Η μπαταρία αυτοκινήτου, γνωστή ως συσσωρευτής, είναι υπεύθυνη για τα συστήματα εκκίνησης, φωτισμού και ανάφλεξης σε ένα αυτοκίνητο. Συνήθως, οι μπαταρίες αυτοκινήτων είναι μολύβδου-οξέος, που αποτελούνται από γαλβανικές κυψέλες που παρέχουν ένα σύστημα 12 βολτ. Κάθε μία από τις κυψέλες δημιουργεί 2,1 βολτ όταν είναι πλήρως φορτισμένη. Η πυκνότητα ηλεκτρολυτών είναι μια ελεγχόμενη ιδιότητα ενός υδατικού διαλύματος οξέος που διασφαλίζει την κανονική λειτουργία των μπαταριών.
Σύνθεση μπαταρίας μολύβδου-οξέος
Ο ηλεκτρολύτης μπαταρίας μολύβδου είναι ένα διάλυμα θειικού οξέος και απεσταγμένου νερού. Το ειδικό βάρος του καθαρού θειικού οξέος είναι περίπου 1,84 g/cm3, και αυτό το καθαρό οξύ αραιώνεται με απεσταγμένο νερό έως ότου το ειδικό βάρος του διαλύματος είναι 1,2-1,23 g/cm 3.
Αν και σε ορισμένες περιπτώσεις, η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη στην μπαταρία συνιστάται ανάλογα με τον τύπο της μπαταρίας, τις εποχιακές και κλιματικές συνθήκες. Το ειδικό βάρος μιας πλήρως φορτισμένης μπαταρίας σύμφωνα με το βιομηχανικό πρότυπο στη Ρωσία είναι 1,25-1,27 g / cm3 το καλοκαίρι και για βαρείς χειμώνες - 1,27-1, 29 g/cm3.
Ειδικό βάρος ηλεκτρολύτη
Μία από τις κύριες παραμέτρους της μπαταρίας είναι το ειδικό βάρος του ηλεκτρολύτη. Είναι η αναλογία του βάρους ενός διαλύματος (θειικό οξύ) προς το βάρος ενός ίσου όγκου νερού σε μια ορισμένη θερμοκρασία. Συνήθως μετριέται με υδρόμετρο. Η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη χρησιμοποιείται ως δείκτης της κατάστασης φόρτισης ενός στοιχείου ή μιας μπαταρίας, αλλά δεν μπορεί να χαρακτηρίσει τη χωρητικότητα της μπαταρίας. Κατά την εκφόρτωση, το ειδικό βάρος μειώνεται γραμμικά.
Δεδομένου αυτού, είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί το μέγεθος της επιτρεπόμενης πυκνότητας. Ο ηλεκτρολύτης στην μπαταρία δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 1,44 g/cm3. Η πυκνότητα μπορεί να είναι από 1,07 έως 1,3 g/cm3. Η θερμοκρασία του μείγματος θα είναι τότε περίπου +15 C.
Ηλεκτρολύτης αυξημένης πυκνότητας στην καθαρή του μορφή χαρακτηρίζεται από μια μάλλον υψηλή τιμή αυτού του δείκτη. Η πυκνότητά του είναι 1,6 g/cm3.
Επίπεδο χρέωσης
Όταν φορτίζεται πλήρως σε σταθερή κατάσταση και υπό εκφόρτιση, η μέτρηση του ειδικού βάρους του ηλεκτρολύτη δίνει μια χονδρική ένδειξη της κατάστασης φόρτισης του στοιχείου. Ειδικό Βάρος=Τάση ανοιχτού κυκλώματος - 0,845.
Παράδειγμα: 2,13V - 0,845=1,285g/cm3.
Το ειδικό βάρος μειώνεται όταν η μπαταρία αποφορτίζεται σε επίπεδο κοντά σε αυτό του καθαρού νερού και αυξάνεται κατά την επαναφόρτιση. Η μπαταρία θεωρείται πλήρως φορτισμένη όταν η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη στην μπαταρία φτάσει τη μέγιστη δυνατή τιμή. Ειδικόςτο βάρος εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την ποσότητα του ηλεκτρολύτη στο στοιχείο. Όταν ο ηλεκτρολύτης είναι κοντά στο χαμηλό σημείο, το ειδικό βάρος είναι υψηλότερο από το ονομαστικό, πέφτει και προστίθεται νερό στο στοιχείο για να φτάσει ο ηλεκτρολύτης στο απαιτούμενο επίπεδο.
Ο όγκος του ηλεκτρολύτη διαστέλλεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία και συστέλλεται καθώς πέφτει η θερμοκρασία, γεγονός που επηρεάζει την πυκνότητα ή το ειδικό βάρος. Καθώς ο όγκος του ηλεκτρολύτη διαστέλλεται, η ένδειξη μειώνεται και, αντίθετα, το ειδικό βάρος αυξάνεται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Προτού αυξήσετε την πυκνότητα του ηλεκτρολύτη στην μπαταρία, πρέπει να εκτελέσετε μετρήσεις και υπολογισμούς. Το ειδικό βάρος για την μπαταρία καθορίζεται από την εφαρμογή στην οποία θα χρησιμοποιηθεί, λαμβάνοντας υπόψη τη θερμοκρασία λειτουργίας και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
| % Θειικό οξύ | % Νερό | Ειδικό Βάρος (20°C) |
| 37, 52 | 62, 48 | 1, 285 |
| 48 | 52 | 1, 380 |
| 50 | 50 | 1, 400 |
| 60 | 40 | +1, 500 |
| 68, 74 | 31, 26 | 1, 600 |
| 70 | 30 | 1, 616 |
| 77, 67 | 22, 33 | 1, 705 |
| 93 | 7 | 1, 835 |
Χημική αντίδραση σε μπαταρίες
Μόλις συνδεθεί ένα φορτίο στους ακροδέκτες της μπαταρίας, ένα ρεύμα εκφόρτισης αρχίζει να ρέει μέσω του φορτίου και η μπαταρία αρχίζει να αποφορτίζεται. Κατά τη διαδικασία εκφόρτισης, η οξύτητα του διαλύματος ηλεκτρολύτη μειώνεται και οδηγεί στον σχηματισμό θειικών εναποθέσεων τόσο στις θετικές όσο και στις αρνητικές πλάκες. Σε αυτή τη διαδικασία εκκένωσης, η ποσότητα του νερού στο διάλυμα ηλεκτρολύτη αυξάνεται, γεγονός που μειώνει το ειδικό βάρος του.
Τα στοιχεία της μπαταρίας μπορούν να αποφορτιστούν σε μια καθορισμένη ελάχιστη τάση και ειδικό βάρος. Μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία μολύβδου οξέος έχει τάση και ειδικό βάρος 2,2 V και 1,250 g/cm3 αντίστοιχα, και αυτό το στοιχείο μπορεί κανονικά να αποφορτιστεί έως ότου οι αντίστοιχες τιμές δεν φτάσουν τα 1,8 V και 1,1 g/cm3.
Σύνθεση ηλεκτρολυτών
Ο ηλεκτρολύτης περιέχει ένα μείγμα θειικού οξέος και απεσταγμένου νερού. Τα δεδομένα δεν θα είναι ακριβή κατά τη μέτρηση εάν ο οδηγός έχει μόλις προσθέσει νερό. Πρέπει να περιμένετε λίγο, ώστε το γλυκό νερό να έχει χρόνο να αναμιχθεί με το υπάρχον διάλυμα. Πριν αυξήσετε την πυκνότητα του ηλεκτρολύτη, πρέπει να θυμάστε: όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση θειικού οξέος, τόσο πιο πυκνός γίνεται ο ηλεκτρολύτης. Όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα, τόσο υψηλότερο είναι το επίπεδο φόρτισης.
Για το διάλυμα ηλεκτρολύτη, το απεσταγμένο νερό είναι η καλύτερη επιλογή. Αυτό ελαχιστοποιεί το δυνατόρύπους στο διάλυμα. Ορισμένοι ρύποι μπορεί να αντιδράσουν με ιόντα ηλεκτρολυτών. Για παράδειγμα, εάν αναμίξετε ένα διάλυμα με άλατα NaCl, θα σχηματιστεί ένα ίζημα, το οποίο θα αλλάξει την ποιότητα του διαλύματος.
Επίδραση της θερμοκρασίας στην χωρητικότητα
Ποια είναι η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη - αυτό θα εξαρτηθεί από τη θερμοκρασία στο εσωτερικό των μπαταριών. Το εγχειρίδιο χρήσης για συγκεκριμένες μπαταρίες καθορίζει ποια διόρθωση πρέπει να εφαρμοστεί. Για παράδειγμα, στο εγχειρίδιο Surrette/Rolls για θερμοκρασίες που κυμαίνονται από -17,8 έως -54,4oC κάτω από 21oC, αφαιρέστε 0,04 για κάθε 6 βαθμούς.
Πολλοί μετατροπείς ή ελεγκτές φόρτισης διαθέτουν αισθητήρα θερμοκρασίας μπαταρίας που συνδέεται με την μπαταρία. Συνήθως διαθέτουν οθόνη LCD. Το να δείξετε το υπέρυθρο θερμόμετρο θα δώσει επίσης τις απαραίτητες πληροφορίες.
Μετρητής πυκνότητας
Το υδρόμετρο πυκνότητας ηλεκτρολυτών χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του ειδικού βάρους του διαλύματος ηλεκτρολύτη σε κάθε στοιχείο. Η μπαταρία οξέος είναι πλήρως φορτισμένη με ειδικό βάρος 1,255 g/cm3 στους 26oC. Το ειδικό βάρος είναι μια μέτρηση ενός ρευστού που συγκρίνεται με μια βάση. Αυτό είναι το νερό στο οποίο έχει εκχωρηθεί ένας βασικός αριθμός 1.000 g/cm3.
Η συγκέντρωση θειικού οξέος στο νερό σε μια νέα μπαταρία είναι 1,280 g/cm3, που σημαίνει ότι ο ηλεκτρολύτης ζυγίζει 1,280 g/cm3 φορές το βάρος του ίδιου όγκου νερού. Μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία θα ελεγχθεί έως1,280 g/cm3, ενώ οι αποφορτισμένοι θα μετρούν από 1,100 g/cm3.
Διαδικασία δοκιμής υδρόμετρου
Η θερμοκρασία ανάγνωσης του υδρόμετρου πρέπει να ρυθμιστεί σε θερμοκρασία 27oC, ειδικά όσον αφορά την πυκνότητα ηλεκτρολυτών το χειμώνα. Τα υψηλής ποιότητας υδρόμετρα διαθέτουν ένα εσωτερικό θερμόμετρο που θα μετρήσει τη θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη και θα περιλαμβάνει μια κλίμακα μετατροπής για τη διόρθωση των μετρήσεων επίπλευσης. Είναι σημαντικό να αναγνωρίσετε ότι η θερμοκρασία είναι σημαντικά διαφορετική από το περιβάλλον εάν το όχημα οδηγείτε. Σειρά μέτρησης:
- Χύστε τον ηλεκτρολύτη στο υδρόμετρο με μια λαστιχένια λάμπα πολλές φορές, έτσι ώστε το θερμόμετρο να μπορεί να ρυθμίσει τη θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη και να λάβει μετρήσεις.
- Μελετήστε το χρώμα του ηλεκτρολύτη. Ένας καφέ ή γκρι αποχρωματισμός υποδηλώνει πρόβλημα με την μπαταρία και είναι σημάδι ότι η μπαταρία πλησιάζει στο τέλος της ζωής της.
- Κατευθύνετε την ελάχιστη ποσότητα ηλεκτρολύτη στο υδρόμετρο, έτσι ώστε ο πλωτήρας να επιπλέει ελεύθερα χωρίς επαφή με το πάνω ή το κάτω μέρος του κυλίνδρου μέτρησης.
- Κρατήστε το υδρόμετρο όρθιο στο ύψος των ματιών και δώστε προσοχή στην ένδειξη όπου ο ηλεκτρολύτης ταιριάζει με την κλίμακα στον πλωτήρα.
- Προσθέστε ή αφαιρέστε 0,004 μονάδες για ανάγνωση κάθε 6oC, όταν η θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη είναι πάνω ή κάτω από 27oC.
- Προσαρμόστε την ένδειξη, για παράδειγμα, εάν το ειδικό βάρος είναι 1,250 g/cm3 και η θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη είναι32oC, μια τιμή 1,250 g/cm3 δίνει μια διορθωμένη τιμή 1,254 g/cm3. Ομοίως, εάν η θερμοκρασία ήταν 21oC, αφαιρέστε 1,246 g/cm3. Τέσσερις πόντοι (0,004) από 1,250 g/cm3.
- Δοκιμάστε κάθε κελί και την ένδειξη σημειώσεων διορθώθηκε σε 27oC πριν ελέγξετε την πυκνότητα ηλεκτρολυτών.
Παραδείγματα μέτρησης χρέωσης
Παράδειγμα 1:
- Υδρόμετρο δείχνει 1,333 g/cm3.
- Η θερμοκρασία είναι 17 βαθμοί, 10 βαθμοί κάτω από τη συνιστώμενη.
- Αφαίρεση 0,007 από 1,333 g/cm3.
- Το αποτέλεσμα είναι 1,263 g/cm3, επομένως η κατάσταση φόρτισης είναι περίπου 100 τοις εκατό.
Παράδειγμα 2:
- Δεδομένα πυκνότητας - 1,178 g/cm3.
- Η θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη είναι 43 βαθμοί C, δηλαδή 16 βαθμοί πάνω από την κανονική.
- Προσθήκη 0,016 σε 1,178 g/cm3.
- Το αποτέλεσμα είναι 1,194g/cm3, χρέωση 50%.
| ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΧΡΕΩΣΗΣ | ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΟ ΒΑΡΟΣ g/cm3 |
| 100% | 1, 265 |
| 75% | 1, 225 |
| 50% | 1, 190 |
| 25% | 1, 155 |
| 0% | 1, 120 |
Πίνακας πυκνότητας ηλεκτρολυτών
Ο παρακάτω πίνακας διόρθωσης θερμοκρασίαςείναι ένας τρόπος για να εξηγηθούν οι απότομες αλλαγές στις τιμές της πυκνότητας των ηλεκτρολυτών σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Για να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον πίνακα, πρέπει να γνωρίζετε τη θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη. Εάν η μέτρηση δεν είναι δυνατή για κάποιο λόγο, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιήσετε τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Ο πίνακας πυκνότητας ηλεκτρολυτών φαίνεται παρακάτω. Αυτά τα δεδομένα βασίζονται στη θερμοκρασία:
| % | 100 | 75 | 50 | 25 | 0 |
| -18 | 1, 297 | 1, 257 | 1, 222 | 1, 187 | 1, 152 |
| -12 | 1, 293 | 1, 253 | 1, 218 | 1, 183 | 1, 148 |
| -6 | 1, 289 | 1, 249 | 1, 214 | 1, 179 | 1, 144 |
| -1 | 1, 285 | 1, 245 | 1, 21 | 1, 175 | 1, 14 |
| 4 | 1, 281 | 1, 241 | 1, 206 | 1, 171 | 1, 136 |
| 10 | 1, 277 | 1, 237 | 1, 202 | 1, 167 | 1, 132 |
| 16 | 1, 273 | 1, 233 | 1, 198 | 1, 163 | 1, 128 |
| 22 | 1, 269 | 1, 229 | 1, 194 | 1, 159 | 1, 124 |
| 27 | 1, 265 | 1, 225 | 1, 19 | 1, 155 | 1, 12 |
| 32 | 1, 261 | 1, 221 | 1, 186 | 1, 151 | 1, 116 |
| 38 | 1, 257 | 1, 217 | 1, 182 | 1, 147 | 1, 112 |
| 43 | 1, 253 | 1, 213 | 1, 178 | 1, 143 | 1, 108 |
| 49 | 1, 249 | 1, 209 | 1, 174 | 1, 139 | 1, 104 |
| 54 | 1, 245 | 1, 205 | 1, 17 | 1, 135 | 1, 1 |
Όπως μπορείτε να δείτε από αυτόν τον πίνακα, η πυκνότητα ηλεκτρολυτών στην μπαταρία το χειμώνα είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στη ζεστή εποχή.
Συντήρηση μπαταρίας
Αυτές οι μπαταρίες περιέχουν θειικό οξύ. Πρέπει πάντα να χρησιμοποιούνται γυαλιά ασφαλείας και λαστιχένια γάντια όταν τα χειρίζεστε.
Εάν τα κύτταρα υπερφορτωθούν, οι φυσικές ιδιότητες του θειικού μολύβδου σταδιακά αλλάζουν και καταστρέφονται, γεγονός που διακόπτει τη διαδικασία φόρτισης. Επομένως, η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη μειώνεται λόγω του αργού ρυθμού της χημικής αντίδρασης.
Η ποιότητα του θειικού οξέος πρέπει να είναι υψηλή. Διαφορετικά, η μπαταρία μπορεί γρήγορα να μην λειτουργεί. Τα χαμηλά επίπεδα ηλεκτρολυτών βοηθούν στο στέγνωμα των εσωτερικών πλακών της συσκευής, καθιστώντας αδύνατη την επαναφορά της μπαταρίας.
Οι θειικές μπαταρίες μπορούν εύκολα να αναγνωριστούν κοιτάζοντας το αλλαγμένο χρώμα των πλακών. Το χρώμα της θειωμένης πλάκας γίνεται πιο ανοιχτό και η επιφάνειά της γίνεται κίτρινη. Τέτοιες κυψέλες παρουσιάζουν μείωση της ισχύος. Εάν η σουλφόνωση συμβεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, μη αναστρέψιμηδιαδικασίες.
Για να αποφύγετε αυτήν την κατάσταση, συνιστάται να φορτίζετε τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος για μεγάλο χρονικό διάστημα με χαμηλό ρυθμό φόρτισης.
Υπάρχει πάντα μεγάλη πιθανότητα βλάβης στα μπλοκ ακροδεκτών των στοιχείων της μπαταρίας. Η διάβρωση επηρεάζει κυρίως τις βιδωμένες συνδέσεις μεταξύ των κυψελών. Αυτό μπορεί εύκολα να αποφευχθεί διασφαλίζοντας ότι κάθε μπουλόνι σφραγίζεται με ένα λεπτό στρώμα ειδικού γράσου.
Όταν η μπαταρία φορτίζεται, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα ψεκασμού οξέος και αερίων. Μπορούν να μολύνουν την ατμόσφαιρα γύρω από την μπαταρία. Επομένως, απαιτείται καλός αερισμός κοντά στη θήκη της μπαταρίας.
Αυτά τα αέρια είναι εκρηκτικά, επομένως, οι ανοιχτές φλόγες δεν πρέπει να εισέρχονται στο χώρο όπου φορτίζονται οι μπαταρίες μολύβδου.
Για να αποτρέψετε την έκρηξη της μπαταρίας, η οποία θα μπορούσε να προκαλέσει σοβαρό τραυματισμό ή θάνατο, μην τοποθετείτε μεταλλικό θερμόμετρο στην μπαταρία. Πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα υδρόμετρο με ενσωματωμένο θερμόμετρο, το οποίο είναι σχεδιασμένο για δοκιμή μπαταριών.
Διάρκεια τροφοδοσίας
Η απόδοση της μπαταρίας υποβαθμίζεται με την πάροδο του χρόνου, είτε χρησιμοποιείται είτε όχι, υποβαθμίζεται επίσης με τους συχνούς κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης. Η ζωή είναι ο χρόνος που μπορεί να αποθηκευτεί μια ανενεργή μπαταρία προτού καταστεί άχρηστη. Γενικά πιστεύεται ότι αυτό είναι περίπου το 80% της αρχικής χωρητικότητάς του.
Υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας:
- Κυκλική ζωή. χρόνοςΗ διάρκεια ζωής της μπαταρίας καθορίζεται κυρίως από τους κύκλους χρήσης της μπαταρίας. Συνήθως 300 έως 700 κύκλοι σε κανονική χρήση.
- Εφέ βάθους εκκένωσης (DOD). Η παραίτηση από υψηλότερες επιδόσεις θα έχει ως αποτέλεσμα μικρότερο κύκλο ζωής.
- Επίδραση θερμοκρασίας. Αυτός είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την απόδοση της μπαταρίας, τη διάρκεια ζωής, τη φόρτιση και τον έλεγχο τάσης. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, εμφανίζεται περισσότερη χημική δραστηριότητα στην μπαταρία παρά σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Για τις περισσότερες μπαταρίες, το συνιστώμενο εύρος θερμοκρασίας είναι -17 έως 35oC.
- Τάση και ταχύτητα επαναφόρτισης. Όλες οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος απελευθερώνουν υδρογόνο από την αρνητική πλάκα και οξυγόνο από τη θετική πλάκα κατά τη φόρτιση. Μια μπαταρία μπορεί να αποθηκεύσει μόνο μια συγκεκριμένη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας. Κατά κανόνα, η μπαταρία φορτίζεται στο 90% στο 60% του χρόνου. Και το 10% της μπαταρίας που απομένει φορτίζεται περίπου το 40% του συνολικού χρόνου.
Η καλή διάρκεια ζωής της μπαταρίας είναι 500 έως 1200 κύκλοι. Η πραγματική διαδικασία γήρανσης οδηγεί σε σταδιακή μείωση της χωρητικότητας. Όταν ένα κύτταρο φτάσει σε μια ορισμένη διάρκεια ζωής, δεν σταματά ξαφνικά να λειτουργεί, αυτή η διαδικασία παρατείνεται με την πάροδο του χρόνου, πρέπει να παρακολουθείται για να προετοιμαστεί έγκαιρα για την αντικατάσταση της μπαταρίας.
