Щільність електроліту в акумуляторі

Автомобільна батарея, відома як акумулятор, відповідає за системи запуску, освітлення і запалювання в машині. Як правило, автомобільні акумулятори є свинцево-кислотними, складаються з гальванічних елементів, що забезпечують 12-вольтів систему. Кожна з осередків створює 2,1 при повній зарядці. Щільність електроліту – контрольоване властивість водно-кислотного розчину, що забезпечує нормальну роботу батарей.

Склад свинцево-кислотної батареї

Електроліт свинцево-кислотної акумуляторної батареї являє собою розчин сірчаної кислоти та дистильованої води. Питома вага чистої сірчаної кислоти становить близько 1,84 г/см3, і цю чисту кислоту розбавляють дистильованою водою до тих пір, поки питома вага розчину не стане рівним 1,2-1,23 г/см3.

Хоча в деяких випадках щільність електроліту в акумуляторі рекомендується в залежності від типу батареї, сезонного та кліматичного стану. Питома вага повністю зарядженої батареї з промислового стандарту в Росії – 1,25-1,27 г/см3 влітку і для суворих зим – 1,27-1,29 г/см3.

Питома вага електроліту

Одним із основних параметрів роботи батареї є питома вага електроліту. Це відношення ваги розчину (сірчаної кислоти) до маси рівного об’єму води при певній температурі. Зазвичай вимірюється за допомогою ареометра. Щільність електроліту використовується як індикатор стану заряду клітинки або батареї, однак не може характеризувати ємність акумулятора. Під час розвантаження питома вага зменшується лінійно.

Враховуючи це, потрібно уточнити розмір допустимої щільності. Електроліт акумулятора не повинен перевищувати 1,44 г/см3. Щільність може становити від 1,07 до 1,3 г/см3. Температура суміші при цьому буде становити близько +15 С.

Електроліт підвищеної щільності в чистому вигляді характеризується досить високою величиною цього показника. Його щільність становить 1,6 г/см3.

Ступінь зарядженості

При повністю зарядженому стаціонарному режимі і при розряді вимірювання питомої ваги електроліту дає приблизне вказівка на стан заряду осередку. Питома вага = напруга розімкнутого ланцюга – 0,845.

Приклад: 2,13 В – 0,845 = 1,285 г/см3.

Питома вага зменшується при розрядці батареї до рівня, близького до значенням чистої води, і збільшується під час перезарядки. Акумулятор вважається повністю зарядженим, коли щільність електроліту в акумуляторі досягає максимально можливого значення. Питома вага залежить від температури і кількості електроліту в комірці. Коли електроліт знаходиться поблизу нижньої позначки, питома вага вище, ніж номінальний, він падає, і воду додають в клітинку, щоб довести електроліт до потрібного рівня.

Об’єм електроліту розширюється, коли температура піднімається, і стискається з пониженням температури, що впливає на щільність або питоме значення сили тяжіння. По мірі розширення об’єму електроліту показання знижуються і, навпаки, питома вага збільшується при більш низьких температурах.

Перед тим як підняти щільність електроліту в акумуляторі, необхідно виконати заміри та розрахунки. Питома вага для батареї визначається додатком, в якому він буде використовуватися, з урахуванням робочої температури і терміну служби батареї.

% Сірчана кислота	% Вода	Питома вага (20 ° С)
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

Хімічна реакція в акумуляторах

Як тільки навантаження підключається через клеми акумулятора, розрядний струм починає текти через навантаження, і акумулятор починає розряджатися. Під час процесу розрядки кислотність розчину електроліту зменшується і призводить до утворення сульфатних відкладів як на позитивних, так і на негативних пластинах. У цьому процесі розряду кількість води в розчині електроліту збільшується, що зменшує його питому вагу.

Клітинки акумуляторної батареї можуть бути розряджені до заданого мінімального напруги і питомої ваги. Повністю заряджена свинцево-кислотна акумуляторна батарея має напругу і питома вага, В 2,2 і 1,250 г/см3 відповідно, і ця комірка може розряджатися до тих пір, поки відповідні значення не досягнуть 1,8 та 1,1 г/см3.

Склад електроліту

Електроліт містить суміш сірчаної кислоти і дистильованої води. Дані не будуть точними при вимірах, якщо водій тільки додав воду. Потрібно почекати деякий час, щоб свіжа вода встигла змішатися з існуючим розчином. Перед тим як підняти щільність електроліту, потрібно пам’ятати: чим більше концентрація сірчаної кислоти, тим щільніше стає електроліт. Чим вище щільність, тим вище рівень заряду.

Для розчину електроліту найкращим вибором є дистильована вода. Це мінімізує можливі забруднення в розчині. Деякі забруднюючі речовини можуть викликати реакцію з іонами електроліту. Наприклад, якщо змішувати розчин з солями NaCl, вийде осад, що змінить якість розчину.

Вплив температури на ємність

Яка щільність електроліту – це буде залежати від температури всередині батарей. Керівництво користувача для конкретних батарей уточнює, яка корекція повинна застосовуватися. Наприклад, у керівництві Surrette/Rolls для температур в діапазоні від -17,8 до -54,4 оС при температурі нижче 21оС, знімається 0,04 для кожних 6 градусів.

Багато інвертори або контролери заряду мають датчик температури батареї, який прикріплюється до акумулятора. У них зазвичай є РК-дисплей. Вказівка інфрачервоного термометра також дасть необхідну інформацію.

Прилад для вимірювання щільності

Ареометр щільності електроліту використовується для вимірювання питомої ваги розчину електроліту в кожній клітинці. Кислотна акумуляторна батарея повністю заряджена з питомою вагою 1,255 г/см3 при 26оС. Питома вага — це вимірювання рідини, яка порівнюється з базовою. Це вода, якій присвоюється базове число 1.000 г/см3.

Концентрація сірчаної кислоти у воді в нової акумуляторної батареї становить 1.280 г/см3, це означає, що електроліт важить в 1.280 г/см3 разів більше ваги того ж об’єму води. Повністю заряджена батарея буде тестуватися на рівні до 1.280 г/см3, в той час як розряджена буде враховуватися в діапазоні від 1.100 г/см3.

Процедура перевірки ареометром

Температура зчитування ареометра повинна бути скоригована до температури 27оС, особливо щодо щільності електроліту взимку. Високоякісні ареометри оснащені внутрішнім термометром, який буде вимірювати температуру електроліту, і включають шкалу перетворення для корекції показань поплавця. Важливо визнати, що температура значно відрізняється від показників навколишнього середовища, якщо автомобіль експлуатується. Порядок вимірювання:

Кілька разів набрати гумовою грушею електроліт в ареометр, щоб термометр міг відрегулювати температуру електроліту і заміряти свідчення.

Вивчити колір електроліту. Коричнева або сіра забарвлення вказує на проблему з батареєю і є ознакою того, що вона наближається до кінця свого терміну служби.

Набрати мінімальну кількість електроліту в ареометр, щоб поплавець вільно плавав без контакту з верхньою або нижньою частиною вимірювального циліндра.

Утримувати ареометр у вертикальному положенні на рівні очей і звернути увагу на показання, де електроліт відповідає шкалою на поплавці.

Додати або відняти 0,004 частки одиниці для показань на кожні 6оС, при температурі електроліту вище або нижче 27оС.

Відрегулювати свідчення, наприклад, якщо питома вага 1.250 г/см3, а температура електроліту становить 32оС, значення 1.250 г/см3 дає скориговане значення 1.254 г/см3. Аналогічно, якщо температура становила 21оС, відняти значення 1.246 г/см3. Чотири бали (0.004) від 1.250 г/см3.

Протестувати кожну клітинку і відзначити свідчення, скориговані до 27оС, перед тим як перевірити щільність електроліту.

Приклади вимірювання заряду

Приклад 1:

Покази ареометра – 1.333 г/см3.

Температура 17 градусів, що на 10 градусів нижче рекомендованого.

Віднімаємо 0,007 з 1,333 г/см3.

Результат дорівнює 1.263 г/см3, тому стан заряду становить близько 100 відсотків.

Приклад 2:

Дані щільності – 1,178 г/см3.

Температура електроліту – 43 градусів С, що на 16 градусів більше норми.

Додаємо 0,016 до 1,178 г/см3.

Результат дорівнює 1,194 г/см3, зарядка 50 відсотків.

СТАН ЗАРЯДУ	ПИТОМА ВАГА, г / см3
100%	1,265
75%	1,225
50%	1,190
25%	1,155
0%	1,120

Таблиця густини електроліту

Нижченаведена таблиця температурної корекції є одним із способів пояснити різкі зміни значень щільності електроліту при різних температурах.

Щоб використовувати цю таблицю, потрібно знати температуру електроліту. Якщо вимірювання з якихось причин неможливо, то краще використовувати температуру навколишнього повітря.

Таблиця густини електроліту наводиться нижче. Це дані в залежності від температури:

%	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

Як видно з цієї таблиці, щільність електроліту в акумуляторі взимку набагато вище, ніж в теплу пору року.

Технічне обслуговування акумуляторної батареї

Ці батареї містять сірчану кислоту. При роботі з ними завжди потрібно використовувати захисні окуляри і гумові рукавички.

Якщо клітинки перевантажені, фізичні властивості сульфату свинцю поступово змінюються, і вони руйнуються, внаслідок чого порушується процес зарядки. Отже, щільність електроліту зменшується із-за низької швидкості хімічної реакції.

Якість сірчаної кислоти має бути високим. В іншому випадку батарея може швидко стати непрацездатною. Низький рівень електроліту допомагає висушити внутрішні пластини пристрою, після чого буде неможливо відновити акумулятор.

Сульфовані батареї можна легко розпізнати, переглянувши змінений колір пластин. Колір сульфатованих пластини стає світліше, а його поверхня стає жовтою. Такі осередки і демонструють зниження потужності. Якщо сульфування відбувається протягом тривалого часу, наступають незворотні процеси.

Щоб уникнути цієї ситуації, рекомендується заряджати свинцево-кислотні акумуляторні батареї протягом тривалого часу при низькій швидкості зарядного струму.

Завжди існує висока ймовірність пошкодження клемних колодок батарейних осередків. Корозія в основному вражає болтові з’єднання між комірками. Цього можна легко уникнути, якщо забезпечити герметичність кожного болта з покриттям тонким шаром спеціальної мастила.

Під час зарядки акумулятора існує висока ймовірність кислотного розпилення і газів. Вони можуть забруднювати атмосферу навколо батареї. Отже, близько батарейного відсіку потрібна хороша вентиляція.

Ці вибухонебезпечні гази, отже, відкрите полум’я не повинно потрапляти всередину простору, де заряджаються свинцеві акумулятори.

Щоб запобігти вибуху батареї, який може призвести до серйозних травм або смерті, не можна вставляти металевий термометр в акумулятор. Потрібно використовувати ареометр з вбудованим термометром, який призначений для тестування батарей.

Термін служби джерела струму

Продуктивність батареї погіршується з часом, незалежно від того, чи використовується вона чи ні, вона також погіршується при частих циклів заряду-розряду. Термін служби — це час, коли неактивна батарея може бути збережена до того, як вона стане непридатною для застосування. Зазвичай вважається, що це близько 80% від її початкової ємності.

Існує кілька факторів, які суттєво впливають на термін служби батареї:

Циклічна життя. Час автономної роботи визначається в основному циклами використання батареї. Зазвичай термін служби від 300 до 700 циклів при нормальному використанні.

Ефект глибини розряду (DOD). Відмова від більш високої продуктивності призведе до скорочення життєвого циклу.

Температурний ефект. Це є основним фактором продуктивності батареї, терміну придатності, зарядки і контролю напруги. При більш високих температурах у батареї відбувається велика хімічна активність, ніж при більш низьких температурах. Для більшості батарей рекомендується використовувати температурний діапазон -17 до 35оС.

Напруга та швидкість перезарядки. Всі свинцево-кислотні батареї виділяють водень з негативної пластини і кисень з позитивною під час зарядки. Акумулятор може зберігати тільки певну кількість електроенергії. Як правило, батарея заряджається на 90% за 60% часу. А 10% решти обсягу батареї заряджається близько 40% загального часу.

Гарний час життя батарей – від 500 до 1200 циклів. Фактичний процес старіння призводить до поступового зниження ємності. Коли осередок досягає певного строку служби, вона не перестає працювати раптово, цей процес розтягнутий у часі, за ним потрібно слідкувати, щоб своєчасно підготуватися до заміни акумулятора.