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

Эксплуатация авто аккумулятора зимой — AKBEXPERT

Какая плотность электролита должна быть зимой, и как подготовить аккумулятор к зиме?

Ответ:

Плотность электролита у полностью заряженной аккумуляторной батареи, предназначенной для эксплуатации в условиях умеренного климата в любое время года должна быть 1,27-1,30 г/см3 при температуре +25°С. При более высокой температуре электролита значение плотности должно быть ниже, а при более низкой температуре электролита, наоборот, — выше. В странах с тропическим климатом эксплуатируют батареи с более низкой плотностью электролита (1,22-1,24 г/см3). В условиях крайнего Севера, наоборот, требуется более высокая плотность электролита (1,30-1,32 г/см3). Перед началом зимнего периода необходимо проверить, чтобы батарея находилась в заряженном состоянии. Это обеспечит предохранение от замерзания электролита и обеспечит надежный пуск двигателя при отрицательных температурах. Именно в зимний период существенное влияние на работу АКБ будут оказывать слабо натянутый ремень генератора и повышенная утечка электроэнергии.

Если при запуске двигателя в зимнее время аккумулятор разрядился в «ноль», какие действия нужно предпринять?

Ответ:

В данном случае необходимо зарядить аккумулятор от стационарного зарядного устройства током малой величины. Сделать это следует не позднее, чем через 2-3 дня после глубокого разряда батареи.

Почему замерзает электролит?

Ответ:

При разряде АКБ плотность электролита снижается, уменьшается удельное количество серной кислоты, содержащейся в растворе электролита и образуется вода. Чем глубже разряд батареи, тем выше отрицательная температура, при которой может замерзнуть электролит. Например, при плотности 1,11 г/см3 электролит замерзнет уже при -7 0С, а при плотности 1,27 г/см3 — только при -58 0С.

Если замерз электролит, можно ли восстановить работоспособность аккумулятора?

Ответ:

Зависит от степени замерзания: если батарея замерзла не на весь объем, а корпус не подвергся деформации, ее можно восстановить. Необходимо, чтобы лед полностью растаял при комнатной температуре, и только потом приступить к заряду АКБ. При этом не избежать повреждения электродов и снижения токовых характеристик батареи.

Если в мороз перед запуском двигателя включить на короткое время фары автомобиля, поможет ли это облегчить запуск?

Ответ:

Нет. При данной процедуре эффект разогрева электролита ничтожен и не влияет на увеличение мощности разряда. Напротив, батарея может потерять драгоценную емкость и после этого не сможет запустить двигатель.

Почему в зимнее время рекомендуют аккумуляторы с более высокими пусковыми токами?

Ответ:

Холодный пуск имеет следующие особенности:

• Стартеру требуется больше времени для прокрутки двигателя.
• Сопротивление холодного двигателя в зимнее время увеличивается в 2,5-3 раза
• От АКБ требуется отдача большей мощности и энергии.
• Чем ниже температура окружающего воздуха, тем выше вязкость электролита и внутреннее сопротивление батареи.

Пуск двигателя в зимнее время зависит только от АКБ?

Ответ:

Нет. Помимо технических характеристик и степени заряженности батареи, пуск двигателя зависит от следующих факторов:

1. состояния электропроводки и электрооборудования автомобиля;
2. состояния свечей;
3. состояния топливной системы и качества топлива;
4. качества масла;
5. опыта водителя.

По какой причине замерз аккумулятор?

Ответ:

Если замерзла только одна ячейка, то это, скорее всего, внутренний дефект батареи, который привел к снижению плотности и замерзанию электролита.

Если замерзла не одна ячейка в батарее, то здесь ответ один — батарея была разряжена. Причины могут быть разные, самая распространенная — частые запуски двигателя и короткие дистанции движения по городу. В результате батарея в холодную погоду просто не успевает заряжаться от генератора. Плотность электролита 1,21 г/см3 соответствует примерно 45%-ной степени заряженности батареи. По справочным данным электролит с такой плотностью замерзает при температуре около -30 0С.

Часто бывает ситуация: утром с нескольких попыток не завелась машина, и человек едет на работу на общественном транспорте. А разряженная батарея с низкой плотностью электролита до вечера замерзает.

Защита АКБ в сильные морозы

Аккумулятор – сердце автомобиля! Именно от АКБ зависит запуск двигателя и функционирование всех приборов в салоне, поэтому важно правильно эксплуатировать и обслуживать батарею. Некоторые автолюбители считают, что, в зависимости от времени года, нужно уменьшать или увеличивать номинальную плотность электролита. Разберемся, так ли это.

Заводы-изготовители выпускают аккумуляторы с плотностью электролита в максимально заряженных АКБ: 1,27 – 1,28 г/см³. Для наших широт это оптимальная плотность, и регулировать ее не просто не рекомендуется, а даже запрещено. Плотность 1,27 г/см³ позволяет электролиту не замерзать до –60 °C. Конечно, если предстоит более суровая зима или требуется восстановить АКБ после сильной разрядки, плотность электролита увеличить придется, но не самостоятельно. Обратитесь к специалистам по обслуживанию автомобилей. Самостоятельно можно только корректировать уровень электролита дистиллированной водой, доливая до необходимого уровня. Увеличение номинальной плотности с помощью кислоты приводит к агрессивности среды, а, следовательно, к ускоренному осыпанию пластин аккумулятора. Лучше доведите уровень заряда аккумулятора перед сильными холодами до выравнивания плотности по банкам АКБ и показателей 1,27- 1,28 г/ см³ (в свинцовых аккумуляторах).

Если в теплое время можно завести авто только с наполовину заряженным аккумулятором, то перед началом зимы заряда должно быть не менее 80%. Причина в том, что при минусовых температурах смазка в АКБ густеет, приводя к ее разрядке. В морозы требуется больше энергии на запуск холодного двигателя, интенсивную работу бортовой системы, печки, видеорегистратора, магнитолы, фар и т.д. Бросая автомобиль в ледяном гараже, во дворе, на стоянке, редко используя его из-за гололеда или снегопада, мы способствуем накапливанию разряженности АКБ, в результате чего снижается и плотность электролита. Ионы оседают на пластинах АКБ, а вода, входящая в его состав, кристаллизуется, расширяется и разрушает изоляторы между пластинами соседних банок. Таким образом, разряженный аккумулятор во время морозов приводит к замерзанию электролита и разрушению свинцовых пластин! Мутный электролит в банках – сигнал о гибели аккумулятора.

Зимой подзаряжайте АКБ хотя бы два раза в месяц, а размороженную «реанимируйте» малыми токами. Для этого можно использовать правило трех пятерок: при температуре -5 нужно поставить АКБ на зарядку током 5А на 5 часов.

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

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

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

Принцип действия аккумулятора

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

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

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

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

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

Нормальная плотность электролита

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

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

Зимняя и летняя плотность электролита

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

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

Ещё кое-что полезное для Вас:

Порядок измерения плотности аккумулятора

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Видео: Как правильно поднять плотность электролита в аккумуляторе

Эксплуатация авто аккумулятора зимой

Что сделать, чтобы подготовить батарею к холодному времени года и какая плотность электролита нормальна для зимы?

Ответ:

У заряженной на 100% АКБ, изначально рассчитанной на использование в условиях умеренного климатического пояса, плотность электролита при стандартных +25оC должна колебаться между 1.27 и 1.30 г/см3. Если температура будет выше, плотность снизится, если вокруг будет холоднее – повысится. Именно поэтому на крайнем Севере используют аккумуляторы с более плотным электролитом (1.32 г/см3), а в тропических странах с более низким (1.24 /см3).

Перед наступлением холодов важно убедиться в том, что аккумулятор заряжен – в этом случае вы избежите замерзания электролита и связанных с ним проблем при пуске двигателя. Учтите также, что зимой на работу батареи серьёзное влияние оказывают утечки в системе электрооборудования и слабое натяжение генераторного ремня.

Что делать, если при старте двигателя в холода батарея разрядилась до нуля?

Ответ:

Зарядите батарею при помощи небольшого тока – причём провести зарядку нужно от стационарного устройства и не позже, чем через 2-3 дня с момента наступления глубокой разрядки.

В чём причина замерзания электролита?

Ответ:

Когда аккумулятор разряжается, плотность электролита падает – и, соответственно, становится ниже количество содержащейся в его растворе серной кислоты. Образуется вода, которая и замерзает. Чем сильнее разряжен аккумулятор, тем раньше электролит способен замёрзнуть. К примеру, при 1.11 г/см3 замерзание наступает уже при -7 градусах Цельсия, а при 1.27 г/см3 (нормальная плотность при полном заряде) только при -58 градусах.

Можно ли реанимировать батарею, если замёрз электролит?

Ответ:

Всё зависит от тяжести конкретного случая. Как правило, если аккумулятор замёрз не на весь объём, а его корпус не был деформирован, восстановить АКБ можно. Для этого занесите батарею в комнату, оставьте её там до тех пор, пока весь лёд не растает (это должно происходить при комнатной температуре, без лишнего нагрева), и уже после этого ставьте батарею на зарядку. Но учтите, что токовые характеристики аккумулятора в любом случае упадут, а электроды будут повреждены.

Если перед тем, как стартовать двигатель в холода, ненадолго включить фары, станет ли запуск легче?

Ответ:

Нет, это один из самых вредных мифов. Эффект разогрева электролита, на который надеются в рассматриваемом случае, будет ничтожным, а значит, мощность разряда не вырастет. Более того: батарея на этой процедуре теряет драгоценную ёмкость, и есть шанс, что оставшегося заряда на старт мотора не хватит.

Почему в холода советуют использовать аккумуляторы с высокими пусковыми токами?

Ответ:

У холодного пуска есть несколько характерных особенностей:

• 1. Стартеру понадобится больше времени на успешную прокрутку мотора;
• 2. Сопротивление холодного мотора зимой возрастает в 2.5-3 раза;
• 3. Батарее нужно будет отдать большее количество энергии и мощности;
• 4. Чем холоднее вокруг, тем выше внутреннее сопротивление АКБ.

Именно поэтому для того, чтобы двигатель стартовал надёжно, лучше использовать аккумулятор, имеющий при аналогичных габаритах более высокие токи холодной прокрутки.

На старт двигателя в холода влияет только аккумулятор?

Ответ:

Нет, влияние также оказывает состояние свечей, электрического оборудования, топливной системы и электропроводки машины. Также много зависит от качества топлива, от масла, и, конечно, от опыта водителя.

Из-за чего замёрзла батарея?

Ответ:

Если у Вас замёрзла только одна ячейка, причина, вероятно, во внутреннем дефекте аккумулятора. Из-за него в этой ячейке снизилась плотность электролита, и он замёрз.

Если замёрзло несколько ячеек, дело в том, что аккумулятор был разряжен. Чаще всего это происходит из-за того, что при поездках по городу приходится часто запускать мотор для передвижения на короткую дистанцию – генератору просто не хватает времени для того, чтобы зарядить батарею. Между тем, уже при 45% заряда аккумулятора плотность электролита будет составлять 1.21 г/см3, а при таких параметрах он замерзает уже при -30.

Часто бывает так, что утром не удаётся завести автомобиль, и водитель едет по своим делам на метро или автобусе. Тем временем, разряженная на попытках пуска батарея до вечера успеет замёрзнуть.

Что нельзя делать с аккумулятором летом, чтобы он не «умер» зимой

Когда ваш автомобильный аккумулятор подводит и машина не заводится, это крайне неприятно. Между тем нередко виноват сам водитель, не выполнявший ряд простых правил. Разберемся, какие именно ошибки могут сократить жизнь АКБ даже летом.

Как можно убить аккумулятор быстрее всего

Самый простой путь вывести из строя аккумулятор — это долить в электролит обычную воду — электроды в таком случае выйдут из строя.

Жизнь АКБ может радикально сократить также заряд током чрезмерно большой силы, перегрев электролита и его повышенная плотность, повышенное и пониженное напряжение в бортовой сети автомобиля, загрязнение электролита и короткое замыкание (возможно при неосторожном обращении с инструментом вблизи контактов батареи, или при повреждения изоляции силового кабеля). Однако существуют и менее явные огрехи, которые также вредны для АКБ. Читайте о них ниже.

Не поддерживать чистоту

При эксплуатации автомобиля в особенности в условиях повышенной загрязненности (пыль, песок, пыльца деревьев и т.п.) следует уделять особое внимание чистоте корпуса АКБ. Ведь если грязь просочится в электролит, печальная судьба батареи по сути предрешена.

Загрязнения на корпусе следует регулярно устранять мягкой тряпкой, смоченной в растворе нашатырного спирта или кальцинированной соды.

Используйте зубную щетку или мелкую шкурку, чтобы удалить любые следы коррозии, если вы обнаружите их на клеммах аккумулятора. Лишняя грязь и следы окисления на клеммах провоцируют замыкание и разрядку АКБ. Не забывайте также проверять надежность крепления как самого аккумулятора, так и его клемм.

Игнорировать температурный режим

Не секрет, что аккумуляторы постепенно подсаживаются от скачков температуры в межсезонье и долгого отсутствия нагрузки. При падении плотности электролит замерзает — это вызывая деформации и осыпание пластин, равно как прожоги от коротких замыканий. Поэтому не следует оставлять ваш автомобиль на недели и месяцы на улице в мороз.

Регулярно заводите ваш автомобиль зимой, а еще лучше — совершайте хотя бы короткие поездки, чтобы батарея могла подзарядиться. Гаражное хранение — идеальный вариант, но даже в этом случае следует замерять тестером уровень заряда АКБ на заглушенном двигателе хотя бы раз в месяц. При полном заряде показания стремятся к значению 12.7 вольт. При почти полной разрядке будет примерно 12 вольт. При нормальной плотности электролита, которая должно составлять 1,27 г/см куб., образование льда начнется только при температуре ниже -65 град.

Перегружать батарею

Прежде всего, не перегружайте сеть. Различные усилители, доп.оборудование и девайсы типа видеорегистратора, радар-детектора и просто несколько подключенных к «мультимедийке» гаджетов — это, конечно, замечательно. Но такая прорва потребителей неизбежно повысит нагрузку на сеть.

Нередки также случаи запредельных разрядов, например, после пуска двигателя стартером. Или, скажем, если вы регулярно даете «прикурить» друзьям и соседям (особенно если потенциал их АКБ больше, чем у вашего), это также не идет на пользу батарее. Кроме того, помогая такому аккумулятору, который уже «дышит на ладан», донор может еще и спалить бортовую электронику.

Неправильное обслуживание

Если ваш аккумулятор обслуживаемый, то в рамках самостоятельного «ТО» следует долить нужное количество смести дистиллированной воды и электролита (у автомобильных аккумуляторов принято считать нормальным уровень заливки на 10-15 мм выше верхней кромки пластин) и убедиться в том что раствор имеют оптимальную плотность (1.27 г/см3).

Если в АКБ пониженная плотность смеси, то это может привести к быстрому разряду и замерзанию раствора. Если плотность повышенная — тоже плохо: чревато «обезвоживанием», и, как следствие, разъеданием пластин. Плотность состава измеряется специальным прибором — ареометром (денсиметром).

Совет «подснежникам» — отнесите аккумулятор домой зимой

Есть категория водителей, которые по тем или иным причинам не ездят зимой. Для таких людей имеет прямой смысл позаботится об аккумуляторе. АКБ необходимо снять и отнести домой или в теплый гараж. Хранить батарею рекомендуется при комнатной температуре. При этом каждые два — три месяца аккумулятор рекомендуется подзаряжать, предварительно проверяя уровень зарядки с помощью вольтметра.

Плотность аккумулятора зимой | Avto Life

Аккумуляторная батарея является главным энергетическим источником для автомобиля. От нее зависит надежный запуск двигателя (в зимнее время) и работа системы освещения. В современном аккумуляторе уже залит электролит, поэтому автомобилисту остается поставить его на зарядку, чтобы ввести в эксплуатацию. Неразборная конструкция корпуса не позволяет проводить ремонт батареи. Для продления срока службы за энергоемким прибором нужен правильный уход. Батарея большую часть времени должна быть заряжена на 100%. При слабом электрическом потенциале начинается сульфатация свинцовых пластин, а в некоторых случаях возможна смена полярности у отдельных элементов аккумулятора. Но подобное развитие событий возможно только при эксплуатации в зимнее время. В странах с жарким климатом разрушающую роль для батареи играет высокая степень заряженности. В такой ситуации деформируются плюсовые пластины. Поэтому, для того чтобы аккумулятор нормально функционировал в течение 5-10 лет, необходимо проводить профилактические работы. Во-первых, регулярно проверять уровень заряда батареи. Во-вторых, поддерживать нормальную плотность электролита. В-третьих, чистить клеммы, чтобы избежать самостоятельной разрядки прибора.

Какая плотность должна быть в аккумуляторе зимой?

Наиболее распространенные и широко известные стартерные батареи в автомобилях работают на принципе электрохимического взаимодействия свинца и его оксида в растворе серной кислоты. Каждый владелец транспортного средства должен знать, что у h3SO4 есть своя плотность или удельный вес. Этот показатель зависит от двух факторов: концентрации раствора и температуры окружающей среды. Поэтому так важно, чтобы автовладельцы регулярно проверяли плотность аккумулятора зимой и летом. Если батарея не держит заряд, то следует измерить физические показатели электролита.

Плотность проверяют при помощи ареометра. Чтобы узнать точную цифру, на которую не влияют климатические условия, замер у аккумулятора производят в теплом помещении, где температура не ниже +25 градусов. Это будет нормативный показатель. В зависимости от погодных условий в полученное число вносят поправки, ориентируясь по специальной таблице. Чтобы узнать плотность электролита в аккумуляторе зимой, надо отталкиваться от нормативного значения для умеренного климата. Оно составляет 1,27 г/см3. В холодных районах, где среднесуточная температура опускается до минус 30 градусов, вышеуказанный показатель надо увеличить на 0,01 г/см3. Для суровых регионов, где градусник показывает 40 градусов ниже нуля, плотность раствора повышают до 1,29 г/см3. Это спасет электролит от замерзания. При эксплуатации автомобиля в субтропических условиях плотность снижают, чтобы аккумулятор не закипел.

Следует учитывать, что на состояние батареи влияют и другие факторы. При заряде всего в 80% от номинальной емкости аккумулятора плотность электролита будет немного меньше, чем при 100%. Поэтому при измерении надо учитывать эту погрешность. Задача водителя — поддерживать определенный показатель плотности раствора, тогда аккумулятор прослужит долго, а автомобиль будет быстро заводиться в холодное время года.

Как проверяют электролит?

Замеры плотности проводят каждые 20 000 километров пробега. Для измерения берут денсиметр — прибор, который состоит из стеклянной трубки с ареометром, резиновой груши и специального наконечника. Для проверки открывают крышку, находящуюся сверху аккумулятора. Затем опускают денсиметр и при помощи груши втягивают небольшое количество электролита. Плавающая шкала ареометра покажет показатель плотности. Что делать дальше, если электролит не соответствует требуемым значениям? Все очень просто. При малой плотности вносят специальный корректирующий раствор, а при большой — разбавляют электролит обычной дистиллированной водой.

Холодная погода и свои аккумуляторы.

Холодная погода все меняет.

Сейчас декабрь, и на большей части территории США нас ждут серьезные холода. Холод оказывает множество негативных эффектов на энергоснабжение вне сети и радиолюбительское оборудование. Если вы не учли холодную погоду должным образом, то ваше снаряжение подведет вас, когда оно вам больше всего понадобится. В некоторых случаях отсутствие планирования в холодную погоду может привести к дорогостоящему ущербу. Сегодня мы обсудим влияние низких температур на ваше оборудование и аккумуляторы.Если вы живете в районе, где всегда тепло, я надеюсь, вы все равно останетесь с нами и получите полезную справочную информацию.

Радиоприемник на морозе.

Большинство современных радиоприборов достаточно хорошо переносят низкие температуры. Вы можете заметить, что в холодную погоду циферблаты не поворачиваются легко, а переключатели кажутся немного тяжелыми. ЖК-дисплеи также могут реагировать медленно / с задержкой, а батареи не работают так долго, как обычно. Спецификации, касающиеся рабочей температуры окружающей среды, имеют тенденцию быть щедрыми на высоком уровне и не столь щедрыми на низком уровне.Например, Yaesu FT-818 имеет указанный рабочий диапазон 14–140 ° F (от -10 ° C до + 60 ° C). Маловероятно, что вы когда-нибудь увидите 140F, но 14F — довольно обычное явление для многих из нас.

Принося радиоприемники с холода, некоторые радиолюбители настаивают на том, чтобы их оборудование нагрелось до комнатной температуры, прежде чем включать их. Это уже не так важно, как в те времена, когда в радиоприемниках были лампы. О чем нужно беспокоиться современным ветчинам, так это о конденсации. Если на вашей радиостанции собирается конденсат, когда ее приносят с холода, дайте ей полностью высохнуть, прежде чем включать.Имейте в виду, что внутренности радиоприемника нагреваются и рассеивают воду дольше, чем внешние поверхности. Холод не убивает радио… а вода убивает!

Залитые батареи и холода.

Это помогает понять, как температура влияет на химический состав и емкость затопленных аккумуляторов. Типичный полностью заряженный залитый аккумулятор будет иметь плотность электролита около 1,265, измеренную ареометром. Важно знать, что 1.265 предполагает стандартную базовую температуру батареи 80F (27C).Чтобы компенсировать температуру, вычтите 0,004 на каждые десять градусов ниже 80F (27C).

Например, у вас полностью заряженный аккумулятор с температурой электролита 50F (10C). Делаем математику:

1,265 (измеренная плотность электролита аккумулятора)

-0,012 (0,004 x 3, с учетом разницы между стандартизованной базовой температурой и фактической температурой)

= 1,253 (измерение плотности с поправкой на температуру)

Плотность 1,253 соответствует примерно 92% -95% для нашей «полностью заряженной» залитой батареи при температуре 50F (10C).Ссылаясь на таблицу ниже, от 50F вниз спад становится более заметным. Некоторые солнечные контроллеры имеют отдельный датчик температуры. Этот датчик подключается к клемме аккумулятора и позволяет контроллеру изменять ток или напряжение для компенсации температуры. Эти устройства работают до определенной степени, но реалии химии нельзя полностью отрицать. В холодную погоду ваш залитый аккумулятор просто теряет емкость.

Кривая температуры залитой аккумуляторной батареи. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ ROLLS BATTERY USA.

Залитые батареи и фактор замерзания.

По мере того, как плотность электролита изменяется в зависимости от цикла заряда-разряда, изменяется и его температура замерзания. Это существенно повлияет на вашу залитую батарею.

Электролит в полностью заряженной батарее замерзнет около -80F (-62C). Скорее всего, вы никогда этого не увидите, но разряженная батарея замерзнет при температуре около 20F (-7C). Имейте в виду, что эти числа относятся к температуре замерзания электролита, но не обязательно к допустимым рабочим температурам.Если аккумулятор физически замерзнет, ​​он, скорее всего, разрядится навсегда.

В холодную погоду залитые аккумуляторные батареи разряжаются дольше. Это может показаться плюсом, но помните, что вы теряете часть своей общей емкости из-за холода. Это сделка с нулевой суммой. На другом конце цикла перезарядка холодных батарей также занимает больше времени.

Примите тот факт, что чем ниже температура, тем дольше заряжаются залитые аккумуляторные батареи и тем меньше их емкость. Держите их как можно ближе к «золотому пятну» 80F (27C).

AGM, SLA и гелевые батареи.

Я объединяю в одну группу коврик из абсорбированного газа (AGM), герметичные свинцово-кислотные (SLA) и гелевые аккумуляторные батареи, потому что они являются родственниками друг друга и имеют схожие характеристики.

Тем не менее, на удивление сложно найти надежные данные о том, как эти батареи реагируют на холодную погоду. Я нашел одно исследование, которое показало, что AGM / гелевые батареи могут терять до 76% своей емкости при -4F (-20C). Хорошая новость заключается в том, что если батареи физически не заморожены (что случается только до -75F или -60C), они восстановят свою полную емкость, как только снова нагреются.

По большинству показателей аккумуляторы AGM / SLA / гелевые не намного лучше в холодную погоду, чем затопленные версии. Многие производители рекомендуют вообще не заряжать аккумулятор, если он ниже 32F (0C). Это, конечно, огромная проблема для многих радиолюбителей вне сети. С другой стороны, небольшие AGM / SLA / гелевые батареи, обычно используемые радиолюбителями, относительно недороги. Если их нужно заменять каждый год или около того из-за злоупотреблений, это не большие финансовые затраты.

Вот несколько советов по использованию вашей AGM / SLA / гелевой батареи в холодную погоду:

• По возможности держите температуру выше 32F (0C).
• Избегайте зарядки при температуре ниже 32F (0C).
• Используйте зарядное устройство или контроллер заряда, предназначенные для аккумуляторов AGM / SLA / гелевых. Многие контроллеры солнечного заряда имеют выбираемые пользователем настройки для различных типов батарей.

Литиевые батареи.

Как и в случае с другими, есть хорошие и плохие новости относительно литиевых батарей в холодную погоду.

Хорошая новость заключается в том, что они не демонстрируют потери мощности из-за холода, как другие типы.При температуре 32F (0C) литиевая батарея обычно разряжает около 17% своего заряда. При -4F (-20C) типичная литиевая батарея будет иметь 70% своей емкости. В этом отношении литиевые батареи явно превосходят другие типы батарей вплоть до 0F (-17C). Эти факторы, а также превосходная плотность энергии делают литиевые батареи фаворитом многих радиолюбителей.

ГРАФИКА ПРЕДОСТАВЛЕНЫ SMARTBATTERY

Плохая новость заключается в том, что литиевые батареи очень легко повредить, если они заряжаются при температуре ниже 32F (0C).Явление, известное как покрытие лития , может происходить во время процесса зарядки. Холод заставляет литий накапливаться на поверхности графитового анода, а не поглощаться им. Как только это произойдет, это необратимо. Аккумулятор можно полностью вывести из строя, если зарядить его холодной даже один раз.

Решения для зарядки лития на морозе.

Что ты умеешь? Одна из возможностей — резко снизить зарядный ток. Хотя в теории это звучит просто, на практике это сложно.Если ваша электроника на батарее не может связываться с зарядным устройством и давать ему команду на снижение тока в зависимости от температуры, это нереалистичное решение. Тем не менее, технология существует для тех, кто хочет пойти по этому пути. Даже в этом случае у вас будет более длительное время зарядки.

Менее сложный вариант — нагреть аккумулятор до температуры выше 32F (0C) перед зарядкой. Согрейте аккумулятор в машине, кемпере, палатке или даже собственным теплом, если он достаточно мал, чтобы носить его в кармане.

По собственному опыту я обнаружил, что довольно легко предохранить литиевые батареи от слишком низких температур для зарядки.Я живу в районе Верхнего Среднего Запада / Великих озер США, и, поверьте мне, у нас есть множество возможностей проверить пределы возможностей нашего снаряжения в холодную погоду! Хотя температурные ограничения для литиевых батарей кажутся очень обременительными, при некоторой предусмотрительности это не проблема.

Что мы узнали сегодня.

• Радиооборудование обычно выдерживает низкие температуры до тех пор, пока оно остается сухим.
• Холодная погода отрицательно сказывается на работе всех аккумуляторов.
• Плотность электролита в залитых батареях имеет коэффициент температурной компенсации -0.004 на каждые десять градусов ниже 80F (62C).
• Температура замерзания электролита зависит от степени заряда.
• Никогда не допускайте физического замерзания залитых аккумуляторных батарей.
• AGM / SLA / гелевые батареи имеют такую ​​же потерю емкости при низких температурах, как и заливные батареи.
• Замерзание не вызывает долговременного повреждения AGM / SLA / гелевых аккумуляторов.
• Низкие температуры не влияют на литиевые батареи так сильно, как другие типы батарей.
• Зарядка литиевой батареи при температуре ниже 32F (0C) может привести к ее необратимому повреждению.
• Литиевое покрытие — это состояние, при котором литий связывается с поверхностью графитового анода.

Ресурсы.

Этот очень красивый одностраничный список от Canada Battery предлагает несколько отличных советов по работе с батареями AGM.

НАСА выпустило очень интересный и подробный PDF-файл о литиевом покрытии. Этому документу девять лет, и с тех пор появились новые разработки, но представленные основные концепции все еще остаются в силе.

Вот несколько предыдущих статей о Off Grid Ham , которые предоставляют дополнительную информацию:

Литиевые батареи

AGM батареи

Уход и обслуживание залитых аккумуляторных батарей.

Сколько батареи вам действительно нужно?

Как это:

Нравится Загрузка …

Лучшие автомобильные аккумуляторы для холодной погоды (обзор и руководство по покупке) в 2020 году

Преимущества автомобильного аккумулятора в холодную погоду

• Более надежная работа. Независимо от того, насколько холодно, аккумуляторы для холодной погоды рассчитаны на максимальную мощность. Автомобиль не заглохнет и не заглохнет в глуши. Емкость аккумулятора позволяет эффективно и надежно питать даже интенсивно потребляющие энергию автомобили.
• Более быстрый запуск двигателя. Автомобильные аккумуляторы для холодной погоды обеспечивают мощную пятисекундную стартовую мощность. Этот взрыв мгновенно оживляет двигатель. Как только вы поворачиваете ключ, машина заводится, даже когда на улице мороз.
• Лучшая скорость зарядки и разрядки. Обычные батареи имеют тенденцию к снижению емкости на холоде, так как это замедляет химические реакции внутри батареи. Это влияет как на производительность, так и на надежность батареи. Аккумуляторы, предназначенные для работы в холодную погоду, не имеют этой проблемы, и они, как правило, заряжаются и разряжаются быстрее.
• Совместимость с холодным климатом. Как высокая резервная мощность, так и характеристики холодного пуска делают зимние батареи более эффективными в холодные месяцы. Аккумуляторы для жаркой погоды должны выдерживать тепло с более высоким соотношением свинца и электролита.

Типы автомобильных аккумуляторов для холодной погоды

Свинцово-кислотные

Когда-то свинцово-кислотные аккумуляторы были нормой. На них ездили все автомобили, и их обслуживание было частью рутинной работы автовладельца. В аккумуляторах используются жидкие электролиты, поэтому их иногда называют аккумуляторами с жидкими элементами.Они протекают и разливаются чаще, особенно когда этого не следует делать. Они дешевле, чем батареи AGM, и имеют относительно долгий срок службы, особенно при правильном обслуживании.

AGM

Аккумуляторы с абсорбированным стеклом (AGM) не нуждаются в активной жидкости для выработки электричества. Это устраняет риск проливания и утечки, которые поражают влажные батареи. Аккумуляторы AGM выдерживают повторяющиеся циклы разряда и зарядки лучше, чем мокрые аккумуляторы. Они также не требуют обслуживания.

Ведущие бренды

Optima

Последние 40 лет Optima Batteries является ведущей инновационной компанией в области автомобильных аккумуляторов.Компания представила первую необслуживаемую кислотную батарею еще в 1970-х годах. За ним последовали первые в своем роде высокопроизводительные автомобильные аккумуляторы AGM. Компания также производит аккумуляторы Optima 8016-103 D34M BlueTop для лодок и домов на колесах, а также аккумуляторы Optima 8014-045.

Odyssey

EnerSys Energy Products Inc. — компания, производящая батареи Odyssey. Обладая 100-летним опытом, компания работает на двух производственных предприятиях в Варренсбурге, штат Миссури.и Ньюпорт, Уэльс. Он имеет офисы продаж и обслуживания в 17 странах по всему миру. Лучшие варианты аккумуляторов включают Odyssey PC625 Powersports Battery, Odyssey PC925 Automotive и LTV Battery.

ACDelco

Компания ACDelco существует с 1908 года, когда была основана компания GM. На протяжении многих лет инновации и технологии компании помогли женщине облететь мир и отправить мужчину на Луну. Компания производит ACDelco 94RAGM Professional AGM и ACDelco 48AGM Professional AGM Automotive BCI.

Автомобильный аккумулятор для холодной погоды Цена

• Менее 200 долларов: Аккумуляторы, которые продаются до 200 долларов, различаются как функциями, так и сроком службы. Вы можете найти хороший аккумулятор с разумной производительностью, но его пусковая мощность будет ограничена. Аккумуляторы в этом ценовом диапазоне не будут иметь приличной или даже умеренной резервной емкости, чтобы автомобиль продолжал работать надолго.
• Более 200 долларов: Вложив эту сумму денег в аккумулятор, вы получите аккумулятор с высокой пусковой мощностью.Батареи этой ценовой категории обладают большой резервной емкостью, не требуют обслуживания и надежны в дороге в суровые холода. Они также прочные и имеют хорошую гарантию.

Основные характеристики

Долговечность

Мы уже установили, что холодная погода — это проклятие аккумуляторов. Таким образом, вам не только нужен высокопроизводительный автомобильный аккумулятор на зимние месяцы, но он также должен выдерживать интенсивные нагрузки, не требует особого обслуживания и частой замены.Всегда покупайте новую батарею, которой меньше шести месяцев с даты изготовления. Даже самый лучший автомобильный аккумулятор для зимы потеряет свою мощность и производительность, если он будет старше шести месяцев.

Резервная мощность

Когда генератор в вашем автомобиле выходит из строя, вам по-прежнему нужен аккумулятор, чтобы поддерживать различные функции автомобиля. Вот здесь и пригодится резервная мощность. Батарея, вырабатывающая 25 ампер при 80 градусах в течение длительного периода времени, считается обладающей высокой резервной емкостью.

Ток холодного пуска

Ток холодного пуска, или CCA, является важной характеристикой любой батареи для холодной погоды. Когда температура упадет до 0 градусов, вы захотите, чтобы батарея по-прежнему вырабатывала достаточно энергии для запуска автомобиля. Рейтинг CCA относится к количеству ампер, которое батарея предлагает при такой низкой температуре. Естественно, вам понадобится аккумулятор с высоким CCA, чтобы вы могли запустить двигатель, даже если на улице холодно.

Прочие соображения

• Не требует обслуживания: Когда вы используете влажную батарею, вам придется время от времени наполнять ее водой.Это часть обслуживания. Если вы относитесь к тому типу людей, которые любят устанавливать аккумулятор и забывать о нем, вам следует подумать о покупке необслуживаемого аккумулятора.
• ампер-часов: ампер-часы используются для измерения резервной емкости аккумулятора. Они относятся к заряду энергии, необходимому для того, чтобы батарея вырабатывала один ампер в течение одного часа. Опять же, чем выше, тем лучше. Батарея с более высоким значением ампер-часов означает, что она может поддерживать работу автомобиля и всей электроники на приборной панели в течение длительного времени, прежде чем вам понадобится ее подзарядить.

Лучший автомобильный аккумулятор для холодной погоды Обзоры и рекомендации 2020

Советы

• Чтобы избежать проблем с установкой аккумулятора в автомобиль, убедитесь, что вы получаете правильный размер при заказе.
• Аккумуляторы для холодной погоды обычно имеют маркировку «N» или «Север» на этикетке. Батарейки с маркировкой «S» или «South» предназначены для жаркого климата.
• Лучшая зимняя батарея — это аккумулятор с высоким током холодного пуска (CCA) и умеренным значением ампер-часов.
• Если аккумулятор не используется в течение длительного времени (например, несезонное хранение), он саморазрядится. Подумайте о покупке зарядного устройства.

Часто задаваемые вопросы

В: Когда пора заменить аккумулятор?

A: Вы можете сказать, что пора заменить батарею, когда запуск двигателя замедляется или если вы продолжаете запускать его безрезультатно. Если батарея издает неприятный запах, это тоже хороший знак, что вам необходимо ее заменить.

В. Почему мой аккумулятор выглядит раздутым?

A: При длительном перегреве аккумулятора корпус может вздуться.Если вы заметили вздутие аккумулятора, вам следует проверить его.

Q: Что такое свежий аккумулятор?

A: Свежая батарея — это батарея, произведенная в течение последних шести месяцев. Если дата изготовления старше указанной, значит, оно ни свежее, ни новое.

В: Сколько ампер холодного пуска должна иметь батарея?

A: В среднем аккумулятор на 650 CCA хорош для холодного климата. Аккумулятор на 800 ампер холодного пуска гарантирует, что вы заведете автомобиль в любую погоду.

Последние мысли

Наш лучший выбор для лучшего автомобильного аккумулятора для холодной погоды — это Optima Batteries 8002-002 34 Red Top. Его 800 CCA и резервной мощности 50 ампер достаточно для запуска и питания вашего автомобиля независимо от погодных условий.

В качестве лучшего бюджетного автомобильного аккумулятора , мы выбрали Odyssey PC680 Battery. Доступная цена, а также двойная функциональность и компактный дизайн делают его идеальным выбором для многих автомобилей.

Почему автомобильные аккумуляторы плохо работают в холодную погоду

Запуск автомобиля холодным зимним утром может быть неприятным, если вы не проявили инициативу накануне вечером.Когда не удается запустить двигатель, часто это связано с аккумулятором. Почему аккумулятор более чувствителен, чем другие процессы в автомобиле? Ответ заключается в способности батареи преобразовывать химическую энергию в электрическую с минимальным выделением тепла и относительно небольшом количестве тепловой энергии, доступной при низких температурах.

Начало работы

Я помню одну осень несколько лет назад, когда я купил новую машину. Следующая зима была одной из самых холодных за несколько лет.В течение двух недель градусник в саду показывал температуру ниже -10 ° C (14 ° F).

Однажды февральским утром, во время лыжных каникул в горах Швеции, я вышел на подъездную дорожку к коттеджу, чтобы завести машину, надеясь обеспечить приятную и комфортную короткую поездку для семьи по пути к подъемнику. Включив зажигание, машина еле завелась. Автомобиль издал звук, показывающий, что шесть цилиндров работали не так гладко, как обычно. Прошла почти минута, прежде чем двигатель заработал должным образом.Поскольку машина была новой, меня это насторожило. Очень медленно ЖК-дисплей между спидометром и тахометром ожил, показывая -35 ° C (-31 ° F). Сегодня утром не кататься на лыжах!

Как инженер-электрохимик, мои мысли переместились от катания на склонах к старой доброй технологии свинцово-кислотных аккумуляторов, которая в то время могла обеспечивать пиковый ток для запуска стартера и запуска двигателя при первом коротком повороте двигателя. ключ.

Эта проблема не ограничивается только батареями — двигатель внутреннего сгорания также сталкивается с проблемами при экстремально низких температурах.Смазочное масло становится гуще, реакции сгорания становятся вялыми, и конденсат может замерзнуть в критических частях топливной системы. Моя машина, однако, завелась. Любой электромобиль, не подключенный к электросети такой холодной ночью, вероятно, вообще не завелся бы.

В чем причина такой разницы? Ответ находится в способе преобразования химической энергии в механическую:

• Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию, хранящуюся в топливе, в тепло, которое затем преобразуется в механическую энергию.
• Двигатель электромобиля преобразует химическую энергию батареи в электрическую, которая затем преобразуется в механическую энергию электродвигателем. Он выделяет очень небольшое количество тепла по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.

Преобразование тепловой энергии в механическую энергию в двигателе внутреннего сгорания дает много тепла с первого такта, чтобы быстро нагреть двигатель, позволяя автомобилю почти мгновенно тронуться с места. Тем не менее, медленное тепловыделение, которое происходит при экстремальных температурах в электромобиле, не дает того же ощущения.Процитирую Леса Гроссмана: «Это физика, это неизбежно».

Обратите внимание, что эффективность преобразования химической энергии в механическую в электромобиле намного выше, поскольку потери в батарее и в электродвигателе относительно невелики.

Помимо вопросов эффективности и тепловыделения — и прежде, чем мы обсудим аккумулятор, — давайте сравним процессы, которые могут вызвать трудности в холодную погоду в электрических и обычных автомобилях.

Сравнение процессов на транспортных средствах

Начнем с электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания.Можно представить, что электродвигатель меньше подвержен воздействию низких температур по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. У него меньше движущихся частей, и, поскольку движущиеся части в основном разделены воздушными зазорами, он должен требовать меньше смазки и быть менее чувствительным к низким температурам.

Трансмиссия электромобиля также менее сложна, чем трансмиссия вагона внутреннего сгорания, поскольку электродвигатель может работать в широком диапазоне нагрузок с отличным крутящим моментом.Кроме того, электромобиль может иметь несколько двигателей (например, один спереди и один сзади) и, таким образом, не использовать большую часть трансмиссии, необходимую для работы с полным приводом. Это означает, что электромобиль не требует сложной коробки передач, которую нужно смазывать. Следовательно, электромобиль должен быть менее чувствителен к температуре и по этим причинам.

Наконец, электромобиль не требует сложной топливной системы с насосами, клапанами, датчиками, форсунками и т. Д.Это также должно сделать его менее чувствительным к низким температурам по сравнению с обычным автомобилем, с меньшим количеством компонентов, которым препятствует нарастание льда.

Как и ожидалось, плохо работает при низких температурах именно аккумулятор. Фактически, влияние низких температур на работу батарей можно наблюдать в самых разных приложениях, от военной техники и космических приложений до сотовых телефонов и клавиатур домашней сигнализации. Этот компонент, очевидно, менее важен в двигателе внутреннего сгорания, которому для запуска двигателя требуется только короткий пиковый ток.Сравните это с электромобилем, которому требуется постоянный ток. Поэтому давайте более внимательно рассмотрим характеристики батареи и то, как на нее влияет температура.

Температурно-зависимые свойства батареи

Батарея состоит из двух пористых электродов: положительного и отрицательного. Материал электронно-проводящего электрода состоит из упакованных частиц электродного материала. Пустота между этими частицами создает пористость электродов (см. Рисунок ниже).

Два электрода разделены электролитом. Кроме того, оба пористых электрода содержат поровый электролит в пустоте между частицами твердого материала электрода. На рисунке ниже показан процесс разряда батареи с сильно преувеличенным размером частиц.

Потери в батарее при данном состоянии заряда показаны на следующем рисунке, на котором показаны вольт-амперные кривые для положительного (красный) и отрицательного электродов (синий) с рабочей точкой, заданной i ₁ и -i ₁ на соответствующем электроде.Можно предположить, что потенциалы положительного и отрицательного электрода измеряются с помощью электрода сравнения в середине электролита (см. 0}} \ right)

, где E — напряжение элемента, {\ Delta S} — изменение энтропии реакции батареи, z — количество перенесенных электронов, а F — постоянная Фарадея.Это означает, что для батареи с чистой реакцией разряда с положительным изменением энтропии ({\ Delta S}) напряжение элемента увеличивается с температурой. Для батареи с отрицательным изменением энтропии напряжение ячейки уменьшается с увеличением температуры.

Большинство литий-ионных аккумуляторов, используемых в современных электромобилях, имеют слегка отрицательное или очень небольшое изменение энтропии, что означает, что напряжение разомкнутой ячейки немного увеличивается при понижении температуры. Одно это фактически улучшило бы производительность при более низких температурах.Однако изменение напряжения открытого элемента в зависимости от температуры относительно невелико по сравнению с другими параметрами, около 0-0,4 мВ / К, что составляет менее 30 мВ в диапазоне очень низких температур (-35 ° C, -31 ° C). ° F) до комнатной температуры. Таким образом, мы можем исключить термодинамику чистой реакции разряда как причину плохой работы при низких температурах.

Физические свойства электролита и электродов

Физические свойства электролита имеют большое влияние на производительность аккумулятора.Температура влияет на проводимость и коэффициенты диффузии в электролите, тем самым также влияя на эффективную проводимость и коэффициенты диффузии в порах электролита.

Электропроводность электролита может увеличиваться на один или несколько порядков от очень низких температур (-35 ° C, -31 ° F) до комнатной температуры. Если построить график зависимости логарифма электропроводности электролита от 1/ T , мы получим линейную зависимость, как показано на рисунке ниже. Этот рисунок иллюстрирует низкую проводимость при низких температурах и ее экспоненциальный рост при переходе к более высоким температурам.

Следовательно, омические потери (резистивные потери) в электролите батареи увеличиваются с понижением температуры, что приводит к более низкому напряжению элемента при заданном токе при более низких температурах. Кроме того, плохая проводимость электролита приводит к менее равномерному распределению плотности тока в пористых электродах, что, в свою очередь, снижает емкость батареи. Емкость определяется как количество ампер-часов, которое можно снять с аккумулятора до того, как напряжение резко упадет.При более низких температурах емкость есть, но низкая проводимость и последующее неравномерное распределение плотности тока делают ее недоступной до тех пор, пока батарея не нагреется.

Кроме того, коэффициент диффузии химических веществ в электролите, которые жизненно важны для питания электрохимических реакций, снижается в той же степени, что и проводимость электролита. Пониженная диффузионная способность увеличивает перенапряжение концентрации, что снижает напряжение ячейки. Пониженный коэффициент диффузии также снижает емкость батареи, поскольку большая часть частиц в электродах батареи недоступна из-за ограничений массопереноса.

Обратите внимание, что электролитическая проводимость и коэффициент диффузии связаны с подвижностью (см. Соотношение Нернста-Эйнштейна).

Физическое объяснение пониженной подвижности состоит в том, что в электролите доступно меньше тепловой энергии, что затрудняет преодоление ионами и молекулами их взаимного взаимодействия или «трения». Подвижность электролитов как функция температуры описывается уравнением Аррениуса, где энергия активации ( E _a на рисунке выше) представляет собой энергию, необходимую молекулам, чтобы преодолеть их взаимодействие с соседними молекулами и перемещаться в пространстве. электролит.

Материал твердого электрода обычно имеет проводимость на несколько порядков больше, чем проводимость порового электролита. Изменение проводимости твердого материала в зависимости от температуры обычно незначительно для производительности батареи. Однако в некоторых батареях перезарядка может быть проблематичной при низких температурах, поскольку это может привести к образованию дендритов, разрушающих батарею.

Кинетика электродов

Последним большим вкладом в плохую работу батарей при низких температурах является вялая кинетика анодных и катодных реакций, что приводит к увеличению перенапряжения активации.Физическое объяснение медленной кинетики электрода состоит в том, что энергию активации становится труднее преодолеть из-за меньшего количества тепловой энергии, доступной в системе при низких температурах.

На рисунке ниже показано общее влияние на производительность батареи из-за повышенных потерь активации, омических потерь и потерь при транспортировке массы. Мы можем видеть, как увеличенное общее перенапряжение на двух электродах приводит к снижению напряжения ячейки при заданном токе и состоянии заряда.

Эти кривые происходят из уравнений Аррениуса для подвижности и кинетики электродов на электродах, которые для обратимых электрохимических реакций приводят к соответствующим выражениям Батлера-Фольмера.

Управление температурой

Современные аккумуляторные системы в электромобилях оснащены передовыми системами терморегулирования. Эти системы способны охлаждать аккумулятор, когда он работает при высоких нагрузках, и нагревать его, когда он подключен к сети, холодными зимними ночами.

Система терморегулирования поддерживает оптимальный диапазон рабочих температур аккумулятора (см. Рисунок выше). Обратите внимание, что график относится к рабочей температуре аккумулятора, а не к температуре окружающей среды. Система терморегулирования также снижает риск теплового разгона литий-ионных аккумуляторных батарей.

Нагрев батареи при низких температурах также означает, что эффективность и запас хода электродвигателя снижаются, поскольку часть электроэнергии или регенеративной мощности должна преобразовываться в тепло, чтобы поддерживать работу батареи в оптимальном диапазоне.Кроме того, часть этой мощности также может использоваться для обогрева кабины, что также снижает эффективность и дальность полета автомобиля.

На рисунке выше показаны результаты для модели литий-ионной аккумуляторной батареи для автомобильного применения, оснащенной каналами охлаждения и нагрева. Такие модели широко используются при проектировании системы терморегулирования аккумуляторной батареи.

Заключительные мысли

Неспособность электромобилей быстро и самопроизвольно нагревать свои батареи после чрезвычайно холодных зимних ночей объясняется высоким КПД электродвигателя и тем фактом, что он не требует выработки тепловой энергии для преобразования в механическую работу.Поэтому электромобиль всегда следует подключать к сети в ночное время перед лыжными поездками, такими как моя, чтобы температура батареи поддерживалась в разумном температурном диапазоне.

Если следовать этим инструкциям, ваш электромобиль легко заведется — даже в горах Швеции. Фактически, на большинстве внешних парковок на севере (таких как Аляска, Канада, Швеция и Норвегия) есть электрические розетки, а большинство обычных автомобилей также оснащены обогревателями двигателя. Вы не хотите рисковать при таких температурах, даже с двигателями внутреннего сгорания.

Если вы забудете включить машину во время лыжного отпуска, у вас может возникнуть соблазн вернуться в комфортабельный коттедж и, возможно, подумать о Сванте Аррениусе, шведском ученом, который разработал первое количественное описание температурной зависимости скорости химических реакций и транспорта. характеристики.

Литий-ионные батареи в разобранном виде: почему они ужасны на морозе

По сути, наступление эры электромобилей уже наступило, и, несмотря на массовый рост продаж электромобилей, мы все еще используем аккумуляторные технологии, мало чем отличающиеся от той, которую открыл Алессандро Вольта около 220 лет назад.

Как и homo sapiens, современный аккумулятор может работать на 100 процентов при умеренных температурах, в основном около 20 градусов по Цельсию (68 по Фаренгейту). Между прочим, люди, используемые в качестве батарей во вселенной Матрицы, были не просто сюжетной уловкой, на самом деле за этим стоит некоторая наука.

Если температура окружающей среды батареи, которая работает максимально эффективно при 20 градусах Цельсия, повышается до 30 градусов, ее эффективность работы снижается примерно на 20 процентов. Если он постоянно заряжается и перезаряжается при 45 градусах Цельсия (113 F), потеря производительности может возрасти до колоссальных 50 процентов. Однако имейте в виду, что эти цифры не обязательно означают потерянный запас хода электромобиля.

При этом транспортные средства с батарейным питанием не существуют в пустоте, и на их температуру может влиять широкий спектр внешних и даже внутренних факторов, поэтому некоторые, но не все современные автопроизводители имеют интегрированные системы управления температурой. на своих электромобилях.Несмотря на то, что эти системы потребляют изрядную долю энергии, эти системы помогают регулировать температуру аккумуляторов, чтобы одновременно оптимизировать их долгосрочную емкость и краткосрочную производительность.

К сожалению, даже этих систем управления недостаточно, когда внешняя температура резко падает, поэтому аккумуляторы, которые в суровые зимы становятся слишком частыми, почти неотделимы от всех современных электромобилей и любых других устройств с батарейным питанием.

Что ж, литий-ионные батареи, которые составляют сегодня большинство источников питания электромобилей в дороге, тоже не очень любят работать при экстремальных температурах, и тем более в мороз.С другой стороны, они работают намного лучше, чем свинцово-кислотные или никель-металлгидридные аккумуляторы старой школы, но проблема все еще существует, и ни один крупный производитель автомобилей не отклонился от предложения почти такого же типа несовершенной технологии. После этой разорвавшейся бомбы нам, вероятно, следует погрузиться в технические детали. Магическая химия за кулисами