Hustota elektrolytu v baterii

2024 Autor: Trinity Chesterton | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-16 14:54

Autobaterie, známá jako akumulátor, je zodpovědná za startovací, osvětlovací a zapalovací systémy v autě. Autobaterie jsou obvykle olověné, skládající se z galvanických článků, které poskytují 12voltový systém. Každý z článků vytváří při plném nabití 2,1 V. Hustota elektrolytu je řízená vlastnost vodného roztoku kyseliny, která zajišťuje normální provoz baterií.

Složení olověné baterie

Elektrolyt olověných baterií je roztok kyseliny sírové a destilované vody. Měrná hmotnost čisté kyseliny sírové je asi 1,84 g/cm³ a tato čistá kyselina se ředí destilovanou vodou, dokud měrná hmotnost roztoku není 1,2–1,23 g/cm 3^.

V některých případech se hustota elektrolytu v baterii doporučuje v závislosti na typu baterie, sezónních a klimatických podmínkách. Měrná hmotnost plně nabité baterie podle průmyslového standardu v Rusku je 1,25-1,27 g / cm³ v létě a pro silné zimy - 1,27-1, 29 g/cm^3.

Specifická hmotnost elektrolytu

Jedním z hlavních parametrů baterie je měrná hmotnost elektrolytu. Je to poměr hmotnosti roztoku (kyseliny sírové) k hmotnosti stejného objemu vody při určité teplotě. Obvykle se měří hustoměrem. Hustota elektrolytu se používá jako indikátor stavu nabití článku nebo baterie, ale nemůže charakterizovat kapacitu baterie. Během vykládání se měrná hmotnost lineárně snižuje.

Vzhledem k tomu je nutné upřesnit velikost povolené hustoty. Hladina elektrolytu v baterii by neměla překročit 1,44 g/cm³. Hustota může být od 1,07 do 1,3 g/cm^{3. Teplota směsi pak bude asi +15 C.}

Elektrolyt zvýšené hustoty ve své čisté formě se vyznačuje poměrně vysokou hodnotou tohoto ukazatele. Jeho hustota je 1,6 g/cm3.

Úroveň nabití

Při plně nabitém ustáleném stavu a pod vybitím poskytuje měření měrné hmotnosti elektrolytu hrubý údaj o stavu nabití článku. Měrná hmotnost=napětí otevřeného obvodu - 0,845.

Příklad: 2,13V – 0,845=1,285g/cm3.

Specifická gravitace klesá, když je baterie vybitá na úroveň blízkou úrovni čisté vody, a zvyšuje se během dobíjení. Baterie se považuje za plně nabitou, když hustota elektrolytu v baterii dosáhne maximální možné hodnoty. Charakteristickýhmotnost závisí na teplotě a množství elektrolytu v článku. Když je elektrolyt blízko značky nízkého tlaku, měrná hmotnost je vyšší než nominální, klesá a do článku se přidává voda, aby se elektrolyt dostal na požadovanou úroveň.

Objem elektrolytu se zvětšuje, jak teplota stoupá, a smršťuje se, jak teplota klesá, což ovlivňuje hustotu nebo specifickou hmotnost. Jak se objem elektrolytu rozšiřuje, odečet klesá a naopak při nižších teplotách roste měrná hmotnost.

Než zvýšíte hustotu elektrolytu v baterii, musíte provést měření a výpočty. Měrná hmotnost baterie je určena aplikací, ve které bude použita, s ohledem na provozní teplotu a životnost baterie.

% kyselina sírová	% vody	Specifická gravitace (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

Chemická reakce v bateriích

Jakmile je zátěž připojena ke svorkám baterie, začne zátěží protékat vybíjecí proud a baterie se začne vybíjet. Během procesu vybíjení se kyselost roztoku elektrolytu snižuje a vede k tvorbě síranových usazenin na kladných i záporných deskách. V tomto procesu vybíjení se zvyšuje množství vody v roztoku elektrolytu, což snižuje jeho specifickou hmotnost.

Bateriové články lze vybíjet na specifikované minimální napětí a specifickou hmotnost. Plně nabitá olověná baterie má napětí a měrnou hmotnost 2,2 V a 1,250 g/cm³ a tento článek lze normálně vybíjet, dokud odpovídající hodnoty nedosáhnou 1,8 V a 1,1 g/cm^3.

Složení elektrolytu

Elektrolyt obsahuje směs kyseliny sírové a destilované vody. Údaje nebudou při měření přesné, pokud řidič právě přidal vodu. Je třeba chvíli počkat, aby se čerstvá voda stihla smíchat se stávajícím roztokem. Než zvýšíte hustotu elektrolytu, musíte si pamatovat: čím vyšší je koncentrace kyseliny sírové, tím je elektrolyt hustší. Čím vyšší hustota, tím vyšší úroveň nabití.

Pro roztok elektrolytu je nejlepší volbou destilovaná voda. Tím se minimalizuje možnékontaminanty v roztoku. Některé nečistoty mohou reagovat s ionty elektrolytů. Pokud například smícháte roztok se solemi NaCl, vytvoří se sraženina, která změní kvalitu roztoku.

Vliv teploty na kapacitu

Jaká je hustota elektrolytu – bude záviset na teplotě uvnitř baterií. Uživatelská příručka pro konkrétní baterie specifikuje, jaká korekce by měla být použita. Například v příručce Surrette/Rolls pro teploty v rozsahu od -17,8 do -54,4^oC pod 21^{oC odečtěte 0,04 za každých 6 stupně.}

Mnoho střídačů nebo regulátorů nabíjení má snímač teploty baterie, který se připojuje k baterii. Obvykle mají LCD displej. Namíření infračerveného teploměru také poskytne potřebné informace.

Měřič hustoty

Hydrometr hustoty elektrolytu se používá k měření specifické hmotnosti roztoku elektrolytu v každém článku. Kyselina je plně nabitá se specifickou hmotností 1,255 g/cm³ při 26^oC. Měrná hmotnost je měření kapaliny, která se porovnává se základnou. Toto je voda, které je přiřazeno základní číslo 1 000 g/cm^3.

Koncentrace kyseliny sírové ve vodě v nové baterii je 1,280 g/cm³, což znamená, že elektrolyt váží 1,280 g/cm^{3 násobek hmotnosti stejného objemu vody. Plně nabitá baterie bude testována při až1,280 g/cm}3^{, při vybití se bude počítat od 1,100 g/cm}3^.

Postup testu vlhkoměru

Odečtová teplota hustoměru by měla být nastavena na teplotu 27oC, zejména pokud jde o hustotu elektrolytu v zimě. Vysoce kvalitní hustoměry mají vnitřní teploměr, který bude měřit teplotu elektrolytu a obsahuje převodní stupnici pro korekci plovákových hodnot. Je důležité si uvědomit, že teplota se výrazně liší od okolní teploty, pokud je vozidlo řízeno. Pořadí měření:

Nalijte elektrolyt do hustoměru pomocí gumové baňky několikrát, aby teploměr mohl upravit teplotu elektrolytu a provést měření.
Prostudujte si barvu elektrolytu. Hnědé nebo šedé zbarvení indikuje problém s baterií a je známkou toho, že baterie se blíží ke konci své životnosti.
Nasměrujte minimální množství elektrolytu do hustoměru tak, aby plovák volně plaval bez kontaktu s horní nebo spodní částí odměrného válce.
Držte hustoměr vzpřímeně v úrovni očí a věnujte pozornost tomu, kde se elektrolyt shoduje se stupnicí na plováku.
Přičtěte nebo odečtěte 0,004 jednotek pro čtení každých 6^oC, když je teplota elektrolytu nad nebo pod 27^oC.
Upravte odečet, například pokud je měrná hmotnost 1,250 g/cm³ a teplota elektrolytu je32^oC, hodnota 1,250 g/cm³ dává opravenou hodnotu 1,254 g/cm^{3. Podobně, pokud byla teplota 21}o^{C, odečtěte 1,246 g/cm}3^{. Čtyři body (0,004) z 1,250 g/cm}3^.
Otestujte každý článek a poznamenejte si odečet opravený na 27oC před kontrolou hustoty elektrolytu.

Příklady měření nabití

Příklad 1:

Ukazuje vlhkoměr 1,333 g/cm3.
Teplota je 17 stupňů, 10 stupňů pod doporučenou hodnotou.
Odečíst 0,007 od 1,333 g/cm3.
Výsledek je 1,263 g/cm3, takže stav nabití je asi 100 procent.

Příklad 2:

Údaje o hustotě – 1,178 g/cm3.
Teplota elektrolytu je 43 stupňů C, což je 16 stupňů nad normálem.
Přidat 0,016 až 1,178 g/cm3.
Výsledek je 1,194 g/cm3, zpoplatněno 50 procent.

STAV POPLATKU	SPECIFICKÁ HMOTNOST g/cm3
100 %	1, 265
75%	1, 225
50 %	1, 190
25%	1, 155
0%	1, 120

Tabulka hustoty elektrolytu

Následující tabulka teplotních korekcíje jedním ze způsobů, jak vysvětlit náhlé změny hodnot hustoty elektrolytu při různých teplotách.

Abyste mohli použít tuto tabulku, potřebujete znát teplotu elektrolytu. Pokud měření z nějakého důvodu není možné, je lepší použít okolní teplotu.

Tabulka hustoty elektrolytu je uvedena níže. Tato data jsou založena na teplotě:

%	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

Jak můžete vidět z této tabulky, hustota elektrolytu v baterii je v zimě mnohem vyšší než v teplém období.

Údržba baterie

Tyto baterie obsahují kyselinu sírovou. Při manipulaci s nimi vždy používejte ochranné brýle a gumové rukavice.

Pokud jsou články přetíženy, fyzikální vlastnosti síranu olovnatého se postupně mění a dochází k jejich zničení, což narušuje proces nabíjení. Proto hustota elektrolytu klesá kvůli pomalé rychlosti chemické reakce.

Kvalita kyseliny sírové musí být vysoká. V opačném případě se baterie může rychle stát nefunkční. Nízká hladina elektrolytu pomáhá vysušit vnitřní desky zařízení, takže není možné obnovit baterii.

Sulfatované baterie lze snadno rozpoznat podle změněné barvy destiček. Barva sulfátované desky se zesvětlí a její povrch zežloutne. Takové buňky vykazují pokles výkonu. Pokud k sulfonaci dochází po dlouhou dobu, nevratnáprocesy.

Abyste se vyhnuli této situaci, doporučuje se nabíjet olověné baterie po dlouhou dobu při nízkém nabíjecím proudu.

Vždy existuje vysoká pravděpodobnost poškození svorkovnic bateriových článků. Koroze postihuje především šroubové spoje mezi články. Tomu lze snadno předejít tím, že zajistíte, aby byl každý šroub utěsněn tenkou vrstvou speciálního maziva.

Když se baterie nabíjí, existuje vysoká pravděpodobnost rozstřiku kyseliny a plynů. Mohou znečišťovat atmosféru kolem baterie. V blízkosti prostoru pro baterie je proto vyžadováno dobré větrání.

Tyto plyny jsou výbušné, proto by se do prostoru, kde se nabíjejí olověné baterie, neměl dostat otevřený oheň.

Abyste zabránili explozi baterie, která by mohla způsobit vážné zranění nebo smrt, nevkládejte do baterie kovový teploměr. Musíte použít hustoměr s vestavěným teploměrem, který je určen pro testování baterií.

Životnost napájecího zdroje

Výkon baterie se časem snižuje, ať už se používá nebo ne, a také klesá s častými cykly nabíjení a vybíjení. Životnost je doba, po kterou může být neaktivní baterie uložena, než se stane nepoužitelnou. Obecně se má za to, že to je asi 80 % původní kapacity.

Existuje několik faktorů, které významně ovlivňují životnost baterie:

Cyklický život. Časživotnost baterie je určena především cykly používání baterie. Typicky 300 až 700 cyklů při běžném používání.
Efekt hloubky vybití (DOD). Zřeknutí se vyššího výkonu bude mít za následek kratší životní cyklus.
Vliv teploty. To je hlavní faktor ve výkonu baterie, životnosti, nabíjení a řízení napětí. Při vyšších teplotách dochází v baterii k větší chemické aktivitě než při teplotách nižších. Pro většinu baterií je doporučený teplotní rozsah -17 až 35oC.
Napětí a rychlost dobíjení. Všechny olověné baterie uvolňují vodík ze záporné desky a kyslík z kladné desky během nabíjení. Baterie může akumulovat pouze určité množství elektřiny. Zpravidla se baterie nabije na 90 % za 60 % času. A 10 % zbývající baterie se nabije asi na 40 % celkového času.

Dobrá výdrž baterie je 500 až 1200 cyklů. Vlastní proces stárnutí vede k postupnému snižování kapacity. Když článek dosáhne určité životnosti, nepřestane náhle fungovat, tento proces se časem prodlouží, musí být monitorován, aby se včas připravil na výměnu baterie.