная ячейка заряжается до напряжения отсечки 4.4 В с постоянной скоростью 1 С.


Модель батареи Анод Катод Электролит Емкость (мАч)
9069 9069 ZH AML402 CG-CS 11087
# 2 ZH YI202 CG-CS 11001 CG-CS 11001
# 4 PU50D YI202 TCE8633 10709

Из таблицы 2 можно увидеть четыре различных типа NiC, которые состоят из четырех различных материалов NiC. более высокая зарядная емкость в режиме заряда постоянным током 1 С.Для разных моделей аккумуляторов разница в емкости заряженных аккумуляторов небольшая.

2.2. Испытания зарядных характеристик одноэлементных литий-ионных литий-ионных аккумуляторов Li-NiMnCo

Для анализа зарядных характеристик тройных Li-NiMnCo аккумуляторов, показанных в таблице 2, был проведен ряд экспериментов с зарядом для четырех типов аккумуляторов в режиме заряда CC разработан в этом разделе. Процесс зарядки происходит при нормальных температурных условиях и заряжает элементы с постоянной скоростью от 1 ° C до 4 ° C.4 В. Согласно экспериментальным данным, соотношение между напряжением и емкостью четырех различных моделей получено, как показано на рисунке 2. На рисунке 3 показано соотношение между напряжением заряда и SOC четырех различных типов тройных литиевых батарей.



Сравнивая четыре кривые на Рисунке 2, можно увидеть, что кривые ёмкости по напряжению для разных моделей батарей схожи, что указывает на то, что материалы анода от разных производителей, но имеют одинаковое соотношение состава Ni, Mn и Co имеют небольшую разницу в характеристической кривой заряда одиночной тройной литиевой батареи.

Как показано на Рисунке 2, рабочее напряжение тройной литиевой батареи прошло три стадии: напряжение растет быстрее на ранней и поздней стадиях заряда, а в середине заряда кривая заряда имеет тенденцию к пологой. Основываясь на этой характеристике заряда батареи, мы можем использовать кусочную функцию для оценки емкости заряда батареи путем измерения значения напряжения батареи. Во время эксперимента следует отметить, что напряжение аккумулятора не может быть выше напряжения отключения заряда, что приведет к необратимому повреждению аккумулятора.

Как видно из рисунка 3, в диапазоне значений SOC от 15% до 65% кривая представляет собой примерно прямую линию с небольшим наклоном. Находясь в диапазоне значений SOC от 65% до 100%, аппроксимация кривой также является приблизительно прямой линией с немного большим наклоном. В гибридном автомобиле аккумулятор часто находится в нерабочем состоянии даже во время работы транспортного средства; значение OCV можно легко измерить. Следовательно, значение SOC можно предсказать по значению OCV с использованием кусочной функции в соответствии с этой характеристикой представления кривой.

2.3. Тесты характеристик скорости заряда одноэлементной литий-ионной Li-NiMnCo батареи

В этом разделе тесты скорости заряда выполняются с использованием одноэлементных литий-ионных Li-NiMnCo батареек. Рисунки 4 (a) –4 (d) показывают кривые ёмкости четырёх различных типов литиевых батарей; На рисунках 5 (a) –5 (d) показаны кривые SOC-OCV для четырех различных типов литиевых батарей.

Как видно из рисунков 4 (a) –4 (d), используемые тройные литиевые батареи имеют лучшие характеристики заряда, которые могут заряжаться с большей скоростью.Сравнивая рисунки 4 (a) –4 (d), можно обнаружить, что кривые заряда аккумулятора аналогичны для 4 различных типов аккумуляторов, и каждый тип аккумулятора может принимать заряд с постоянной скоростью 4 ° C. Кроме того, емкость заряженного аккумулятора уменьшается с увеличением скорости заряда.

Аналогично, из рисунков 5 (a) –5 (d), мы можем получить, что в условиях заряда с постоянной скоростью 4 C, когда значение SOC больше примерно 8%, кривые аппроксимируют прямые линии. Соответственно, значение SOC также можно оценить путем измерения напряжения.

3. Испытания разрядных характеристик одноэлементных литий-ионных аккумуляторов Li-NiCoMn

В этом разделе разработана серия экспериментов с разрядом, и экспериментальные объекты такие же, как и в разделе 2. Экспериментальный процесс: разрядить элементы с постоянная скорость 0,5 C до напряжения отсечки 2,75 В. Соответственно, содержание теста включает в себя соотношение между напряжением разряда и емкостью батареи, взаимосвязь между напряжением разряда батареи и SOC, эффективность разряда батареи и разрядные характеристики разных скоростей.В ходе этих испытаний получают характеристики разряда батареи, а также суммируются характеристики разряда батареи, что закладывает основу для оценки состояния батареи и оценки работоспособности, а также обеспечивает теоретическую основу для рационального и эффективного использования батареи.

3.1. Испытания разрядной емкости одноэлементных литий-ионных литий-ионных аккумуляторов Li-NiMnCo

В таблице 3 показана емкость четырех различных типов тройных материалов, изученных в этой статье. Емкость в таблице — это соответствующая емкость разряженной батареи, когда каждая отдельная ячейка разряжается в режиме разряда постоянного тока 1 ° C до напряжения отключения 2.75 В.

9095 906 906 906 906 906

Модель Анод Катод Электролит Емкость

12142
# 2 ZH YI202 CG-CS 11785
# 3 ZH YI202 YI202 TCE8633 11614

Из таблицы 3 видно, что в состоянии полной мощности четыре разных типа тройных Li-NiMnCo батарей могут разрядить большое количество электричество при разряде до напряжения отсечки 2.75 В в режиме разряда с постоянным током 1 С. Разница в емкости батарей четырех типов невелика.

3.2. Испытания разрядных характеристик одноэлементных литий-ионных аккумуляторов Li-NiMnCo

Аналогично разделу 2.2, с целью анализа разрядных характеристик отдельных Li-NiMnCo аккумуляторов, был проведен ряд экспериментов по разрядке четырех типов аккумуляторов в этом раздел. Процесс разряда происходит в нормальных температурных условиях, аккумуляторы разряжены до напряжения отсечки 2.75 В при постоянном токе с коэффициентом 1 С. Согласно экспериментальным данным, зависимость между напряжением и разрядной емкостью четырех различных моделей получена, как показано на рисунке 6. На рисунке 7 показаны кривые OCV-SOC для четырех разных типов литиевых батарей, разряженных до напряжения отсечки 2,75 В.



При сравнении кривых на рисунке 6, напряжение быстро падает на начальной стадии разряда батареи, затем кривая разряда постепенно становится плоской, а на более поздней стадии разряда кривая напряжения линейно уменьшается.Различные типы батарей имеют определенные различия на более поздней стадии разряда. Основываясь на этой характеристике разряда батареи, мы можем использовать кусочную функцию для оценки разрядной емкости батареи путем измерения значения напряжения батареи. Из характеристической кривой более поздней стадии разряда следует отметить, что напряжение батареи не может быть ниже напряжения отсечки разряда; в противном случае произойдет переразряд, что приведет к необратимому повреждению аккумулятора.На рисунке 6 показано напряжение разряда как функция SOC. Как видно из рисунка 7, в диапазоне SOC от примерно 15% до 95% кривая представляет собой примерно прямую линию с небольшим наклоном, что обеспечивает стабильную разрядку. При этом наклон начальной стадии разряда и более поздней стадии разряда большой. Кривые разряда SOC-OCV для разных типов аккумуляторов аналогичны. Мы можем использовать кусочную функцию, чтобы предсказать значение SOC по значению OCV в соответствии с характеристиками представления кривой.

3.3. Тесты характеристик скоростного разряда одноэлементной десятичной литий-ионной батареи Li-NiMnCo

В этом разделе выбранная литиевая батарея подвергается тестам скорости заряда. На рисунках 8 (a) –8 (d) показано соотношение напряжения и емкости четырех различных типов батарей. На рисунках 9 (a) –9 (d) показаны кривые зависимости SOC-OCV для четырех различных типов батарей.

Из рисунков 9 (a) –9 (d) видно, что исследованные тройные литий-ионные батареи Li-NiMnCo имеют лучшие разрядные характеристики, которые могут разряжаться с большой скоростью.Из сравнения рисунков 8 (a) –8 (d) можно обнаружить, что кривые скорости разряда для четырех разных типов батарей аналогичны, и каждый тип батареи может выдерживать скорость разряда 4 ° C. Кроме того, можно видеть, что чем больше скорость разряда, тем меньше емкость разряженной батареи при разряде до напряжения отсечки 2,75 В.

Из рисунков 9 (a) –9 (d) видно, что , при условиях скорости разряда 4 ° C, соответственно, мы также можем оценить соответствующее значение SOC, измерив напряжение.

4. Выводы

В этой статье характеристики различных литиевых аккумуляторов Li-NiMnCo анализируются посредством серии экспериментов по заряду и разрядке. Результаты экспериментов показывают, что (1) при комнатной температуре напряжение заряда литиевых батарей Li-NiMnCo, которые мы исследовали в этой статье, быстро увеличивается на ранней и поздней стадиях процесса заряда, в то время как кривые заряда плавные в середине. процесса зарядки. Основываясь на этих характеристиках, можно точно спрогнозировать емкость батареи по напряжению цепи на клеммах.Примечательно, что напряжение аккумулятора не должно превышать установленный порог, чтобы избежать необратимого повреждения аккумулятора. (2) Аналогичным образом, кривые напряжения разряда литиевой батареи Li-NiMnCo имеют аналогичные свойства во время процесса разряда при комнатной температуре. Емкость батареи также можно точно предсказать по напряжению на клеммах в соответствии с этими характеристиками. В нем делается вывод о том, что дальность движения электромобиля с литиевой батареей после однократной зарядки должна контролироваться в пределах разумного диапазона заряда, чтобы предотвратить необратимое повреждение батареи, вызванное чрезмерным спадом напряжения на более поздней стадии разряда.(3) Литиевая батарея Li-NiMnCo, изучаемая в этой статье, имеет хорошие характеристики заряда и разряда, а также характеристики сильноточного заряда и разряда, что подходит для электромобилей. Результаты, изученные в этой статье, послужат справочным материалом для поиска правильной величины тока заряда-разряда, которая может улучшить характеристики заряда-разряда. В будущей работе мы сосредоточимся на моделировании и оценке SOC литий-ионного аккумулятора Li-NiCoMn.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в файл дополнительной информации.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа спонсировалась Комиссией по образованию провинции Цзянсу Китая (грант № BE2017008-3), проектом Qing Lan и Фондом научно-технологических инноваций Нанкинского технологического института (грант № YKJ201434) .

Аккумуляторы | Бесплатный полнотекстовый | Стратегии проектирования литий-ионных аккумуляторов большой мощности по сравнению с высокоэнергетическими

1.Введение

За годы, прошедшие с момента появления литий-ионных аккумуляторов (ЛИА), было много разработок в конструкции элементов и химии элементов. Например, объемная плотность энергии увеличилась вдвое за счет комбинации улучшенных активных материалов и улучшенной конструкции ячеек. В связи со все более широким использованием LIB для новых приложений, ячейки были оптимизированы для получения энергии (портативные электронные устройства, мобильные телефоны и аккумуляторные электромобили) или энергии (электроинструменты, гибридные электромобили).Как для конструкции ячейки, так и для активных материалов существует компромисс между мощностью и энергией. Разные производители используют разные подходы к оптимизации своих ячеек для достижения высокой плотности энергии или высокой плотности мощности. Обычно это ноу-хау производителей. Большинство академических исследований в области ионно-литиевых элементов большой мощности связано с конструкцией активных материалов, а не с не менее важными аспектами конструкции и инженерии ячеек. Относительные характеристики литий-ионных батарей и ультраконденсаторов сравнивались ранее [1,2,3].В этой работе большинство исследованных элементов были цилиндрическими ячейками 18650, поскольку они доступны с различным соотношением мощности и энергии от одного производителя. Это позволило сравнить различные подходы к проектированию и стратегии. При разработке литий-ионного элемента необходимо принять ряд конструктивных решений, как показано в таблице 1. Состав электродов, вес покрытия, пористость, токосъемники, сепаратор, электролит. Все соединительные бирки оптимизированы для получения требуемых характеристик безопасности и рабочих характеристик ячейки.Активные материалы определяют выбор связующего и типа проводящего углерода. Последующие решения принимаются в отношении нагрузки, толщины и пористости электрода. В более ранних исследованиях влияние веса покрытия электрода на быстродействие и сопротивление ячейки моделировалось [4] и измерялось [5]. Экспериментально лучшая производительность была получена с более тонкими электродами.

Обычно требования к максимальной плотности энергии противоположны требованиям к высокой удельной мощности — классический инженерный компромисс.Однако толщина сепаратора обычно указывается исходя из соображений безопасности или технологичности. Предполагая, что в элементе используется жидкий электролит, существует несколько вариантов выбора с точки зрения соли и концентрации лития, смеси органических карбонатных растворителей и добавок. Состав электролита будет зависеть от целевого диапазона рабочих температур ячеек, и добавки будут выбираться для улучшения характеристик конкретных активных материалов.

Как указано выше, в этой статье описывается разборка или демонтаж коммерческих литий-ионных элементов, а также характеристика их компонентов.Сюда входят физические свойства электродов, в частности, поверхностная емкость и пористость, а также другие конструктивные параметры ячейки.

2. Результаты

Ячейки, выбранные для этого исследования, перечислены в таблице 2. Большинство ячеек было приобретено через интернет-магазины, обслуживающие сообщество электронных сигарет или вейпинга. Ячейки A123 были приобретены у китайского интернет-магазина. Значения номинальной емкости и максимальной мощности непрерывного разряда были взяты из таблиц данных вместе с датой проектирования.Следует отметить, что первоначальный проект был разработан за несколько лет до фактической покупки ячеек. Это показывает, что от первоначальной проектной спецификации до ячейки, доступной на рынке, могут потребоваться месяцы или годы разработки. Отношения мощность-энергия показаны как Вт: Вт · ч, хотя они были рассчитаны на основе силы тока (А) и емкости (А · ч).

Таблица 2. Литий-ионные элементы включены в это исследование.

Таблица 2. Литий-ионные элементы включены в это исследование.

2 Samsung VTC Sony
Производитель Модель Размер Номинальная емкость / А ч Дистил. Ток / А Мощность: Энергия / Вт: Вт ч Дата проектирования
A123 M1A 18650 1,1 30 27,3
96910 LG 6] HB2 18650 1,5 30 20,0 2011 [7]
LG HB4 18650 1.5 30 20,0 2011 [8]
LG HG2 18650 3,0 20 6,7 2014 [9] 6,7 6 2014 [9]
2,5 20 8,0 2013 [10]
Samsung 30Q 18650 3,0 15 5,0 2014 [11]
21700 4.8 10 2,1 2015 [12]
Sony VTC5A 18650 2,5 30 12,0 2015 [13] 6
9 3,0 20 6,7 2015 [14]
Ячейки были получены с начальным уровнем заряда (SoC) 20–40%. Полностью разряженный элемент безопаснее разбирать, поэтому проводился цикл разряд – заряд – разряд.Профили напряжения показаны на рисунке 1. Восемь ячеек имели профили напряжения, типичные для слоистых катодных материалов, таких как NMC (LiNi x Mn y Co 1 − x − y O 2 ) и NCA (LiNi x Co y Al 1 − x − y O 2 ). Исключением был элемент A123 M1A, который, как известно, имеет катод LFP (фосфат лития-железа, LiFePO 4 ). Все элементы немного превысили свою номинальную емкость, за исключением ячейки A123 M1A. На основании информации, предоставленной с клетками, клеткам M1A было три года на момент получения, так что календарное старение могло иметь место.Хранение при 40% SoC при неизвестной температуре в течение трех лет может вызвать некоторую потерю емкости. Значения разрядной емкости и энергии, зарегистрированные во время этого цикла, собраны в таблице 3. Измеренные значения энергии разряда были объединены с весами и объемами элементов для расчета двух значений плотности энергии, как показано в таблице 4. Таблица также включает объемную и гравиметрическую мощность. значения плотности. Плотность мощности можно измерить или рассчитать различными способами. В этом случае мощность определялась как среднее напряжение разряда, умноженное на максимальный непрерывный ток разряда.На практике напряжение элемента во время высокоскоростной разрядки будет ниже, чем среднее напряжение разрядки. Однако максимальный импульсный ток разряда выше, чем максимальный непрерывный ток, поскольку отсутствует риск перегрева ячейки. Таблица 4 также содержит общую площадь катодов, полученную путем прямых измерений реальных электродов. Они были объединены с емкостями ячеек, чтобы получить значения площадных емкостей. При проектировании ячеек и балансировке анодной и катодной емкостей это одно из начальных значений, которые указываются.На рисунке 2 отношения мощности к энергии ячеек нанесены в зависимости от их площадей. Как и ожидалось, между этими двумя параметрами существует обратная зависимость, т. Е. Элементы высокой мощности используют низкую поверхностную емкость и малую массу покрытия. Толщина пяти различных компонентов показана на рисунке 3. Ячейка Samsung 48G имела самый толстый анод, давая самый высокий плотность энергии и самая низкая плотность мощности. Самым большим сюрпризом стала толщина катода A123 M1A, так как ячейка имела самое высокое отношение мощности к энергии.Вероятно, это связано с более низкой кристаллической плотностью LFP (3,6 г см -3 по сравнению с 4,8 г см -3 для NCA). Для токоприемников и сепараторов тенденция оказалась во многом исторической. Доступная толщина сепараторов, а также медной и алюминиевой фольги для аккумуляторных батарей значительно уменьшилась за последнее десятилетие благодаря усовершенствованным методам производства. Естественно, что разработчики ячеек воспользовались преимуществами этих более тонких материалов для увеличения плотности энергии. Основным исключением были две ячейки Sony, датируемые 2015 годом.Ячейка VTC5A высокой мощности имела более толстые медь и алюминий, чем ячейка VTC6 высокой мощности. Более толстые токосъемники уменьшат сопротивление элемента и улучшат теплопередачу из элемента за счет плотности энергии. Аналогичная разница наблюдалась в бирках электродов; катодная метка на VTC5A была шире и толще, чем метка VTC6. Два варианта конструкции меток, найденные в ячейках, показаны на рисунке 4. У восьми ячеек метки полной ширины были приварены к участку покрытия, с метками на каждом конце анода, и одна метка катода смещена от центра.Единственным исключением была ячейка A123 M1A, у которой были две короткие метки, приваренные к оголенным участкам металла. На практике это может быть достигнуто путем выборочного соскабливания покрытия или предварительного нанесения заплатки для предотвращения прилипания покрытия. Подобное расположение меток наблюдалось в коммерческой ячейке 26650 с катодом LFP [15]. С производственной точки зрения проще наносить непрерывное покрытие, чем периодическое покрытие по всей ширине («пропустить» покрытие). Это также позволяет избежать календарной обработки тонких срезов электрода только с оголенным металлом.Обычно анод больше катода, чтобы предотвратить избыточный заряд на катоде и избежать образования дендритов лития в областях анода с высокой локальной плотностью тока. Интересно отметить, что в ячейке A123 были области активного катода напротив неизолированной медной фольги на аноде. Это может отражать различия в поведении избыточного заряда между LFP и слоистыми катодами. Причина, по которой катод был смещен в других восьми ячейках, показывает важность управления температурой в конструкции ячейки.С электрической точки зрения симметричная катодная метка дает минимальное сопротивление. Однако из-за спиральной намотки симметричная катодная метка находится относительно близко к стенке банки. Использование смещенной бирки размещает бирку примерно посередине обмотки, увеличивая теплоотвод через бирку. Ожидалось, что в элементах большой мощности будет использоваться больше меток, чем в элементах высокой энергии, чтобы снизить сопротивление элементов и улучшить теплопередачу. Очевидно, что двойная анодная метка дает чистое преимущество даже в ячейках, оптимизированных для работы с высокой энергией.Во многих цилиндрических суперконденсаторах используются краевые соединения, а не дискретные метки [16], но такой подход не считается необходимым в элементах большой мощности. Фактические составы электродов неизвестны и их трудно измерить. Их можно анализировать с помощью систематической процедуры химической экстракции, но в начальных тестах ошибки измерения были слишком высоки, чтобы дать точные составы. Однако, делая обоснованные предположения на основе известных электродных композиций и патентных заявок, можно рассчитать емкости активных материалов и пористость электродов.На рис. 5 показаны полученные значения, исходя из предположения, что состав анода активная связка-углерод = 95: 4: 1 (мас.%), И состав катода 96: 2: 2 (мас.%). Единственным исключением был катод M1A, в котором использовалась формула 79:11:10 на основании патентов A123, опубликованных во время разработки элемента [17]. Некоторые из значений анода были выше, чем теоретическая емкость графита, то есть 372 мА ч г -1 . Это говорит о том, что электроды содержат компонент с большей емкостью, такой как кремний.Катоды продемонстрировали историческую тенденцию к увеличению емкости, как правило, за счет более высокого содержания никеля. Среднюю пористость электрода можно рассчитать, исходя из веса покрытия, толщины покрытия и средней плотности компонентов покрытия [18]. Эта плотность относительно нечувствительна к составу электродов. Значения пористости для анодов и катодов показаны на рисунке 6. Значения пористости анода были довольно похожи, за исключением ячейки VTC6. Это было удивительно, поскольку VTC6 — это скорее энергетический элемент, чем силовой.Катодная пористость значительно различалась. Три ячейки с наивысшим соотношением мощности и энергии (M1A, HB2 и HB4) имели более высокую пористость, чем остальные шесть ячеек. Катодная пористость также отражалась в весах электролита, показанных на Рисунке 7. Они были рассчитаны на основе разницы между начальный вес ячеек и вес других компонентов после промывки и сушки. Исторически разумным считалось значение около 3 г электролита на час. Электролит должен заполнить все поры в электродах и сепараторе, но при этом оставить некоторое свободное пространство внутри ячейки для сбора газов SEI.С более тонкими сепараторами и катодами с меньшей пористостью, очевидно, можно было снизить значение до менее 2 г (А · ч) -1 во многих ячейках. Однако толстый и относительно пористый катод LFP в ячейке A123 по-прежнему требует большего количества электролита. Для получения дополнительной информации необходимо использовать спектроскопические методы, такие как сканирующая электронная микроскопия (SEM), в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией ( ЭЦП). Типичные изображения девяти анодов и катодов показаны на Рисунке 8 и Рисунке 9 соответственно.Что касается анодов, восемь из девяти выглядели очень похожими, за исключением ячейки A123 M1A. В этой ячейке углеродные частицы оказались хлопьями или осколками, а не более округлыми частицами, которые можно было увидеть в других ячейках. Помимо ячеек HB2 и HB4, была смесь более мелких и крупных частиц, чтобы максимизировать плотность утряски и оптимизировать использование доступного объема. Катоды также выглядели похожими, со смесью более мелких и крупных частиц. Последние представляют собой вторичные частицы, агломераты гораздо более мелких первичных частиц.Такой подход сводит к минимуму длину пути диффузии при максимальной плотности материала на выходе. Катоды, похоже, были сильно каландрированы, и некоторые вторичные частицы начали распадаться на первичные частицы. EDS-карты анодов и катодов представлены в дополнительных материалах. Выводы измерений EDS собраны в Таблице 5. Шесть из девяти анодов содержали кремний, расщепляющийся по историческим линиям, т.е. спроектированный до или после 2012 года. Кремний был обнаружен в локализованных частицах, что типично для стратегии «разбрызгивания».На картах EDS кремний обычно ассоциировался с кислородом. Монооксид кремния (SiO x ) является широко используемым кремниевым материалом [19], но на самом деле содержит области кремния и SiO 2 [20]. Во время цикла формирования SiO 2 необратимо превращаются в оксид лития и силикаты лития [20], в то время как сам кремний обратимо интеркалируется и деинтеркалируется. Оксид лития будет реагировать с любыми следами HF в электролите, но силикаты, вероятно, останутся на своих местах.Следовательно, присутствие кремния и кислорода вместе предполагает, что исходным материалом был SiO x . Если бы кислород был частью другого (более толстого) слоя SEI на кремнии, то на этих частицах также можно было бы ожидать фтора. Между материалами катода было больше различий. На данном этапе составы скорее ориентировочные, чем абсолютные. Ячейка HG2 содержала NMC, богатую никелем. Измерения предполагали 811, а не 622, хотя это было бы ранним введением для ячейки, разработанной в 2014 году.NCA в ячейке Sony VTC5A выглядело как «стандартный» состав: LiNi 0,80 Co 0,15 Al 0,05 O 2 . Однако NCA в двух из ячеек Samsung оказался богатой никелем версией, то есть LiNi 0,80 + δ Co 0,15 Al 0,05 − δ O 2 с δ ~ 0,04 [21].