Аккумулятор в автомобиле хорошо себя чувствует, а значит и дольше служит только в случае, если при эксплуатации его заряженность близка к полной. В среднем же статистика свидетельствует о явном «недомогании» аккумулятора в течении достаточно большого промежутка времени: 80% времени аккумулятор заряжен на 75-100%, 15% времени — в пределах 50-75% и 5% времени — менее 50%. Особенно плохо дело обстоит зимой при кратковременных городских поездках, когда, несмотря на наличие мощного генератора, расход электроэнергии многочисленными потребителями полностью не восполняется. При отключенных потребителях электропитания зарядка автомобильного аккумулятора начинается при частоте вращения коленчатого вала 700-900 об/мин. Если потребители берут ток 10А (габаритные огни и вентилятор отопителя), то для обеспечения зарядки требуется 1500 об/мин. Причины снижения заряженности аккумулятора при эксплуатации хорошо известны. Это и бесконтрольное использование потребителей энергии, и невнимание к натяжению ремня привода генератора, и банальная забывчивость: как часто видишь на стоянке автомобиль с включенными габаритными огнями. Когда автомобилю предстоит длительная стоянка, аккумулятор лучше всего отключить: снять с минусовой клеммы наконечник или отключить массу с помощью выключателя (при наличии такового). Это предотвращает утечку тока через влагу и грязь на клеммах, через поврежденную изоляцию или диоды выпрямителя. На стоянке происходит и саморазряд аккумулятора, который тем сильней, чем выше температура окружающего воздуха. При плюсовой температуре стоящую без работы аккумуляторную батарею нужно подзаряжать ежемесячно. При морозе же саморазряд идет очень медленно и аккумулятор может простоять без подзарядки всю зиму.
О степени разряженности аккумулятора , а также о его общем состоянии можно судить по плотности электролита. Степень разряженности аккумулятора можно определить не только по плотности электролита, но и измерением ЭДС (электродвижущей силы) с помощью тестера или точного вольтметра. При обнаружении недозаряда, если в ближайшее время не предвидится дальних поездок, необходимо снять аккумулятор и дозарядить её любым током, численно не превышающем 0,1 номинальной емкости (до тех пор, пока не начнется газовыделение) В литературе можно встретить термин «перезаряд». Под этим понимают обычно не само состояние аккумулятора (перезарядить аккумуляторную батарею просто невозможно!), а процесс зарядки полностью заряженного аккумулятора достаточно большим током, который имеет место при напряжении на клеммах батареи более 14,5 В. Может случиться и так (это бывает чаще всего после длительного бездействия аккумуляторной батареи), что плотность электролита в разных банках аккумулятора различается более чем на 0,02г/см3. |
|
, а при 20А (дальний свет фар или противотуманные фонари, вентилятор отопителя и стеклоочиститель) уже все 2500 об/мин.
Так что уносить на зиму аккумуляторную батарею в теплую квартиру не только нецелесообразно, но даже вредно. Но здесь тоже нужно оговориться: старый аккумулятор (свыше 3-х лет) сам по себе уже склонен к саморазряду. За зиму он может так разрядиться, что электролит в банках замерзнет и разорвет их. Поэтому зимой рекомендуется 2-3 раза проверить плотность электролита, имея в виду что замерзание происходит при температуре, приведенной в таблице ниже:
В новом, полностью заряженном аккумуляторе плотность электролита при температуре +15о должна составлять 1,26-1,28г/см3 (допускается в пределах от 1,23 до 1,31г/см3). Начальная плотность электролита устанавливается в зависимости от климатической зоны. Но измерять начальную плотность нужно не у заливаемого электролита, а после полной дозарядки. Первый раз это необходимо сделать очень тщательно, не забывая вносить поправку на температуру электролита (0,01г/см3 на каждые 15оС). Полученное исходное значение плотности лучше записать: в будущем оно может пригодиться. Когда аккумуляторная батарея разряжается, её плотность падает: в батарее, разряженной на 25%, плотность уменьшается на 0,04г/см3, а разряженной на 50% — на 0,08г/см3, и т.д.
Делается это следующим образом: аккумуляторную батарею отключают от бортовой сети автомобиля и дают ей «отдохнуть» по крайней мере 1 ч, потом измеряют ЭДС. У полностью заряженного аккумулятора при +15-20оС ЭДС=12,72 В, у заряженной на 75% — 12,54 В, на 50% — 12,30 В и на 25% — 12,00 В.
В этом случае необходимо провести уравнительный заряд током 1,5-2 А Если разность плотности остается больше 0,02г/см3, это свидетельствует о неисправности банки с меньшей плотностью.
устройство заднего моста ВАЗ 2101-2107Почему зимой АКБ работает хуже? Подготовка аккумулятора на зиму. | АКБ-сервис
Проблема подготовки аккумулятора на зиму знакома автомобилистам — зимой аккумулятор слабее и медленнее крутит стартер и быстро разряжается. Это связано с тем, что зимой нагрузка на аккумулятор возрастает, а характеристики аккумулятора резко ухудшаются в связи с понижением температуры эксплуатации.
Рассмотрим влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов:
- внутреннее сопротивление
- напряжение
- емкость
- отдача
1. Внутреннее сопротивление аккумулятора
Внутреннее сопротивление складывается из сопротивления материала пластин, активного поверхностного слоя пластин, сепараторов, и сопротивления электролита, которое сильно зависит от температуры, снижение подвижности ионов и увеличение вязкости электролита повышают внутреннее сопротивление.
При температуре от -30°C до -40°C снижается скорость диффузии ионов электролита, проводимость активного слоя падает в восемь раз, проводимость сепараторов в четыре раза.
Основными свойствами электролита являются плотность, температура замерзания, вязкость и удельное сопротивление.
Плотность электролита находится линейной зависимости от температуры в диапазоне от 20 С до – 30 С и может определяться по формуле 1.28 + (Т-20)Х0.007
В диапазоне от 0°C до -30°C при падении температуры на 1°C:
— вязкость увеличивается на 16%
— удельное сопротивление увеличивается на 15%
— емкость аккумулятора падает на 4%
Внутреннее сопротивление также увеличивается при разряде большими токами как результат уменьшения плотности электролита в порах активной массы и около электродов.
Зависимость удельного сопротивления электролита плотностью 1,30 г/см3 от температуры:
| Температура, °С | Удельное сопротивление электролита Ом·см |
| + 40 | 0,89 |
| + 25 | 1,28 |
| + 18 | 1,46 |
| 0 | 1,92 |
| – 18 | 2,39 |
Соответственно, с падением температуры аккумулятора снижается максимальный отдаваемый батареей ток.
Как видно из вышеприведенных данных, с понижением температуры электролита с +40°С до -18°С удельное сопротивление возрастает в 2,7 раза.
2. Напряжение на клеммах АКБ
Напряжение на клеммах аккумулятора является разницей значения электродвижущей силы (ЭДС) и падением напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора, которое значительно зависит от температуры, плотности электролита и потребляемого тока.
Напряжение заряда при 20°С составляет 13,8 В, при снижении температуры должно увеличиваться на 0,003 В/град, что составляет при О°С дополнительно 0,6В (14,4В) и при -20°С дополнительно 1,2В (15В).
Зимой АКБ страдают от недозаряда, особенно при коротких поездках.
Напряжение на клеммах АКБ 12,72 В говорит о 100% заряде.
12,24 В — заряде 50%,
11,76 В соответствует полностью разряженному аккумулятору.
При частичном заряде падает плотность электролита и повышается вероятность его замерзания и разрушения батарей.
Электролит плотностью 1,28 замерзает при -65°C, плотностью 1.
20 при -20°C, плотностью 1.10 при – 7 °C.
3. Емкость аккумулятора
Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при заданном режиме разряда, температуре и конечном напряжении. Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле C=Ip*tp, где С – емкость, а·ч;
Ip – сила разрядного тока, а;
tp – время разряда, ч.
Снижение емкости аккумулятора при понижении температуры вызвано повышением вязкости электролита и замедлением диффузии электролита в поры активной массы, внутренние слои которой не участвуют в реакции разряда.
4. Отдача по емкости
Отдача по емкости — отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях. Отдача по емкости зависит от полноты заряда, который падает с падением температуры электролита.
Выводы
Все вышесказанное объясняет значительное влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов. В холодное время, разряженный после неудачного запуска двигателя и оставленный в машине почти новый аккумулятор, может быть испорчен в результате замерзания электролита.
Если рассматривать практический пример, то мы наблюдали падение емкости АКБ с 80 A/ч до 12 А/ч при температуре -18°C и токе разряда 240А.
Пути снижения влияния холода на характеристики АКБ:
1. Утепление подкапотного пространства
2. Если автомобиль хранится в гараже, то можно подсоединить к аккумулятору коннекторы постоянного подключения и соединять его с зарядным устройством, в котором есть буферный режим — данные зарядные устройства имеют режим хранения и не требуют отключения от акб после окончания процесса зарядки акб.
3. С периодичностью раз в неделю/месяц (в зависимости от состояния акб и температуры эксплуатации) подзаряжать аккумулятор зарядным устройством.
4. Обязательно менять масло в двигателе на зимнее — это позволит не только снизить нагрузку на акб в момент старта двигателя, но и значительно увеличит срок его службы.
Подготовьте аккумуляторы к зиме — индустрия полей для гольфа
18 ноября 2015 г.
Залитые свинцово-кислотные аккумуляторы, используемые в автомобилях для гольфа, имеют скорость заряда и разряда, которая сильно зависит от температуры. В то время как более теплый климат, как правило, увеличивает скорость зарядки и разрядки, холодные зимние месяцы могут замедлить скорость зарядки/разрядки. В дополнение к влиянию на скорость более низкие температуры также несут риск замерзания электролита, если аккумулятор не хранится должным образом.
Одной из самых распространенных ошибок в зимние месяцы является хранение аккумуляторов гольф-кара в разряженном состоянии. Разряженная батарея при экстремально низких температурах позволяет электролиту замерзнуть, что приведет к его расширению.
Расширение электролита может привести к растрескиванию корпуса батареи, что приведет к утечке или полному выходу батареи из строя. Полностью заряженный аккумулятор имеет температуру замерзания около -80 °F, а разряженный аккумулятор имеет температуру замерзания около 20 °F. Поддерживая батарею полностью заряженной в зимние месяцы, электролит с меньшей вероятностью замерзнет и вызовет неожиданные сбои.
С учетом сказанного, не ждите, что зарядите свои батареи и вернетесь весной, ожидая, что все будет хорошо. В тех случаях, когда весь парк автомобилей для гольфа хранится зимой, важно постоянно проверять состояние заряда аккумулятора, измеряя удельный вес. Как и скорость зарядки, температура также влияет на ваши показания, поэтому важно добавить поправочный коэффициент, который зависит от температуры электролита. Оптимальная температура для снятия показаний ареометра составляет 80 ° F (27 ° C). Как правило, вычитайте четыре пункта (0,004) из показаний ареометра на каждые 10 градусов ниже 80 °F (5,6 градусов ниже 27 °C).
Температура также влияет на скорость зарядки и разрядки. Холодная батарея будет заряжаться и саморазряжаться медленнее, чем теплая, но ее емкость будет меньше. Это особенно верно для тех парков автомобилей для гольфа, которые могут работать при более низких температурах в зимние месяцы. Хотя эти автопарки могут не испытывать отрицательных температур, холодная температура увеличивает сопротивление химического состава батареи и вызывает снижение емкости батареи.
Общее эмпирическое правило для емкости: каждые 15-20 градусов ниже 80 °F батарея теряет 10% своей емкости.
Возможность проверки удельного веса залитых свинцово-кислотных аккумуляторов является преимуществом при эксплуатации в холодную погоду. Это позволяет оператору полностью понять влияние низкой температуры на аккумуляторы и обеспечивает их надлежащее обслуживание. В то время как обратная сторона хранения или эксплуатации аккумуляторов для гольф-мобилей зимой требует регулярных проверок удельного веса, есть один положительный аспект, заключающийся в том, что более низкие температуры также снижают скорость саморазряда. В конечном счете, время, потраченное на проверку состояния заряда аккумуляторов вашего автопарка, в конечном итоге будет более рентабельным, чем необходимость замены одного или нескольких поврежденных аккумуляторов.
Об авторе
Фред Вемейер, старший вице-президент/инженер в U.S. Battery Manufacturing. Посетите веб-сайт usbattery.
- Трун выбран для управления 36-луночным заводом в Шарлотте
- Уроки #BlockParty
- GCSAA запускает инициативу по решению проблемы нехватки рабочей силы в отрасли
- Synergy at Southward Ho
- GCSAA назначает представителя полевого персонала Юго-Восточного региона
- Troon будет управлять полем для гольфа Highland Park
- Пальма прогресс
- Обсуждение болезни: Защита больших инвестиций
Поделиться этим контентом
Хорошо проведенное время в Стране Длинного Белого Облака
Курс, разработанный Дэвидом Маклеем Киддом, открывается в Португалии
SePRO нанимает Марка Снайдера в качестве технического специалиста
Юго-восточное трио награждено за усилия по защите интересов
Чудесные женщины гольфа 24: Дотти Пеппер
Участники программы Nufarm EXCEL Leadership Program принимают участие в мероприятиях Национального дня гольфа
Электролиты, изготовленные из сжиженного газа, позволяют батареям работать при сверхнизких температурах
Новые электролиты, изготовленные из сжиженного газа, позволяют литиевым батареям и электрохимическим конденсаторам работать при чрезвычайно низких температурах.
Фотографии Дэвида Байо / Калифорнийского университета в Сан-Диего, Школа инженерии Джейкобса
Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали прорыв в химии электролитов, который позволяет литиевым батареям работать при температурах до -60 градусов Цельсия с превосходными характеристиками — для сравнения, современные литий-ионные батареи перестают работать при -20 градусах Цельсия. . Новые электролиты также позволяют электрохимическим конденсаторам работать при температуре до -80 градусов по Цельсию — их текущий нижний температурный предел составляет -40 градусов по Цельсию. Хотя эта технология позволяет работать при экстремально низких температурах, при комнатной температуре сохраняется высокая производительность. Новый химический состав электролита может также увеличить плотность энергии и повысить безопасность литиевых батарей и электрохимических конденсаторов.
Работа будет опубликована онлайн в журнале Science в четверг, 15 июня 2017 г. Бостон.
Эта технология также может быть использована для питания кораблей в условиях сильного холода, таких как беспилотные летательные аппараты Wi-Fi и метеозонды, спутники, межпланетные вездеходы и другие аэрокосмические приложения.
Батареи и электрохимические конденсаторы, разработанные исследователями, особенно морозоустойчивы, потому что их электролиты сделаны из сжиженных газов-растворителей — газов, которые сжижаются при умеренном давлении — которые гораздо более устойчивы к замерзанию, чем стандартные жидкие электролиты. Электролит нового литиевого аккумулятора был изготовлен с использованием сжиженного фторметанового газа. Электрохимический электролит конденсатора изготавливали с использованием сжиженного газа дифторметана.
«Глубокая декарбонизация зависит от прорывов в технологиях хранения энергии. Для производства электромобилей с улучшенным соотношением производительности и стоимости необходимы более качественные батареи. И как только диапазон температур для аккумуляторов, ультраконденсаторов и их гибридов будет расширен, эти электрохимические технологии накопления энергии могут быть приняты на многих других развивающихся рынках.
Эта работа показывает многообещающий путь, и я думаю, что успех этого нетрадиционного подхода может вдохновить больше ученых и исследователей на изучение неизвестных территорий в этой области исследований», — сказала Ширли Менг, профессор наноинженерии в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. старший автор исследования. Мэн возглавляет Лабораторию хранения и преобразования энергии и является директором Центра устойчивой энергетики и энергетики в Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Слева направо: Янгуйчен Ян и Сайрус Растомджи являются частью команды Калифорнийского университета в Сан-Диего, разработавшей холодостойкие электролиты.
«Принято считать, что электролит является основным узким местом для повышения производительности устройств хранения энергии следующего поколения», — сказал Сайрус Растомджи, исследователь с докторской степенью в группе Мэн и первый автор исследования. «Жидкие электролиты были тщательно исследованы, и сейчас многие обращают внимание на твердотельные электролиты.
Мы выбрали противоположный, хотя и рискованный, подход и исследовали использование электролитов на газовой основе».
Исследователи Калифорнийского университета в Сан-Диего первыми исследовали электролиты на газовой основе для электрохимических накопителей энергии.
В будущем эта технология может быть использована для питания космических кораблей для межпланетных исследований. «Марсоходы имеют низкотемпературные характеристики, которым не соответствует большинство существующих аккумуляторов. Наша новая аккумуляторная технология может соответствовать этим требованиям без добавления дорогих и тяжелых нагревательных элементов», — сказал Рустомжи.
Работая над этим проектом, команда Калифорнийского университета в Сан-Диего осознала, что газы обладают свойством, позволяющим им особенно хорошо работать при температурах, при которых замерзают обычные жидкие электролиты, — низкой вязкостью. «Низкая вязкость приводит к высокой подвижности ионов, что означает высокую проводимость батареи или конденсатора даже в условиях сильного холода», — сказал Рустомджи.
Команда изучила ряд потенциальных газов-кандидатов, но сосредоточилась на двух новых электролитах: один на основе сжиженного фторметана (для литиевых батарей), а другой на основе сжиженного дифторметана (для электрохимических конденсаторов).
В дополнение к своим исключительным характеристикам при низких температурах эти электролиты обеспечивают уникальное преимущество в плане безопасности. Они смягчают проблему, называемую тепловым разгоном, когда батарея нагревается достаточно, чтобы вызвать опасную цепочку химических реакций, которые, в свою очередь, еще больше нагревают батарею. С этими новыми электролитами батарея не сможет самонагреться при температурах намного выше комнатной. Это связано с тем, что при высоких температурах эти электролиты теряют способность растворять соли, поэтому батарея теряет проводимость и перестает работать.
«Это естественный механизм отключения, который предотвращает перегрев батареи», — сказал Рустомджи. Еще одна приятная особенность, отметил он, заключается в том, что этот механизм является обратимым.
«Как только батарея становится слишком горячей, она отключается. Но когда он остынет, он снова начнет работать. Это необычно для обычных аккумуляторов».
Кроме того, Рустомджи сказал, что в более тяжелых условиях, таких как автомобильная авария, когда батарея раздавлена и закорочена, газ электролита может выйти из элемента и, из-за отсутствия проводимости электролита, предотвратить реакцию теплового разгона, которая могла бы в противном случае трудно избежать с обычными жидкими электролитами.
Совместимый электролит для литий-металлических анодов
Мэн, Рустомджи и их коллеги сделали большой шаг вперед к осуществлению еще одной давней мечты исследователей аккумуляторов: созданию электролита, который хорошо работает с литий-металлическим анодом. Литий считается идеальным материалом для анодов, поскольку он может накапливать больше заряда, чем существующие аноды, и легче. Проблема в том, что металлический литий реагирует с обычными жидкими электролитами. Эти химические реакции приводят к тому, что металлический литий имеет низкую кулоновскую эффективность, а это означает, что он может пройти только ограниченное количество циклов зарядки и разрядки, прежде чем батарея перестанет работать.
Другая проблема, связанная с использованием обычных жидких электролитов с литий-металлическим анодом, заключается в том, что при повторяющихся циклах зарядки и разрядки литий может скапливаться в определенных местах на электроде. Это вызывает рост игольчатых структур, называемых дендритами, которые могут протыкать части батареи, вызывая ее короткое замыкание.
Предыдущие подходы к решению этих проблем включают: использование электролитов с низкой вязкостью; приложение высокого механического давления на электрод; и использование так называемых фторированных добавок к электролиту для формирования идеального химического состава на поверхности металлического литиевого электрода. Новые электролиты для сжиженного газа, разработанные командой Калифорнийского университета в Сан-Диего, объединяют все три этих ключевых аспекта в единую электролитную систему. Последующая интерфаза, образующаяся на электроде, представляет собой очень однородную поверхность без дендритов, что обеспечивает высокую кулоновскую эффективность более 97 процентов и улучшенная проводимость батареи.
По словам исследователей, это также первый случай, когда было показано, что электролит обладает высокими характеристиками как на металлическом литии, так и на классических катодных материалах, что может позволить существенно увеличить общую плотность энергии батарей.
Следующие шаги
Двигаясь вперед, исследователи стремятся улучшить плотность энергии и цикличность как батарей, так и электрохимических конденсаторов, а также обеспечить их работу при еще более низких температурах — до -100 градусов по Цельсию. Эта работа может привести к разработке новых технологий для космических кораблей, отправленных для исследования внешних планет, таких как Юпитер и Сатурн.
Растомджи возглавляет команду из Калифорнийского университета в Сан-Диего, работающую над коммерциализацией этой технологии через стартап под названием South 8 Technologies.
Нажмите на следующий трек, чтобы прослушать интервью с Сайрусом Растомджи.