Какая плотность должна быть у аккумулятора: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Содержание

Несколько советов о том, как правильно подобрать аккумулятор?

При покупке аккумуляторной батареи рекомендуем обратить внимание на следующие моменты:

На корпусе аккумулятора должна присутствовать информация о стране изготовители и заводе!
К каждому аккумулятору должен прилагаться технический паспорт
При покупке аккумулятора попросите продавца измерить напряжение на клеммах АКБ оно не должно быть менее 12.5 вольт, также при возможности можно измерить плотность электролита которая должна быть не ниже 1.25 г/см3 и одинакова во всех «банках» батареи
Дата изготовления АКБ. Большинство изготовителей аккумуляторных батарей кодируют информацию и далеко не каждый сможет понять когда именно выпущена покупаемая батарея, опытные консультанты помогут вам расшифровать дату изготовления, также вы можете воспользоваться информацией по расшифровки даты на нашем сайте! Хотя современные необслуживаемые батареи допускают достаточно длительное хранение без потери потребительских свойств, мы не рекомендуем приобретать аккумулятор, который пролежал на складе более 1 года.

Основными параметрами при выборе аккумулятора являются его технические характеристики:

Электрическая (номинальная) емкость – АЧ

Пусковой ток (ток холодной прокрутки) – А

Габариты АКБ –длина, ширина, высота

Полярность АКБ – прямая , обратная

Номинальная электрическая емкость — это емкость 20-часового разряда АКБ. Именно она указана на этикетке АКБ. Для определения номинальной емкости батарею непрерывно разряжают при температуре 25°С током, равным 0,05С20 (0,05 от величины номинальной емкости) до того момента, как напряжение на клеммах 12-вольтовой батареи не снизится до 10,5 В. Например, для АКБ емкостью 60 Ач ток разряда составляет 3 А.

Не следует покупать новую АКБ с меньшей емкостью, чем рекомендуется для данного типа автомобиля. Дело в том, что при некоторых режимах работы двигателя (холостой ход) и малых дневных пробегах автомобиля, аккумулятор «помогает» генератору питать включенные потребители.

При малой собственной электрической емкости глубина разряда при этом может достигать 40-50%, что приведет к снижению работоспособности АКБ в режиме пуска двигателя. Повторяющиеся глубокие разряды приведут к сокращению ресурса АКБ.

Таким образом, каждому типу автомобиля необходимо подбирать аккумулятор определенной емкости.

Пусковой ток указывается в соответствии с емкостью для каждого типа АКБ и используется для тестирования на соответствие стандарту.

Выбор АКБ по габаритным размерам и полярности определяется отличительными особенностями автомобиля (площадка под АКБ, длина проводов). Полярность прямая, когда клемма «минус» справа, обратная, когда клемма «плюс» справа.

Итак, выбирая аккумулятор, надо учитывать величину пускового тока, значение электрической емкости, расположение полюсных выводов, габаритные размеры (в основном по длине), и способ крепления АКБ и, естественно, репутацию торговой марки и производителя.

Как измерить плотность электролита и зарядить АКБ автомобиля: Блог автолюбителя Николая Ваганова

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

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

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

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

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

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

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 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 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

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

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

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

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

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.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

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

P.S. Все же, стоит проверить динамику падения напряжения при стоянке автомобиля на утечку, а также подкорректировать немного плотность. Но это уже другая история…

Подписывайтесь на блог! Удачи на дорогах!

Плотность энергии ионно-литиевой батареи

Плотность энергии относится к количеству энергии, хранящейся в единице определенного пространства или массы материи. Плотность энергии литиевых батарей – это среднее значение на единицу объема или качественное выделение электроэнергии. Плотность энергии литиевой батареи обычно делится на два измерения: весовая плотность энергии и объемная плотность.

Масса плотности энергии литиевой батареи = x емкость разрядной батареи/вес платформы, базовая единица измерения Втч/кг (Вт/кг)

Объемная плотность энергии элемента = емкость батареи по разгрузочной платформе/объему, базовая единица измерения Втч/л (Вт/л)

Чем выше плотность энергии литиевой батареи, единица объема или веса, тем больше запас энергии.

Какова плотность энергии литиевой батареи мономера?

Плотность энергии литий-ионных аккумуляторов обычно относится к двум различным понятиям: плотность энергии одиночной литиевой батареи и плотность энергии аккумуляторной системы.

Аккумуляторная батарея — это наименьшая единица аккумуляторной системы. M батарея модуля, аккумулятор N модулей. Это основная структура аккумуляторной батареи автомобиля.

Как следует из названия, плотность энергии отдельной клетки — это плотность энергии уровня отдельной клетки.

Какова плотность энергии системы?

После завершения системы плотность энергии относится к мономерному составу, весу или объему аккумуляторной системы и сравнению веса или объема всей аккумуляторной системы. Поскольку аккумуляторная система содержит систему управления аккумуляторной батареей, систему управления температурным режимом, цепи высокого и низкого напряжения и т. д., занимающие часть веса аккумуляторной системы и внутреннего пространства, плотность энергии аккумуляторной системы ниже, чем плотность энергии. мономера.

Плотность энергии = мощность аккумулятора ➗ вес аккумуляторной системы или объем аккумуляторной системы

Что ограничивает плотность энергии литий-ионного аккумулятора?

Основной причиной батареи является химическая система.

Как правило, четыре части литий-ионных аккумуляторов имеют решающее значение: анод, катод, электролит и диафрагма. Положительный и отрицательный полюса — это места, где происходят химические реакции, что эквивалентно двум венам Жэнь и Ду, и можно увидеть их важный статус.

Как мы все знаем, тройная литиевая батарея для положительной системы плотности энергии выше, чем у анода для литий-железо-фосфатной батареи плотность энергии системы. Почему это?

В настоящее время большинство анодных материалов литий-ионных аккумуляторов для графита, емкость теории графита g составляет 372 мАч/г. Теория емкости материала положительного электрода из литий-железо-фосфата составляет всего 160 мАч/г, а теория тройного материала никель-кобальт-марганец (скользящая) — около 200 мАч/г.

Согласно теории ведра уровень воды определяется самой короткой частью ведра, а плотность энергии литий-ионного аккумулятора зависит от материала анода.

Платформа для напряжения 3,2 В фосфата лития-железа, тройной индекс 3,7 В. Сравнение двух, высокая плотность энергии, разница 16%.

Подвести итоги

Конечно, помимо химической системы, уровень технологии производства, такой как плотность уплотнения и толщина фольги, также будет влиять на плотность энергии литий-ионных аккумуляторов. Вообще говоря, чем больше плотность уплотнения, тем выше емкость аккумулятора в ограниченном пространстве, поэтому основной материал плотности уплотнения рассматривался как один из эталонных показателей плотности энергии аккумулятора.

Если вы можете настаивать на чтении каждой строки, читайте до сих пор.

Исследовательская группа по батареям Tesla представляет статью о новой батарее с высокой плотностью энергии, которая может работать 100 лет 100 лет, но все еще выгодно отличается от элементов LFP по зарядке и плотности энергии.

Еще в 2016 году Tesla учредила в Канаде «Tesla Advanced Battery Research» в рамках партнерства с лабораторией аккумуляторов Джеффа Дана в Университете Далхаузи в Галифаксе, Канада.

Дан считается пионером в области литий-ионных аккумуляторных элементов. Он работал над литий-ионными батареями практически с момента их изобретения. Ему приписывают помощь в увеличении жизненного цикла клеток, что помогло их коммерциализации.

В настоящее время его работа сосредоточена в основном на потенциальном увеличении плотности энергии и долговечности при одновременном снижении стоимости.

Группа уже подготовила немало патентов и документов по батареям для Tesla. Автопроизводитель недавно продлил свой контракт с группой до 2026 года, добавив двух новых лидеров, наставником которых будет Дан.

Один из этих новых лидеров, Майкл Мецгер, вместе с самим Даном и несколькими докторами наук в программе названы авторами новой исследовательской работы под названием «Li[Ni _0,5 Mn _0,3 Co _0,2 ]O ₂ в качестве превосходной альтернативы LiFePO ₄ для долговечных низковольтных литий-ионных элементов» в Journal of the Electrochemical Society .

В документе описывается химический состав аккумуляторов на основе никеля и марганца, призванный конкурировать с аккумуляторными элементами LFP по долговечности, сохраняя при этом свойства, которые людям нравятся в аккумуляторах на основе никеля, такие как более высокая плотность энергии, которая обеспечивает больший запас хода при меньшем количестве аккумуляторов для электромобилей. .

Группа написала в аннотации к статье:

Монокристалл Li[Ni _0,5 Mn _0,3 Co _0,2 ]O ₂ //графит (NMC532) для работы только с графитовым пакетом. V (а не ≥4,2 В) циклически циклически заряжались до 3,65 В или 3,80 В для облегчения сравнения с LiFePO ₄ //графитовыми (LFP) ячейками на основании аналогичного максимального зарядного потенциала и аналогичного использования отрицательного электрода. Ячейки NMC532, изготовленные из графита, достаточного для зарядки до 3,80 В, имеют плотность энергии, превышающую плотность энергии ячеек LFP, и срок службы, который значительно превышает срок службы ячеек LFP при 40 °C, 55 °C и 70°С. Превосходный срок службы при высоких температурах продемонстрирован электролитами, содержащими соль бис(фторсульфонил)имида лития (LiFSI), намного превышающими те, которые обеспечиваются обычным LiPF 9.0065 6 электролиты.

Элементы продемонстрировали впечатляющее сохранение емкости в течение большого количества циклов:

Исследовательская группа даже отметила, что новый элемент, описанный в статье, может прослужить 100 лет, если температура поддерживается на уровне 25°C:

Ultra- высокоточная кулонометрия и спектроскопия электрохимического импеданса используются для дополнения результатов циклирования и исследования причин улучшения характеристик ячеек NMC. Ячейки NMC, особенно сбалансированные и заряженные до 3,8 В, демонстрируют лучшую кулоновскую эффективность, меньшее снижение емкости и более высокую плотность энергии по сравнению с ячейками LFP, и, по прогнозам, их срок службы приближается к столетию при 25 ° C.

Одним из ключей, по-видимому, является использование электролита с солями лития LiFSI, и в документе отмечается, что преимущества могут также применяться к другим химическим веществам на основе никеля, в том числе без кобальта или с низким содержанием кобальта.

FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Больше.

Будьте в курсе последних новостей, подписавшись на Electrek в Google Новостях. Вы читаете Electrek — экспертов, которые день за днем сообщают новости о Tesla, электромобилях и экологически чистой энергии. Обязательно заходите на нашу домашнюю страницу, чтобы быть в курсе всех последних новостей, и подписывайтесь на Electrek в Twitter, Facebook и LinkedIn, чтобы оставаться в курсе событий. Не знаете, с чего начать? Посетите наш канал YouTube, чтобы быть в курсе последних обзоров.

Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы получать эксклюзивные видео и подписывайтесь на подкасты.

Фред Ламберт @FredericLambert

Фред — главный редактор и главный писатель Electrek.