Как проверить плотность аккумулятора — Статьи
Каждая АКБ является накопителем электрической энергии. Принимая во внимание тот факт, что без батареи ни один автомобиль работать не сможет, крайне важно тщательно следить за ее состоянием. Одним из самых значимых моментов в подобном анализе является вопрос о том, как проверить плотность аккумулятора.
Технические нормативы
Электролит – это раствор серной кислоты, взаимодействующий со свинцом. Сочетание данных элементов дает напряжение, составляющее приблизительно 12 вольт.
Уровень плотности электролита при эксплуатации транспортного средства постоянно колеблется. Какая плотность АКБ является оптимальной? Значения 1.25-1.29 г/см3 принято считать идеальными.
Если отказаться от поддержания необходимого уровня плотности, батарея будет быстро разряжаться. Более того, резко снизится срок ее эксплуатации. В большинстве случаев плотность «проседает» при перезарядках, когда температура становится слишком высокой (электролит и вода испаряются).
Важная информация
Перед тем, как проверить плотность АКБ, изучите следующие данные:
- Слишком высокий уровень плотности электролита – это не преимущество, а недостаток. Если вы зафиксировали завышенные значения, смело разбавляйте серную кислоту дистиллятом. А все потому, что чрезмерное содержание серной кислоты оказывает негативное влияние на состояние пластин. Практика знает случаи, когда такие компоненты просто-напросто разъедались;
- Если вы зафиксировали значение, которое ниже нормальной плотности АКБ, приступайте к зарядке батареи. Данный процесс должен длиться, как минимум, 10 часов.
Проверка
Как проверить плотность аккумулятора? Для этой цели вам понадобится прибор под названием ареометр. От вас потребуется выполнить следующие шаги:
- Убедитесь в том, что температура в помещении составляет 20-25°С;
- Тщательно очистите корпус устройства от грязи и пыли. Крайне важно, чтобы в мерном образце не было посторонних частиц;
- Опустите измерительный прибор в отверстие и захватите некоторый объем электролита;
- Проанализируйте показания;
- Слейте электролит обратно.
Помните о том, что такую процедуру следует провести для каждой банки. Чтобы получить максимально точные результаты, зарядите батарею. До проведения измерения она должна выстоять 3 часа при комнатной температуре. Описываемую операцию необходимо выполнять в защитных перчатках.
Наши услуги
Если вы хотите купить легковой аккумулятор, свяжитесь с нами по номеру +7 (343) 312-81-50. мы работаем как с юридическими лицами, так и частными автовладельцами. Мы гарантируем высокое качество поставляемой продукции. В наличии имеются все необходимые сертификаты и лицензии.
Как замерить плотность электролита в аккумуляторе
Устройство аккумулятора
В целом описать устройство аккумулятора можно следующим образом:
- Корпус из инертного пластика, устойчивого к агрессивным воздействиям электролита.
- Внутри корпуса располагается некоторое количество герметичных модулей, называемых банками, обычно их шесть, соединенных между собой плюсовой и минусовой шинами. По своей сути, каждая банка — это небольшой аккумулятор, а АКБ их блок, собирающий и выдающий их общее напряжение.
- В каждой банке находятся пакеты, которые состоят из последовательно отделенных диэлектрическими разделителями катода и анода, обычно из свинцово-кальциевого сплава, которые залиты электролитом.
- На крышке находятся газоотводное отверстие, ручки для переноски, клеммы. В случае обслуживаемого аккумулятора заливные отверстия, закрытые пробками. Необслуживаемого — только глазок индикатора уровня электролита.
Зачем измерять плотность электролита в АКБ?
Некоторые автолюбители не понимают важности поддержания оптимальной плотности электролита внутри аккумулятора. Сделать это можно только при проведении её замеров с использованием различных приборов. Все дело в том, что при изменившейся плотности, а она зависит от соотношения серной кислоты и дистиллированной воды (35% и 65%), начинаются процессы, которые могут вызвать разрушение составляющих аккумулятора или нарушения в его работе. Если значения повышены, то это говорит об избытке кислоты, которая активно воздействует на пластины вплоть до полного их разрушения. При низкой плотности, количество кислоты снижено и из-за этого АКБ не сможет набрать свою полную емкость.
!Важно При длительном использовании разряженной АКБ зачастую происходит сульфитация пластин. Решить это проблему восстановлением плотности невозможно и придется отправлять аккумулятор на восстановление.
Таким образом, проводя измерение плотности электролита, выявляют возникшие проблемы и препятствуют выходу аккумулятора из строя.
Какие значения плотности электролита считают нормой?
Прежде чем приступать к замерам плотности электролита необходимо знать ее нормальное значение для полноценного функционирования аккумулятора. При изготовлении АКБ на заводах их заполняют электролитом со средней плотностью 1,26-1,27 г/см3. В целом этого достаточно для начала его эксплуатации. Но следует учитывать, что со временем этот показатель меняется и его приходится возвращать к оптимальным значениям. Основным фактором, определяющим величину плотности электролита, являются температурные условия эксплуатации автомобиля. Если это регионы с холодным макроклиматом, то она должна составлять 1,27–1,29 г/см3, если речь идет о средней полосе, то значение снижается до 1,25 – 1,27 г/см3, в теплых регионах 1,23 – 1,25 г/см3. Четко прослеживается закономерность, что чем ниже температура, при которой работает аккумулятор, тем выше необходимая для его нормальной работы плотность электролита.
!Справка При изготовлении состава для заливки рекомендуют отталкиваться от нижних значений допустимого диапазона. Также учитывают, что есть натриевые и калиевые электролиты и они используются в разных пропорциях.
Проверка плотности электролита – приборы и их действие
Перед тем как проверить концентрацию, необходимо убедится в том, что уровень раствора соответствует необходимому. Делается это так:
Берут специальную стеклянную трубку (пипетку), опускают ее в аккумуляторную банку до упора и закрывают верхнее отверстие трубки пальцем. Трубку вынимают и замеряют высоту находящейся в ней жидкости. Она должна колебаться в пределах 10 — 15 см. Проводят это измерение для каждой банки. В случае если количество жидкости не совпадает с оптимальными значениями, электролит либо убирают, либо добавляют. После чего можно приступать непосредственно к измерению концентрации. Для этого необходимо соблюдать несколько простых правил:
- замеры проводят для каждой банки;
- крышка аккумулятора и пробки должны быть очищены от любых загрязнений;
- для получения максимально корректных результатов АКБ должна быть заряжена.
- непосредственно перед измерением аккумулятор выдерживают в комнатной температуре при 20 — 30 градусах.
Для измерения концентрации используют ареометр или, как его еще называют, денсиметр. Состоящий из:
- наконечника, который опускают в банки для забора жидкости;
- колбы, в которой будет находится ареометр;
- резиновой груши;
- ареометра.
Итак, сам процесс измерения. Наконечник ареометра протирают и погружают в открытое заливное отверстие. Используя грушу, набирают в колбу некоторое количество раствора кислоты. Для определения значения плотности денсиметр держат на уровне глаз, при этом сам ареометр должен быть в состоянии покоя и свободно плавать в растворе, не соприкасаясь ни с одной из стенок колбы. Как только эти условия будут достигнуты, отмечают число со шкалы ареометра, определяемое по уровню жидкости.
В том случае, если нет возможности использовать ареометр, проверку проводят используя вольтметр автотестера. Его подключают к клеммам батареи и измеряют напряжение. В норме оно должно колебаться в пределах 11,9 — 12,5 вольт. После этого заводят двигатель и набирают 2500 оборотов. По достижении этой отметки напряжение должно быть в пределах 13,9 — 14,4 вольта. Если значения соответствуют рекомендуемым, то и значение плотности должно быть в норме.
Как повысить плотность рабочего электролита
В том случае, если в результате измерений было выяснено, что концентрация кислоты ниже требуемой, возникает необходимость в её повышении.
- перезарядка аккумулятора;
- полная замена раствора электролита на новый;
- добавление более концентрированного раствора;
- добавление кислоты.
Для работы могут понадобится: мерная емкость, груша, паяльник, дрель. Весь инструментарий должен быть вымыт и высушен. Также нужно держать под рукой дистиллированную воду и электролит.
Если после набора оборотов вольтаж не изменился как описано выше, то начинать стоит с попытки перезарядить аккумулятор. 10 часов батарею заряжают с силой тока в 10 раз меньше чем его емкость. После этого её понижают вдвое и продолжают заряжать еще 2 часа.
В случае если изначальное напряжение после набора оборотов будет выше 14,4 вольта, то в АКБ заливается вода и её ставят на зарядку.
В случае если аккумулятор все равно быстро разряжается, то приходит время полной замены раствора. Чтобы это сделать, нужно выкачать из каждой банки максимально возможное количество жидкости, а её остаток аккуратно слить.
Для этого все отверстия устройства в корпусе полностью герметично закрывают. Затем его кладут на бок и сверлят отверстия для слива для каждой банки. После чего жидкость из них сливают.!Важно Категорически запрещено устанавливать АКБ на крышку. В противном случае может произойти короткое замыкание. И это приведет к осыпанию поверхностей пластин. После того как старый электролит будет удален, внутренности батареи тщательно промывают дистиллятом. Затем паяльником запаивают просверленные отверстия, до полной герметичности и заливают новый раствор через предназначенные для этого отверстия.
В целом, повысить или понизить плотность для каждой отдельно взятой банки можно доливая раствор электролита высокой концентрации или дистиллированной воды.
Если плотность выше чем 1,18 г/см3, то добавляют концентрированный раствор. Из банки выбирают столько жидкости, сколько возможно и заменяют половину на концентрат. Его плотность должна быть выше, чем та, которая нужна для нормальной работы. Получившийся раствор заливают обратно и аккуратно перебалтывают для перемешивания. Через небольшой промежуток времени проводят проверку. Зачастую с первого раза не получается достичь необходимых значений. Поэтому процедуру повторяют, но подменяют только четвертую часть исходной жидкости. До тех пор, пока результат не будет достигнут действия повторяют с каждым разом уменьшая объем подмены в 2 раза. Если получится концентрация выше оптимальной, то просто разбавляют очищенной водой.
Если же измерения показали значения ниже 1,18 г/см3, то используют кислоту. Проводят те же действия, что и при разбавлении концентратом, но подменяют меньшую часть, чтобы не превысить норму уже в первом цикле.
При приготовлении растворов кислота вливается в воду, в противном случае высок риск разбрызгивания концентрата. Все работы проводятся в рабочей робе с защищенными руками и глазами.
Что делать если аккумулятор необслуживаемый
На таком типе аккумуляторов отсутствуют пробки для залива жидкости и, соответственно, доступ к банкам, поэтому проверить плотность электролита можно только одним способом. Для это выкручивают находящийся на крышке глазок индикатора электролита и через отверстие для его крепления проводят замеры. Нужно помнить, что полученные показатели будут точными только для одной банки, так сказать эмпирически усредненными для всего устройства. Самостоятельно их повысить не представляется возможным из-за конструктивных особенностей аккумулятора.
Можно подытожить, что проверка плотности аккумулятора — это необходимые сервисные действия для его нормальной работы и длительности сохранения заряда. Если отказываться это делать, то вполне возможно, что вместо несложных придется приобретать новый аккумулятор взамен ставшего непригодным к эксплуатации.
Как проверить автомобильный аккумулятор
читайте внимательно!
- Степень заряженности (напряжение покоя). Напряжение покоя >12,5 В — батарея разряжена. Только разряжена или еще и подверглась сульфатации?
- Попытка зарядки: если напряжение стремительно растет (> 14,5 В), то батарея подверглась сульфатации (повреждена, необходимо заменить).
- Проверка посредством тестеров: механические тестеры могут проверять только заряженные аккумуляторные батареи (напряжение простоя не менее 12,4 В), электронные — еще и разряженные.
- Пожалуйста, учтите, что с возрастом емкость аккумулятора и значение пускового тока также снижаются.
- Этикетки изменили цвет или отклеились — слишком высокая температура из-за избыточного заряда.
- Проверка состояния электролита (только если у аккумуляторной батареи имеются винтовые крепления, которые можно раскручивать! Аккумуляторы серий Power Bull, Running Bull и Uni Bull открывать нельзя!).
- Следует замерить каждую ячейку, начиная с положительного полюса.
- Если плотность электролита равномерная, то батарея исправна, причина неполадок кроется вне батареи.
- Если плотность электролита равномерно низкая (к примеру, 1,22), то следует попытаться зарядить аккумулятор.
- Если в одной-двух ячейках показатели значительно ниже, чем в остальных: короткое замыкание.
- Электролит окрашен в коричневый цвет: разрушение и выпадение в шлам активной массы пластин батареи из-за окончания их срока службы или избыточного заряда.
- Запах: загрязнение, к примеру, антифризом.
- Высокое напряжение покоя (к примеру, 12,9 В), но низкая плотность электролита (к примеру 1,24): расслоение электролита из-за слишком малого заряда.
- Электролит не перемешан.
- Решение: зарядить аккумуляторную батарею до стадии газообразования.
2019-08-02 11:16:11
0
1235
Комментарии:
Как часто нужно проверять уровень электролита в аккумуляторе?
Аккумулятор в системе автомобиля выполняет примерно ту же функцию, что и сердце. Именно он запускает мотор, а за ним – генератор, без которых невозможно никакое движение в принципе. Поэтому аккумулятор должен быть всегда исправен и заряжен, за этим следует следить. Одним из самых важных факторов правильной работы аккумулятора является уровень электролита. Во время работы аккумулятора, когда он отдаёт накопленный заряд, электролит теряет густоту, а часть его содержимого испаряется, что особенно заметно в тёплый сезон. Постепенно он может полностью выкипеть, что приведёт к полной деструкции всей аккумуляторной системы. Допускать этого нельзя, поэтому уровень электролита нужно проверять регулярно.
Характерным признаком отсутствия должного уровня является ситуация, когда машина не заводится. Причиной может быть разрядка аккумулятора, и проверить это можно по двум критериям – померить выходное напряжение и проверить плотность электролита. Чем меньше плотность – тем меньше заряд, и его, в конце концов может стать недостаточно для запуска двигателя.
Простейшая форма проверки – ареометром. Это прибор, который и предназначен для определения плотности электролита. Он похож на пипетку со специальным наконечником и специфическим поплавком внутри. Проводить проверку с помощью ареометра имеет смысл исключительно, если аккумулятор последний раз заряжался не ранее, чем шесть часов назад. Наиболее точные измерения получаются, когда температура воздуха вовне машины достигает +20 градусов Цельсия. Если условия отличаются, проводить промер нужно в доме или в гараже, где они ближе к этой отметке. Это и делает данную проверку неудобной при поездках. Проводить такую проверку необходимо по крайней мере раз в месяц, если автомобиль работает нормально и эксплуатируется не ежедневно. При ежедневной эксплуатации необходимо проверять уровень хотя бы раз в неделю, а в зимнее время – лучше 2–3 раза в неделю.
Когда проверку нужно проводить чаще, её делают мультиметром или тестером – после того, как автомобиль уже несколько часов не двигался. Поэтому самые достоверные показания будут после ночи. Показатели напряжённости аккумулятора с полным зарядом равны 12.66 В. 11.8 В – это состояние полной разрядки. Если напряжение падает меньше 11 В, необходимо менять аккумулятор, а старый утилизировать как непригодный.
Тщательное соблюдение режима проверки позволяет вовремя заряжать батарею зарядным устройством до полного заряда, а значит, значительно повышать ресурс её эксплуатации.
Как проверить аккумулятор автомобиля | Прием аккумуляторов в Санкт-Петербурге по лучшим ценам
Процесс проверки аккумулятора:
1. Внешний осмотр аккумулятора
2. Проверка уровня электролита в аккумуляторе
3. Проверка плотности электролита в аккумуляторе
4. Измерение напряжения на аккумуляторе вольтметром или мультиметром
5. Проверка аккумулятора нагрузочной вилкой.
1. Внешний осмотр аккумулятора
В процессе эксплуатации на поверхности аккумулятора накапливается грязь, влага, потеки электролита (испарение при кипении). Все это приводит к возникновению токов саморазряда аккумулятора. И если вовремя не подзарядить батарею, в результате получается глубокий разряд аккумулятора.
Частые глубокие разряды аккумулятора прямая дорога к сульфатации пластин и уменьшению срока службы аккумулятора.
Чтобы убедиться в наличии саморазряда:
Подключить один щуп вольтметра на клемму аккумулятора, а другим провести по поверхности аккумулятора, при этом вольтметр покажет какое-то напряжение, соответствующее определенному току саморазряда батареи.
Чтобы устранить саморазряд аккумулятора:
Нужно почистить аккумулятор. Потеки электролита убираются раствором соды в воде (чайная ложка на стакан воды). Электролит-кислота, раствор соды – щелочь, в результате химической реакции возникает соль и вода. Затем промыть аккумулятор водой.
Клеммы зачистите мелкой наждачной бумагой и проверьте надежность их соединения с проводами.
Обратите внимания на корпус в целом. В случае плохого крепления аккумулятора, особенно в морозы, когда пластиковый корпус довольно хрупок, могут возникнуть трещины в корпусе.
2. Проверка уровня электролита в аккумуляторе.
Проверить уровень электролита возможно только в обслуживаемых аккумуляторных батареях.
Операция производится специальной стеклянной трубкой, при этом уровень электролита должен быть в пределах 10-12 мм над свинцовыми пластинами аккумуляторной батареи
Для того, что бы замерить уровень электролита необходимо трубку поместить в заливное отверстие аккумулятора до соприкосновения с сеткой сепаратора, верхний конец трубки зажать пальцем и вытащить трубку. Верхний уровень электролита в уровнемерной трубке будет соответствовать уровню электролита в аккумуляторе.
Заниженный уровень является следствием «выкипания» электролита, в этом случае уровень электролита доводится доливкой дистиллированной воды.
Доливка в аккумулятор электролита производится только в том случае, когда вы уверены, что понижение уровня произошло вследствие разливания электролита из батареи.
Перед тем как приступить к дальнейшей проверки аккумулятора необходимо оценить степень его заряженности и дальнейшую проверку аккумулятора производить после полной зарядки.
Определить степень заряженности можно двумя способами: либо измерить плотность электролита в аккумуляторе, либо измерить напряжение на аккумуляторе.
3.Проверка плотности электролита в аккумуляторе (для обслуживаемых аккумуляторов)
Прибор для проверки плотности электролита в аккумуляторе называется – ареометр.
Для замера плотности электролита в аккумуляторе необходимо ареометр поместить в заливное отверстие аккумулятора, с помощью груши произвести забор электролита в колбу, так, что бы поплавок свободно плавал и снять показание плотности по шкале ареометра в соответствие с верхним уровнем электролита.
Значение плотности при 100 % заряженном аккумуляторе будет зависеть от температурных условий эксплуатации АКБ.
Таблица 1. Плотности электролита при различных температурах.
*SOC = State of charge — уровень заряда аккумуляторной батареи
Уменьшение плотности на 0,01 г/см3 от номинального значения соответствует разряду аккумулятора на 5-6%.
Значения, приведенные в таблице, будут верными, если вы производили проверку плотности при температуре электролита 20-30 °С. Если температура отличается от этого диапазона, то следует к измеренному значению плотности прибавить (вычесть) поправку согласно таблице.
Температура электролита,С | Поправка, г/см3 |
от –40 до –26 от –25 до –11 от –10 до +4 от +5 до +19 от +20 до +30 от +31 до +45 | –0,04 –0,03 –0,02 –0,01 0,00 +0,01 |
Оптимальная плотность электролита в аккумуляторе в зависимости от времени года и района эксплуатации
Обычно в автомобильных аккумуляторах, которые вы можете купить в магазине, плотность электролита соответствует 1,27 г/см3 . Допустим, при проверке плотности электролита в аккумуляторе ареометр показал значение 1,22 г/см3 (то есть плотность упала на 0,05 г/см3), то это значит, что АКБ разрядилась на 30 % от номинального значения.
В этом случае батарею необходимо зарядить. После этого, если АКБ исправна, то значение плотности электролита восстановится до номинального значения. Самое главное не допускайте разряда батареи больше чем на 50%.
Температура замерзания электролита в зависимости от плотности
Низкая плотность электролита в зимнее время ведет к его замерзанию, стремительной потери емкости аккумулятора, а иногда даже к физическим деформациям и появлению трещин.
4. Измерение напряжения на аккумуляторе вольтметром или мультиметром
Для измерения напряжение с помощью мультиметра, включите его в режим измерения постоянного напряжения, при этом диапазон установите выше максимального значения напряжения на заряженном аккумуляторе. Например, для популярного недорогого мультиметра серии DT-830 (M-830)
это 20 вольт. Далее подключите черный (COM) щуп мультиметра на минус аккумулятора, красный (плюсовой) на плюс и снимите показания с дисплея мультиметра.
Напряжение полностью заряженного аккумулятора должно быть не менее 12,6 вольта.
Если напряжение батареи менее 12 вольт — степень ее заряда упала больше чем на 50 %, аккумулятор необходимо срочно зарядить!
Нельзя допускать глубоких разрядов аккумулятора, это ведет, к сульфатации пластин аккумулятора.
Напряжение на аккумуляторной батареи величиной меньше 11,6 в означает, что батарея разряжена на 100 %.
Но нельзя жестко привязываться к конкретному значению напряжения, так как оно связано с плотностью электролита в аккумуляторе.
Автомобильный аккумулятор состоит из шести банок, соединенных последовательно. Напряжение одной банки можно вычислить по формуле:
Uб= 0,84 +ρ
где, ρ – плотность электролита;
Тогда напряжение на аккумуляторе будет равно:
Uакб = 6*(0. 84 +ρ)
При плотности АКБ равной 1,27 г/см3 напряжение на аккумуляторе будет:
Uакб = 6*(0,84 +1,27) = 12,66 вольт
Соответственно при разной начальной плотности электролита в аккумуляторе будет и разной напряжение на нем.
5.Проверка аккумулятора нагрузочной вилкой.
Когда при измерении напряжения определяется, что аккумуляторная батарея полностью заряжена, а «крутит двигатель» плохо или вообще не «крутит» — можно предположить, что у такого аккумулятора упала емкость в результате долгой, или неправильной эксплуатации и разряжается он настолько быстро, что «умирает» за одну секунду.
Чтобы проверить работу аккумулятора под нагрузкой используется нагрузочная вилка. Схема нагрузочной вилки приведена на рисунке.
То есть нагрузочная вилка представляет собой вольтметр с возможностью подключения параллельно с его выводами нагрузки. Для стартерных батарей сопротивление нагрузки выбирается в диапазоне 1-1,4 от емкости аккумулятора. Это считается максимальным разрядным током для аккумулятора. Не путать со стартерным током.
Сначала проводится измерение напряжения аккумулятора без нагрузки и определение степени его заряженности с помощью таблицы.
Таблица. Зависимость степени заряженности АКБ от напряжения на холостом ходу. (АКБ находится в покое не менее 24 часов).
Показания вольтметра. | >12,7 | 12,5 | 12,3 | 12,1 | < 11.9 |
Процент заряженности % | 100 | 75 | 50 | 25 | 0 |
Вторым этапом является измерение напряжение на аккумуляторе при подключенной нагрузки и определение степени заряженности согласно таблице. Снятие показание под нагрузкой производится в конце пятой секунды с момента подключения нагрузки.
Таблица. Зависимость степени заряженности АКБ от напряжения в конце 5 секунды тестирования нагрузочной вилкой.
Показания вольтметра. | >10,2 | 9,6 | 9 | 8,4 | < 7.8 |
Процент заряженности % | 100 | 75 | 50 | 25 | 0 |
При 100% заряженном аккумуляторе напряжение, измеряемое под нагрузкой не должно быть меньше 10,2 вольта. В противном случае считается что аккумулятор не полностью заряжен и его необходимо зарядить.
Если же случилась такая ситуация, что без нагрузки аккумулятор показывает напряжение 100% заряженного аккумулятора, а при включении нагрузки напряжение сильно «просаживается» и сильно отличается от значений указанных в таблице, значит — в таком аккумуляторе неисправность (сульфатация, короткозамкнутые пластины и т. д.).
Необходимо, если это возможно устранять неисправность или приобретать новый аккумулятор.
Проверка и обслуживание кислотных аккумуляторных батарей
Маркировка аккумуляторных батарей читается так. Например, 6СТ54 цифра 6 показывает, что в батарее 6 аккумуляторов (банок), включенных последовательно, буквы СТ означают, что аккумуляторная батарея стартерная, а цифра 54 показывает номинальную емкость в амперчасах. При полной маркировке аккумуляторов вводятся дополнительные буквы, например, ¦—3СТ70ПДС; 3СТ70ПМСЗ.
Они указывают на материал, из которого изготовлены баки и сепараторы. Так, П — асфальтопеновый с кислотоупорной вставкой, Э — эбонит, материал сепараторов, М — мипласт, Д —дерево, Р— мипор, С — стекловойлок, МС — мипласт, комбинированный со стекловойлоком, ДС — дерево, комбинированное со стекловойлоком. Буква 3 обозначает, что батарея сухозаряжена.
Нужно иметь в виду, что аккумуляторные батареи работают в тяжелых режимах, а своевременное проведение технического обслуживания, их правильная эксплуатация имеют большое значение. Так, запуск двигателя стартером следует производить коротким включе. нием на 4—5 с. Перед повторным включением стартера следует сделать перерыв на 30—35 с. Это необходимо для восстановления емкости батареи. Длительное пользование стартером требует расхода тока большой силы. Происходит резкое и неравномерное расширение активной массы пластин. Она разрыхляется и сползает, а пластины коробятся.
Разрушаются пластины также при зарядке аккумуляторов большим током. Перезарядка повышает температуру и плотность электролита. При движении от сильной тряски активная масса положительных пластин разрушается. Высыпавшаяся масса скапливается на дне бака и замыкает пластины. Признак короткого замыкания — быстрый саморазряд и закипание электролита при зарядке аккумуляторной батареи.
Чтобы продлить срок службы аккумуляторной батареи, при каждом ТО1 необходимо очищать от грязи, пыли и электролита, иначе может произойти короткое замыкание между выводными штырями аккумуляторной батареи. Очищать батареи следует ветошью, смоченной в 10процентном растворе аммиака (нашатырном спирте) или соды. Затем батареи насухо вытирают чистой ветошью.
Следует проверить крепление батареи в гнезде. Под ней должна находиться подкладка из войлока или резины. Гайки крепления следует затягивать равномерно. Затягивать их излишне не рекомендуется, поскольку могут появиться трещины в баке аккумуляторной батареи.
Необходимо систематически проверять пробки аккумуляторов и состояние вентиляционных отверстий, уровень электролита в банках, крепления наконечников на выводных штырях, наличие окислов на них.
При втором техническом обслуживании проверяют плотность электролита в каждом из аккумуляторов и степень заряда элементов батареи.
Высоту уровня электролита проверяют стеклянной трубкой диаметром 3—5 мм с двумя рисками на расстоянии 10—15 мм от конца. Когда выворачивают пробку заливного отверстия аккумулятора, трубку опускают до упора в пластины. Зажимают ее верхнее отверстие пальцем, вынимают. Высота столбика в трубке электролита должна соответствовать высоте уровня электролита над верхним краем пластин, которая равна 10—15 мм. Как исключение, высоту уровня электролита можно проверить чистой деревянной палочкой.
Если уровень электролита находится ниже указанных величин, необходимо долить дистиллированную воду. Доливать в аккумуляторы электролит можно только в том случае, когда понижение уровня произошло изза его вытекания или расплескивания. Уровень электролита рекомендуется проверять в аккумуляторах летом через 5—6 дней, зимой через 10—15 дней.
Проверка плотности электролита производится с помощью денсиметра. Состоит он из стеклянной трубки; внутри находится ареометр со шкалой. Для набора электролита служит резиновая груша. Выворачивают пробки отверстий для залива электролита в аккумуляторы, сжимают резиновую грушу и погружают эбонитовый наконечник в электролит. Затем отпускают грушу, выжидают, пока уровень перестанет повышаться и ареометр не всплывет. Деление, до которого погружается ареометр, показывает плотность электролита.
Отсчет следует делать по нижнему краю вогнутой поверхности электролита. Если доливали воду, то сразу проверять не следует плотность электролита. Плотность электролита для заряженных аккумуляторных батарей на всех аккумуляторах (банках) должна быть одинаковой (смотреть статью под номером32).
В зависимости от температуры электролита плотность его меняется. Если температура электролита выше или ниже 15°С, то в полученное значение плотности необходимо внести температурную поправку, которая приведена в таблице 33. При температуре электролита более 15еС поправку нужно прибавлять к показаниям ареометра, при температуре электролита менее 15°С — вычесть, т. е. на каждые 15°С наблюдаются изменения 0,01. К примеру, плотность электролита при проверке оказалась равной 1,26. Температура электролита равна —15°С. Поправка при температуре —15°С составляет —0,02. Следовательно, приведенная к 15°С плотность равна 1,26—0,02=1,24.
Проверка напряжения батареи производится по плотности электролита один раз в месяц. Более точный результат проверки получают при пользовании нагрузочной вилкой модели ЛЭ2. Время выдержки —5—6 с. Если окажется, что аккумуляторная батарея разряжена более чем на 50% летом и более чем на 25% зимой, то ее нужно снять с автомобиля и поставить на зарядку.
Если проверяют батарею емкостью 40—65 амперчасов, включают большее сопротивление (0,018—0,020 Ом), которое находится между ножками нагрузочной вилки. Если производится проверка батареи емкостью 70—100 амперчасов, включается меньшее сопротивление (0,010—0,012 Ом). А при проверке батареи емкостью более 100 амперчасов следует включить одновременно оба сопротивления и по показаниям вольтметра судить о степени заряженности аккумуляторной батареи.
Приготавливать электролит следует только в кислотоупорной посуде (в эбонитовых, фаянсовых, керамических сосудах). Готовить электролит в стеклянной посуде нельзя, так как при разогреве раствора она может дать трещину.
Для приготовления электролита в посуду наливают дистиллированную воду, затем, непрерывно помешивая стеклянной палочкой воду, в нее вливают тонкой струей серную кислоту. Потребное коли чество серной кислоты для приготовления электролита приведено в таблице 34.
Приготавливая электролит, нужно помнить, что нельзя вливать воду в кислоту, так как вода, соприкасаясь с кислотой, быстро разлагается, вскипает и разбрызгивается. Это может привести к несчастному случаю. После приготовления электролит оставляют на 16— 20 часов, чтобы он остыл, а осадки выпали на дно. После отстоя осветленную чистую посуду, проверяют плотность, а если
часть сливают в нужно — доводят до нормы.
Как проверить автомобильный аккумулятор — Battery Service 🔋 Обслуживание аккумуляторов ⚡
Как проверить автомобильный аккумулятор — все способы в одной статье. Проверить авто аккумулятор можно несколькими способами: мультиметром, нагрузочной вилкой, специальным тестером пускового тока аккумуляторов и последний вариант разрядным устройством.
Если в первом случае Вам понадобится только мультиметр и таблица заряженности аккумуляторов, то в остальных — еще немного знаний и умений и мы ими поделимся:
Как проверить автомобильный аккумулятор мультиметром?
Для проверки авто аккумулятора — берем обычный мультиметр и измеряем напряжение автомобильного аккумулятора. Красный щуп мультиметра к положительному — «красному» выводу аккумулятора, а черный щуп к отрицательному — «черному» выводу аккумулятора. Если аккумулятор заряжен, то измеренное напряжение, как правило, составляет 12,6 -12,7В. Это справедливо только для аккумулятора в состоянии покоя, т.е. двигатель автомобиля был заглушен давно и отсутствует поверхностное напряжение. Если напряжение выше 13,0В — это значит, что аккумулятор имеет поверхностное напряжение и данные измерения не отражают степень заряженности аккумулятора. Следует подождать несколько часов и проверить напряжение аккумулятора мультиметром заново.
Если батарея разряжена, то напряжение аккумулятора составляет 12,5В и ниже. Если напряжение ниже 11.9В такой аккумулятор следует немедленно зарядить зарядным устройством во избежании выхода аккумулятора из строя, т.к. такой аккумулятор подвержен полной сульфатации пластин. Как выбрать зарядное устройство?
Другими словами: 12,7В и выше — аккумулятор заряжен, 12.5В — аккумулятор заряжен на 50%, 11,9В — аккумулятор полностью разряжен. Если напряжение ниже 11.9В — аккумулятор глубоко разряжен и скорее всего уже сильно сульфатирован.
Степень заряженности аккумулятора дает нам лишь понимание о том, заряжен ли аккумулятор или его стоит зарядить. Но никак не дает понимания о том, работает ли аккумулятор исправно. Поэтому переходим к следующему способу проверки автомобильного аккумулятора — специальными тестерами аккумуляторов. Начнем с нагрузочной вилки.
Как проверить автомобильный аккумулятор нагрузочной вилкой?
Для проверки аккумулятора нагрузочной вилкой необходимо подключить красный зажим к положительному — «красному» выводу аккумулятора, а черный зажим к отрицательному — «черному» выводу аккумулятора. Нагрузочная вилка вызывает короткое замыкание на несколько секунд, корпус вилки нагревается, рассеивая полученную энергию от аккумулятора. В этот момент автомобильный аккумулятор подвержен нагрузке — разряду. По величине просадки напряжения определяют исправность аккумулятора. Чем меньше снижение напряжения аккумулятора, тем лучше качество и характеристики аккумулятора. Если напряжение ниже 7В, то батарея неисправна или… и тут есть нюанс. Смотрите ниже.
Различают автоматические нагрузочные вилки и ручные. Если автоматические нагрузочные вилки самостоятельно регулируют время нагрузки, то ручные своим именем отражают их суть работы.
Такой способ проверки аккумулятора намного лучше проверки мультиметром, но так же имеет ряд недостатков:
Проверять необходимо только полностью заряженные аккумуляторы на заглушенном двигателе. Если тестируется разряженный аккумулятор, то результат будет неверным
Проверка аккумулятора нагрузочной вилкой проводится при определенной температуре и работа аккумулятора в мороз не гарантируется
Нагрузочная вилка имеет одну степень нагрузки и не подходит для батарей с большой емкостью, а небольшие аккумуляторы просаживаются очень сильно. Поэтому если получено значение ниже 7В, проверьте, подходит ли эта нагрузочная вилка вашему аккумулятору?!
Поэтому нагрузочная вилка это конечно хорошо, но до тех пор пока им на смену не пришли специализированные тестеры аккумуляторов.
Как проверить автомобильный аккумулятор тестером тока холодной прокрутки?
Как мы теперь понимаем измерить напряжение аккумулятора недостаточно, а проверить нагрузочной вилкой не всегда представляется возможным и еще не каждый аккумулятор можно ею проверить правильно. Что же делать?
Примерно 35 лет назад, в недрах компании Motorola родилась технология измерения внутреннего сопротивления (проводимости) аккумулятора. А первый прибор был выпущен компанией Midtronics, основатель которой приобрел и успешно применил патент на данную технологию. Тестеры аккумуляторов на основе данных о внутреннем сопротивлении делают анализ состояния пластин аккумулятора и вывод о пусковом токе аккумулятора (CCA). Чем выше ССА — ток холодной прокрутки, тем больше шансов запустить двигатель автомобиля зимой.
Такая проверка аккумулятора практически лишена проблем нагрузочных вилок и обычного мультиметра. Вот основные преимущества тестеров тока холодной прокрутки аккумуляторов:
Проверку аккумуляторов можно проводить в разряженном состоянии
Предусмотрен алгоритм проверки и снятия поверхностного заряда — не нужно ждать
Проверка не разряжает аккумулятор — не нужно его заряжать после проверки
Это полностью безопасно — нет риска короткого замыкания
Количественный анализ аккумулятора, а не только качественный
Почему автомагазины боятся таких тестеров?
Количественный анализ аккумуляторов дает конкретную цифру измеренного пускового тока — главную характеристику автомобильного аккумулятора, т. е. какой максимальный ток, может отдать этот аккумулятор для запуска двигателя автомобиля. Нагрузочная вилка дает понимание, как аккумулятор ведет себя под нагрузкой, но ни как — какой силы ток она может отдать.
Процесс тестирования аналогичен предыдущим способам — подключите к выводам аккумулятора, затем выберете базовое значение пускового тока (написано на аккумуляторе) — чтобы тестер сравнил полученное значение и следим за указаниями тестера.
Такие тестеры в настоящее время широко распространены. Есть специальные дилерские прибора, а также и бытовые модели. У каждого есть свои преимущества и недостатки. Так же рынок заполонили низкокачественные китайские поделки.
Измерив пусковой ток аккумулятора и сравнив его с базовым — эталонным значением, указанным на аккумуляторе, тестер сделает вывод о качестве аккумуляторе и предупредит Вас о необходимости его замене. Например на фото, новый аккумулятор с базовым значением 540ССА, а вот измеренное значение всего лишь — 427 ССА. Такой аккумулятор обязательно подведет автолюбителя зимой.
Стоит отметить, что есть еще один последний вариант проверки аккумулятора и этот метод тестирования аккумулятора самый правильной, но долгий и затратный.
Проверка аккумулятора нагрузочным устройством (разрядным устройством)
Как правило такой тест применяется только в сервисных (гарантийных) целях и служит он для измерения остаточной емкости аккумулятора. По своему назначению автомобильный аккумулятор — стартерный, т.е. его задача выдать максимальный ток в самое короткое время — ССА (А). Этот параметр мы измерим тестером пускового тока. Второй важный параметр — это резервная емкость аккумулятора. Т.е. это емкость аккумулятора в минутах при условии выхода из строя генератора. Такая емкость отражает примерное время работы автомобиля при неисправном оборудовании. И последний показатель — это электрическая емкость в А*ч. Например 60- 70 А*ч.
Последние 2 параметра можно измерить нагрузочным устройством стабилизированного тока. Нагрузочное устройство аккумуляторов проводит разряд аккумулятора. Зная время разрядки и силу тока, измеряется емкость в А*ч или резервная емкость в минутах. Такое тестирование полностью снимает неопределенность состояния аккумулятора. Если аккумулятор имеет маленькую емкость то и ток холодной прокрутки будет очень низкий.
Почему нельзя измерить емкость лампочкой? Ответ прост — по мере разряда аккумулятора будет снижаться и напряжение и ток, проходящий через лампочку — лампочка светит все слабее и слабее. Такой разряд не дает никакой полезной информации о емкости аккумулятора — это просто трата времени.
Описанные выше методы проверки аккумуляторов справедливы не только для проверки автомобильных аккумуляторов, но и аккумуляторов в источниках бесперебойного питания, тяговых аккумуляторах в погрузчиках и других применениях. Для каждого такого применения есть специализированное оборудование.
Решения по теме публикации
#wpi «8K] 7] {D» jOq7ɯ:? 0ffw> + mQJ U’Pzl) # E. W ʵ_L конечный поток эндобдж 10 0 obj [/ ICCBased 12 0 R] эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > поток xwTSϽ7PkhRH H. * 1 ДжКак рассчитать плотность энергии
Обновлено 28 декабря 2020 г.
Автор С. Хуссейн Атер
Что делает бензин и другие виды топлива такими мощными? Возможности химических смесей, таких как топливо, которые используются в автомобилях, возникают в результате реакций, которые эти материалы могут вызывать.
Вы можете измерить эту плотность энергии, используя простые формулы и уравнения, которые определяют эти химические и физические свойства при использовании топлива.Уравнение плотности энергии позволяет измерить эту мощную энергию по отношению к самому топливу.
Формула плотности энергии
Формула для плотности энергии :
E_d = \ frac {E} {V}
для плотности энергии E d , энергии E И объемом В . Вы также можете измерить удельную энергию E s как E / M для массы, а не объема.Удельная энергия более тесно связана с доступной энергией, которая используется топливом для привода автомобилей, чем плотность энергии. Справочные таблицы показывают, что бензин, керосин и дизельное топливо имеют гораздо более высокую плотность энергии, чем уголь, метанол и древесина.
Тем не менее, химики, физики и инженеры используют как плотность энергии, так и удельную энергию при проектировании автомобилей и проверке физических свойств материалов. Вы можете определить, сколько энергии будет выделять топливо, основываясь на сгорании этой плотно упакованной энергии.Это измеряется содержанием энергии.
Количество энергии на единицу массы или объема, выделяемое топливом при сгорании, является содержанием энергии в топливе. В то время как более плотно упакованные виды топлива имеют более высокие значения энергосодержания с точки зрения объема, топлива с более низкой плотностью обычно производят больше энергии на единицу массы.
Единицы плотности энергии
Энергосодержание должно быть измерено для данного объема газа t при определенной температуре и давлении.В Соединенных Штатах инженеры и ученые указывают содержание энергии в международных британских тепловых единицах (BtuIT), в то время как в Канаде и Мексике содержание энергии выражается в джоулях (Дж).
Вы также можете использовать калории и , чтобы сообщить о содержании энергии. Более стандартные методы расчета содержания энергии в науке и технике используют количество тепла, выделяемого при сжигании одного грамма этого материала, в джоулях на грамм (Дж / г).
Расчет содержания энергии
Используя эту единицу измерения в джоулях на грамм, вы можете рассчитать, сколько тепла выделяется при увеличении температуры определенного вещества, если вам известна удельная теплоемкость C p этот материал. C p воды составляет 4,18 Дж / г ° C. Вы используете уравнение для тепла H как
H = \ Delta T \ times m \ times C_p
, в котором ∆T — это изменение температуры, а m — масса вещества в граммы.
Если вы экспериментально измеряете начальную и конечную температуры химического материала, вы можете определить тепло, выделяемое реакцией. Если вы должны были нагреть флягу с топливом как контейнер и записать изменение температуры в пространстве непосредственно за пределами контейнера, вы можете измерить выделяемое тепло, используя это уравнение.
Бомбовый калориметр
При измерении температуры датчик температуры может непрерывно измерять температуру с течением времени. Это даст вам широкий диапазон температур, для которого вы можете использовать уравнение теплопроводности. Вам также следует искать места на графике, которые показывают линейную зависимость между температурой во времени, так как это покажет, что температура изменяется с постоянной скоростью. Это, вероятно, указывает на линейную зависимость между температурой и теплотой, которую использует уравнение теплопроводности.
Затем, если вы измеряете, насколько изменилась масса топлива, вы можете определить, сколько энергии было сохранено в этом количестве массы для топлива. В качестве альтернативы вы можете измерить, насколько это разница в объеме для соответствующих единиц плотности энергии.
Этот метод, известный как метод калориметра бомбы , дает вам экспериментальный метод использования формулы плотности энергии для вычисления этой плотности. Более совершенные методы могут учитывать потери тепла стенками самого контейнера или теплопроводность через материал контейнера.
Энергосодержание с более высокой теплотворной способностью
Вы также можете выразить энергосодержание как вариацию от более высокой теплотворной способности ( HHV ). Это количество тепла, выделяемого при комнатной температуре (25 ° C) массой или объемом топлива после того, как оно сгорит и продукты вернулись к комнатной температуре. Этот метод учитывает скрытую теплоту, теплоту энтальпии, которая возникает при затвердевании и твердотельных фазовых превращениях во время охлаждения материала.
С помощью этого метода энергосодержание определяется более высокой теплотворной способностью в условиях базового объема ( HHV b ). При стандартных или базовых условиях расход энергии q Hb равен произведению объемного расхода q vb и более высокой теплотворной способности в условиях базового объема в уравнении
q_ {Hb} = q_ {vb} \ times HHV_b
С помощью экспериментальных методов ученые и инженеры изучили HHV b для различных видов топлива, чтобы определить, как его можно определить как функцию других соответствующих переменных к топливной экономичности.Стандартные условия определены как 10 ° C (273,15 K или 32 ° F) и 105 паскалей (1 бар).
Эти эмпирические результаты показали, что HHV b зависит от давления и температуры в базовых условиях, а также от состава топлива или газа. Напротив, нижняя теплотворная способность LHV является тем же измерением, но в точке, в которой вода в конечных продуктах сгорания остается в виде пара или пара.
Другие исследования показали, что HHV можно рассчитать исходя из состава самого топлива.Это должно дать вам
HHV = 0,35X_C + 1,18X_H + 0,10X_S — 0,02X_N — 0,10X_O — 0,02X_ {ash}
с каждым X в качестве дробной массы для углерода (C), водорода (H ), сера (S), азот (N), кислород (O) и оставшаяся зольность. Азот и кислород оказывают неблагоприятное воздействие на HHV , поскольку они не способствуют выделению тепла, как другие элементы и молекулы.
Энергетическая плотность биодизеля
Биодизельное топливо предлагает экологически безопасный метод производства топлива в качестве альтернативы другим, более вредным видам топлива.Они созданы из натуральных масел, экстрактов соевых бобов и водорослей. Этот возобновляемый источник топлива приводит к меньшему загрязнению окружающей среды и обычно смешивается с нефтяным топливом (бензином и дизельным топливом). Это делает их идеальными кандидатами для изучения того, сколько энергии использует топливо, с использованием таких величин, как плотность энергии и энергосодержание.
К сожалению, с точки зрения энергоемкости биодизельное топливо содержит большое количество кислорода, поэтому оно дает более низкие значения энергии по сравнению с их массой (в единицах МДж / кг).Биодизельное топливо имеет примерно на 10 процентов меньшее массовое энергосодержание. B100, например, имеет содержание энергии 119 550 БТЕ / галлон.
Другой способ измерения количества энергии, потребляемой топливом, — это энергетический баланс, который для биодизеля составляет 4,56. Это означает, что биодизельное топливо производит 4,56 единицы энергии на каждую единицу используемой ископаемой энергии. Другие виды топлива содержат больше энергии, например, B20, смесь дизельного топлива с топливом из биомассы. Это топливо содержит около 99 процентов энергии одного галлона дизельного топлива или 109 процентов энергии одного галлона бензина.
Существуют альтернативные методы определения эффективности теплоотдачи биомассы в целом. Ученые и инженеры, изучающие биомассу, используют метод калориметра бомбы для измерения тепла, выделяемого при сгорании, которое передается воздуху или воде, окружающей контейнер. Исходя из этого, вы можете определить HHV для биомассы.
Плотность энергии и удельная энергия батареи
Введение в плотность энергии (по весу и объему) Плотность энергии батареи обычно выражается двумя способами: в форме гравиметрической плотности энергии , и объемной плотности энергии , .Гравиметрическая плотность энергии или Удельная энергия батареи — это мера того, сколько энергии содержится в батарее по сравнению с ее весом, и обычно выражается в Вт-часах / килограмм (Вт-час / кг) . Объемная плотность энергии или Плотность энергии батареи — это мера того, сколько энергии содержится в батарее по сравнению с ее объемом, и обычно выражается в Вт-часах / литр (Вт-час / л) . На рис.1 показаны гравиметрическая плотность (удельная энергия) и объемная плотность (удельная энергия) трех батарей.ЯЧЕЙКА ТИПА | NI-MH | NI-CD | LI-ION | 902 Кг) удельная энергия55 | 50 | 90 |
ОБЪЕМНАЯ ПЛОТНОСТЬ 9022 903 8 (Вт-HR184 / л) 180 | 140 | 210 |
Аккумулятор Тип | Стоимость $ за 1 Вт · ч | Вт · ч / кг | Вт · ч / литр | |
Свинцово-кислотный | 0,17 долл. life | 0,19 $ | 110 | 320 |
Углерод-цинк | 0 $.31 | 36 | 92 | |
NiMH | 0,99 долл. США | 95 | 300 | |
NiCad | 1,50 долл. США | 39 | 140 9022 9022 9022 230 |
Рисунок 2: Плотность энергии батареи (источник: www.epectc.com)
Достижения в области плотности энергии и удельной энергии в 2019 году
Аккумулятор Licerion от Sion power: Компания Sion Power разработала технологию , которая значительно улучшила энергию и срок службы перезаряжаемых литий-металлических батарей.Более легкие и энергоемкие батареи всегда пользовались спросом и привели к исследованиям и разработкам, проводимым командой Sion Power для создания перезаряжаемой батареи Licerion®. Батареи Licerion устанавливают новый стандарт для литиевых батарей, предлагая наивысшее сочетание плотности энергии и удельной энергии. Этот ультратонкий литий-металлический аккумулятор имеет плотность энергии и удельную энергию 500 Втч / кг и 1000 Втч / л.EV design — расчет батареи — x-engineer.org
Высоковольтная батарея — это один из важнейших компонентов электромобиля с аккумуляторной батареей (BEV) .Параметры аккумуляторной батареи оказывают значительное влияние на другие компоненты и характеристики автомобиля, например:
- максимальный крутящий момент тягового двигателя
- максимальный крутящий момент рекуперативного тормоза
- диапазон автомобиля
- общий вес автомобиля
- цена автомобиля
Практически все Основные аспекты чисто электрического транспортного средства (EV) зависят от параметров высоковольтной батареи .
Для нашей конструкции аккумуляторной батареи электромобиля мы собираемся начать с 4 основных входных параметров:
- химия
- напряжение
- среднее энергопотребление транспортного средства за цикл движения
- запас хода автомобиля
Аккумулятор состоит из одного или более электрохимических элементов ( аккумуляторных элементов ), которые преобразуют химическую энергию в электрическую энергию (во время разрядки) и электрическую энергию в химическую энергию (во время зарядки). Тип элементов, содержащихся в батарее, и химические реакции во время разрядки-зарядки определяют химию батареи .
Элемент батареи состоит из пяти основных компонентов: электродов — анода и катода, сепараторов, клемм, электролита и корпуса или корпуса. Для автомобильных приложений используются различные типы элементов [1]:
Изображение: Литий-ионные аккумуляторные элементы различной формы
Кредит: [1]
Существует несколько типов аккумуляторов (химические), используемых в силовых установках гибридных и электромобилей, но мы собираемся рассмотреть только литий-ионные элементы . Основная причина в том, что литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую удельную энергию [Втч / кг] и удельную мощность [Вт / кг] по сравнению с другими типами [2].
Изображение: диаграмма уровня ячеек Рагона, адаптированная из Van Den Bossche 2009
Кредит: [2]
Чем выше ток, тем больше диаметр высоковольтных проводов и тем выше тепловые потери. По этой причине ток должен быть ограничен до максимума, а номинальная мощность достигается за счет более высокого напряжения. Для нашего приложения мы собираемся рассмотреть номинальное напряжение 400 В, .
В статье «Конструкция электромобиля — энергопотребление» мы рассчитали, что среднее энергопотребление силовой установки E p составляет 137.8 Втч / км на ездовом цикле WLTC. Помимо энергии, необходимой для приведения в движение, высоковольтная батарея должна обеспечивать энергией вспомогательные устройства транспортного средства E aux [Вт · ч / км] , например: электрическая система 12 В, обогрев, охлаждение и т. Д. необходимо учитывать эффективность трансмиссии η p [-] при преобразовании электрической энергии в механическую.
\ [E_ {avg} = \ left (E_ {p} + E_ {aux} \ right) \ cdot \ left (2 — \ eta_ {p} \ right) \ tag {2} \]Для вспомогательных устройств потребление энергии мы собираемся использовать данные из [3], которые содержат типичные требования к мощности некоторых общих электрических компонентов транспортного средства (вспомогательные нагрузки).Длительные электрические нагрузки (фары, мультимедиа и т. Д.) И периодические нагрузки (обогреватель, стоп-сигналы, дворники и т. Д.) Потребляют в среднем 430 Вт электроэнергии. Продолжительность цикла WLTC составляет 1800 с (0,5 ч), что дает энергию 215 Втч для вспомогательных нагрузок. Если мы разделим его на длину ездового цикла WLTC (23,266 км), мы получим среднее потребление энергии для вспомогательных нагрузок E aux 9,241 Втч / км .
Даже если Втч / км — это на самом деле не энергия, а факторизованная энергия, поскольку она измеряется на единицу расстояния (км), для простоты мы будем называть ее средней энергией.
Постоянный ток (DC), подаваемый батареей, преобразуется инвертором в переменный ток (AC). Это преобразование происходит с соответствующими потерями. Также электродвигатель и трансмиссия имеют некоторые потери, которые необходимо учитывать. Для этого упражнения мы собираемся использовать средний КПД η p 0,9 от аккумулятора до колеса.
Замена значений в (2) дает среднее потребление энергии:
\ [E_ {avg} = \ left (137.8 + 9.241 \ right) \ cdot 1.1 = 161.7451 \ text {Wh / km} \]Аккумуляторная батарея рассчитана на среднее потребление энергии 161,7451 Wh / km .
Архитектура аккумуляторных блоков
Все высоковольтные аккумуляторные блоки состоят из аккумуляторных батарей , , собранных в цепочки и модули. Элемент батареи можно рассматривать как наименьшее деление напряжения.
Изображение: Элемент батареи
Отдельные элементы батареи могут быть сгруппированы параллельно и / или последовательно как модули . Кроме того, аккумуляторные модули могут быть подключены параллельно и / или последовательно для создания аккумуляторного блока . В зависимости от параметров батареи может быть несколько уровней модульности.
Общее напряжение аккумуляторной батареи определяется количеством последовательно соединенных ячеек. Например, общее (цепное) напряжение 6 последовательно соединенных ячеек будет суммой их индивидуальных напряжений.
Изображение: цепочка аккумуляторных ячеек
Чтобы увеличить текущую емкость аккумулятора, необходимо подключить больше цепочек параллельно .Например, 3-х гирлянды, соединенные параллельно, утроят емкость и допустимый ток аккумуляторной батареи.
Изображение: ряды аккумуляторных элементов, включенные параллельно
Высоковольтный аккумуляторный блок Mitsubishi i-MiEV состоит из 22 модулей, состоящих из 88 элементов, соединенных последовательно. Каждый модуль содержит 4 призматических ячейки. Напряжение каждой ячейки составляет 3,7 В, а общее напряжение аккумуляторной батареи 330 В.
Изображение: Аккумулятор (модули и элементы)
Кредит: Mitsubishi
Другой пример — высоковольтный аккумуляторный блок Tesla Model S, который имеет:
- 74 элемента в параллельной группе
- 6 последовательных групп для модуля
- 16 модулей в серии
- Всего 7104 элемента
Изображение: Аккумулятор Tesla Model S
Кредит: Tesla
Аккумулятор расчет
Чтобы выбрать, какие аккумуляторные элементы будут в нашем пакете, мы проанализируем несколько моделей аккумуляторных элементов, доступных на рынке.В этом примере мы сосредоточимся только на литий-ионных элементах. Входные параметры аккумуляторных элементов приведены в таблице ниже.
Примечание : Поскольку производители аккумуляторных элементов постоянно предлагают новые модели, возможно, данные, используемые в этом примере, устарели. Это менее важно, поскольку цель статьи — объяснить, как выполняется расчет. Тот же метод можно применить и к любым другим элементам батареи.
Производитель | Panasonic | A123-Systems | Molicel | A123-Systems | Toshiba | Kokam | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 9018 цилиндрический 9018 цилиндрический 9018 9022 9018 цилиндрический 9022 9018 цилиндрический 9018 Тип 9018 цилиндрический 9018 | подсумок | подсумок | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модель | NCR18650B | ANR26650m1-B | ICR-18650K | 20Ah | 20Ah | 9022 9018 9022 9018 9022 9018 | 9018 SLPB 9018 [источник] ] | [6] | [7] | [8] | [9] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Длина [м] | 0.0653 | 0,065 | 0,0652 | 0 | 0 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Диаметр [м] | 0,0185 | 0,026 | 0,0186 | 0 9022 9022 | 9022 9022 9022 | 0 9022 [м] | 0 | 0 | 0 | 0,227 | 0,103 | 0,272 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ширина [м] | 0 | 0 | 0 | 90. 160,115 | 0,082 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Толщина [м] | 0 | 0 | 0 | 0,00725 | 0,022 | 0,0077 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
кг 0,076 | 0,05 | 0,496 | 0,51 | 0,317 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Емкость [А · ч] | 3,2 | 2,5 | 2,6 | 19,5 | 20 | 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Напряжение [В] | 3,6 | 3,3 | 3,7 | 3,3 | 2,3 | 3,6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C-rate (продолжение) | 1 | 1 | 11 | 1 | 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C-rate (пиковая) | 1 | 24 | 2 | 10 | 1 | 3 | на основе параметров ячейки
Производитель | Panasonic | A123-Systems | Molicel | A123-Systems | Toshiba | Kokam | |||||||||||||
3 9018 цилиндрический 9018 цилиндрический 9022 9018 цилиндрический 9022 9018 цилиндрический 9018 Тип | подсумок | подсумок | |||||||||||||||||
Модель | NCR18650B | ANR26650m1-B | ICR-18650K | 20Ah | 20Ah | SLPB 52 | 8,25 | 9,62 | 64,35 | 46 | 56,16 | | |||||||
Объем [л] | 0,017553 | 0,034510 | 0,0177183 | 0,034510 | 0,017718 | 0 9022 9022 9022 9018 плотность237,53 | 108,55 | 192,40 | 129,74 | 90,20 | 177,16 | ||||||||
Плотность энергии 65223 объемная [Втч / л]31 | 239,06 | 543,01 | 244,38 | 176,52 | 327 | |
Для лучшего обзора параметров ячеек и упрощения их сравнения основные параметры отображаются в виде гистограмм на изображениях ниже .
Изображение: Напряжение аккумуляторной батареи | Изображение: Емкость аккумуляторного элемента | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Изображение: Объемная плотность энергии аккумуляторного элемента | Изображение: Гравиметрическая плотность энергии аккумуляторного элемента | С учетом вышеуказанных параметров элемента и основных требований к батарее (номинальное напряжение, среднее энергопотребление и запас хода транспортного средства) мы рассчитываем основные параметры высоковольтной батареи.
Производитель | Panasonic | A123-Systems | Molicel | A123-Systems | Toshiba | Kokam | |||||||
3 9018 Количество ячеек в строке 122 | 109 | 122 | 174 | 112 | |||||||||
Энергия струны [Вт-ч] | 1290 | 1007 | 1049 | 7851 | 8004 | 902 902 902 из-] | 32 | 41 | 39 | 6 | 6 | 7 | |
Энергия BP [кВтч] | 41. 29 | 41,27 | 40,89 | 47,10 | 48,02 | 44,03 | |||||||
Емкость BP [А · ч] | 102,4 | 102,5 | 101,4 | 9022 117 9022 9022 9018 117 # Всего ячеек [-] | 3584 | 5002 | 4251 | 732 | 1044 | 784 | |||
Масса BP [кг] * | 173.8 | 380,2 | 212,6 | 363,1 | 532,4 | 248,5 | |||||||
Объем BP [л] * | 63 | 173 | 75 | 9022 9018 192 Пиковый ток BP [A]102,4 | 2460 | 202,8 | 1170 | 120 | 327,6 | ||||
Пиковая мощность BP [кВт] | 40,96 8118 | 40,96 8118 | 12 | 468 | 48 | 131,04 | |||||||
BP длительный ток [A] | 102,4 | 1025 | 101,4 | 117 | 120 | 212,4 | мощность ] | 40,96 | 410 | 40,56 | 46,8 | 48 | 87,36 |
BP — аккумуляторный блок
* — с учетом только аккумуляторных элементов
Из данных таблицы видно, что Ячейки такого типа имеют лучшее энергосодержание и большую емкость по сравнению с цилиндрическими ячейками.
Те же результаты могут быть отображены в виде гистограмм для облегчения сравнения между различными типами аккумуляторных элементов.
Изображение: Энергия батарейного блока | Изображение: Емкость батарейного блока |
Изображение: Общее количество ячеек батарейного блока | |
Изображение: Масса батарейного блока (только элементы) | Изображение: Объем аккумуляторного блока (только элементы) |
Из-за малой емкости цилиндрических элементов по сравнению с ячейками мешка количество элементов, необходимых для аккумуляторного блока, значительно выше.Большое количество ячеек может вызвать дополнительные проблемы в области проводки, контроля напряжения, надежности батареи.
Масса и объем рассчитываются только на уровне ячейки с учетом размеров и массы ячейки. Аккумулятор, который будет в автомобиле, будет иметь дополнительные компоненты (провода, электронные компоненты, пайка, корпус и т. Д.), Что увеличит как конечный объем, так и массу. Тем не менее, глядя только на объем и массу клеток, мы можем оценить, какая модель будет лучше по сравнению с другой.По массе и объему нет четкого различия между цилиндрическими ячейками и ячейками мешочка. Однако кажется, что аккумулятор с ячейками-чехлами немного тяжелее и больше.
Батарейные элементы, производимые A123-Systems, имеют очень высокий максимальный непрерывный ток разряда и максимальный импульсный (пиковый) ток разряда. Что касается энергии и емкости, элементы пакетного типа имеют более высокий пиковый (непрерывный) ток и мощность, чем цилиндрические элементы.
На основании расчетных данных и выводов мы можем выбрать, какие аккумуляторные элементы подходят для аккумуляторной батареи нашего электромобиля.Из наших примеров кажется, что элементы Kokam имеют лучший компромисс между массой, объемом и плотностью энергии / мощности.
Все параметры, уравнения, результаты и графики реализованы в файле Scilab (* . sce). Для скачивания подпишитесь на страницу Patreon.
Вы также можете проверить свои результаты, используя калькулятор ниже.
EV Battery Calculator (on-line)
Ссылки:
[1] Моой, Роберт и Айдемир, Мухаммед и Селигер, Гюнтер. (2017). Сравнительная оценка различных форм литий-ионных аккумуляторных элементов.Процедуры Производство. 8. 104–111. 10.1016 / j.promfg.2017.02.013.
[2] Бернардини, Анналиа и Барреро, Рикардо и Махарис, Кэти и Ван Мирло, Джоэри. (2015). Технологические решения, направленные на рекуперацию энергии торможения в метро: пример многокритериального анализа. BDC — Bollettino del Centro Calza Bini — Università degli Studi di Napoli Federico II. 14. 301-325. 10.6092 / 2284-4732 / 2929.
[3] Том Дентон, Автомобильные электрические и электронные системы, Третье издание. Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн, 2004 г., стр. 129.
[4] https://industrial.panasonic.com/
[5] http://www.a123systems.com/
[6] http://www.molicel.com/
[7] http: // www. a123systems.com/
[8] http://www.toshiba.com/
[9] http://www.kokam.com/
Практическая оценка эффективности технологий алюминиевых батарей
Альбертус, П., Бабинек, С., Литцельман, С. и Ньюман, А. Состояние и проблемы, связанные с использованием литий-металлического электрода для высокоэнергетических и недорогих аккумуляторных батарей. Нат. Энергетика 3 , 16–21 (2018).
Артикул Google Scholar
Ng, B. et al. Низкотемпературное литиевое покрытие / опасность коррозии в литий-ионных батареях: пульсация электрода, переменные состояния заряда, тепловой и нетепловой разгон. ACS Appl. Energy Mater. 3 , 3653–3664 (2020).
Артикул Google Scholar
Faegh, E. et al. Понимание динамики выделения газа из первичных Zn-MnO 2 щелочных батарей с визуализацией операций и датчиками давления. J. Electrochem. Soc. 165 , A2528 – A2535 (2018).
Артикул Google Scholar
Бенджамин, П. Гальванический элемент: его конструкция и емкость (Wiley, 1893).
Heise, G. W., Schumacher, E. A. & Cahoon, N.Сверхмощный хлор-деполяризованный элемент. J. Electrochem. Soc. 94 , 99–105 (1948).
Артикул Google Scholar
Gifford, P. & Palmisano, J. Перезаряжаемый элемент из алюминия / хлора, в котором используется расплавленный солевой электролит при комнатной температуре. J. Electrochem. Soc. 135 , 650–654 (1988).
Артикул Google Scholar
Джаяпракаш, Н., Дас, С. и Арчер, Л. Перезаряжаемый алюминиево-ионный аккумулятор. Chem. Commun. 47 , 12610–12612 (2011).
Артикул Google Scholar
Рю, Дж., Парк, М. и Чо, Дж. Передовые технологии для высокоэнергетических алюминиево-воздушных батарей. Adv. Матер. 31 , 1804784 (2019).
Артикул Google Scholar
Ru, Y., Zheng, S., Xue, H. & Pang, H. Различные материалы положительных электродов в органических и водных системах для алюминиево-ионных батарей. J. Mater. Chem. А 7 , 14391–14418 (2019).
Артикул Google Scholar
Faegh, E., Shrestha, S., Zhao, X. & Mustain, W. E. Углубленное структурное понимание добавления оксида цинка к щелочным электролитам для защиты алюминия от коррозии и выделения газов. J. Appl. Электрохим. 49 , 895–907 (2019).
Артикул Google Scholar
Faegh, E., Ng, B., Hayman, D. и Mustain, W. E. Разработка высокообратимых цинковых анодов для водных аккумуляторов с использованием преимущественно ориентированного электролитического цинка. Тесто. Суперкапсы 3 , 1220–1232 (2020).
Артикул Google Scholar
Чен, Л. Д., Нёрсков, Дж. К. и Лунц, А. С. Алюминиево-воздушные батареи: фундаментальные термодинамические ограничения теории первых принципов. J. Phys. Chem. Lett. 6 , 175–179 (2014).
Артикул Google Scholar
Choi, S. et al. Алюминиево-воздушные батареи с изменяемой формой. Adv. Функц. Матер. 27 , 1702244 (2017).
Артикул Google Scholar
Yu, Y. et al. Лазерное спекание напечатанных анодов для авиационных аккумуляторов. J. Electrochem. Soc. 165 , A584 – A592 (2018).
Артикул Google Scholar
Wang, Y. et al. Безжидкостные алюмо-воздушные батареи с гелевым электролитом на бумажной основе: экологически чистая технология для портативной электроники. J. Источники энергии 437 , 226896 (2019).
Артикул Google Scholar
Wang, Y. et al. Параметрическое исследование и оптимизация недорогой алюминиево-воздушной батареи на бумажной основе с ингибирующей коррозионной способностью. Заявл. Энергетика 251 , 113342 (2019).
Артикул Google Scholar
Wang, Y. et al. Сочетание воздушно-воздушной батареи с бумажной промышленностью, новый тип гибкой технологии первичных батарей. Электрохим. Acta 319 , 947–957 (2019).
Артикул Google Scholar
Хопкинс, Б. Дж., Шао-Хорн, Ю. и Харт, Д. П. Подавление коррозии в первичных алюминиево-воздушных батареях за счет вытеснения масла. Наука 362 , 658–661 (2018).
Артикул Google Scholar
Yang, H. et al. Перезаряжаемый алюминиевый аккумулятор: возможности и проблемы. Angew. Chem. Int. Эд. 58 , 11978–11996 (2019).
Артикул Google Scholar
Чжан Ю., Лю С., Цзи Ю., Ма, Дж. И Ю, Х. Новые неводные алюмо-ионные батареи: проблемы, состояние и перспективы. Adv. Матер. 30 , 1706310 (2018).
Артикул Google Scholar
Liu, T. et al. Обзор и будущие перспективы водных аккумуляторных поливалентных ионных батарей. Energy Storage Mater. 18 , 68–91 (2019).
Артикул Google Scholar
Бауриял П., Махата А. и Патак Б. Стадийный механизм внедрения AlCl 4 в графитовый электрод для алюминиево-ионной батареи. Phys. Chem. Chem. Phys. 19 , 7980–7989 (2017).
Артикул Google Scholar
Кравчик, К. В., Ван, С., Пивето, Л., Коваленко, М. В. Эффективная батарея хлорида алюминия и природного графита. Chem. Матер. 29 , 4484–4492 (2017).
Артикул Google Scholar
Кравчик, К. В., Сено, С., Коваленко, М. В. Ограничения использования хлороалюминатных ионных жидких анолитов для алюминиево-графитовых двух ионных батарей. ACS Energy Lett. 5 , 545–549 (2020).
Артикул Google Scholar
Элиа, Г. А., Кьерематенг, Н. А., Марквардт, К. и Хан, Р. Алюминий-графитовая батарея со сверхвысокой емкостью. Тесто. Суперкапсы 2 , 83–90 (2019).
Google Scholar
Lin, M.-C. и другие. Сверхбыстрый перезаряжаемый алюминиево-ионный аккумулятор. Природа 520 , 324 (2015).
Артикул Google Scholar
Sun, H. et al. Новый алюминиево-ионный аккумулятор с высоким напряжением, высокой безопасностью и низкой стоимостью. Chem. Commun. 51 , 11892–11895 (2015).
Артикул Google Scholar
Chen, H. et al. Бездефектный принцип для усовершенствованного графенового катода алюминиево-ионного аккумулятора. Adv. Матер. 29 , 1605958 (2017).
Артикул Google Scholar
Wang, D.-Y. и другие. Усовершенствованный перезаряжаемый ионно-алюминиевый аккумулятор с высококачественным катодом из натурального графита. Нат. Commun. 8 , 14283 (2017).
Артикул Google Scholar
Chen, H. et al. Сверхбыстрый универсальный алюминиево-графеновый аккумулятор со сроком службы четверть миллиона циклов. Sci. Adv. 3 , eaao7233 (2017).
Артикул Google Scholar
Yu, X., Wang, B., Gong, D., Xu, Z. & Lu, B. Графеновые наноленты на высокопористом трехмерном графене для высокопроизводительных и сверхстабильных алюминиево-ионных аккумуляторов. Adv. Матер. 29 , 1604118 (2017).
Артикул Google Scholar
Kim, D. J. et al. Перезаряжаемые алюминиево-органические батареи. Нат. Энергетика 4 , 51 (2019).
Артикул Google Scholar
Вахид Мохаммади А., Хаджихани А., Шахбазмохамади С. и Бейдаги М. Двумерный карбид ванадия (MXene) как катодный материал большой емкости для аккумуляторных алюминиевых батарей. ACS nano 11 , 11135–11144 (2017).
Артикул Google Scholar
Wang, W. et al. Новый катодный материал для супервалентной батареи на основе интеркаляции и деинтеркаляции ионов алюминия. Sci. Отчет 3 , 3383 (2013).
Артикул Google Scholar
Yang, W. et al. Гибкий автономный композитный катод из MoS2 / углеродных нановолокон для аккумуляторных алюминиево-ионных батарей. ACS Sustain. Chem. Англ. 7 , 4861–4867 (2019).
Артикул Google Scholar
Li, H. et al. Катодный материал из микросфер Co3S4 с высокой степенью обратимости для алюминиево-ионных аккумуляторов. Nano Energy 56 , 100–108 (2019).
Артикул Google Scholar
Wang, P. et al. Гибкая полностью заряжаемая аккумуляторная батарея на водной основе с ионами алюминия. Chem. Англ. J. 373 , 580–586 (2019).
Артикул Google Scholar
Wang, S. et al. Новый сверхбыстрый многоионный аккумулятор. Adv. Матер. 29 , 1606349 (2017).
Артикул Google Scholar
Юань, Д., Чжао, Дж., Маналастас, В. мл., Кумар, С. и Сринивасан, М. Новые перезаряжаемые водные ионно-алюминиевые батареи: состояние, проблемы и перспективы. Nano Mater. Sci. 2 , 248–263 (2020).
Артикул Google Scholar
Wang, P. et al. Высокоэффективная гибкая перезаряжаемая батарея на водной основе с ионами алюминия и длительным сроком службы. Energy Storage Mater. 25 , 426–435 (2020).
Артикул Google Scholar
Wu, C. et al. Электрохимически активированный оксид марганца шпинели для аккумуляторных водно-алюминиевых батарей. Нат. Commun. 10 , 73 (2019).
Артикул Google Scholar
Zhao, Q. et al. Межфазные границы твердых электролитов для высокоэнергетических водных алюминиевых электрохимических ячеек. Sci. Adv. 4 , eaau8131 (2018).
Артикул Google Scholar
He, S. et al. Алюминиево-марганцевый аккумулятор на водной основе высокой энергии. Adv.Функц. Матер. 29 , 18 (2019).
Артикул Google Scholar
Pan, W. et al. Недорогая аккумуляторная алюминий-ионная батарея без дендритов с превосходными характеристиками. J. Mater. Chem. А 7 , 17420–17425 (2019).
Артикул Google Scholar
Zu, C.-X. & Ли, Х. Термодинамический анализ плотности энергии батарей. Energy Environ. Sci. 4 , 2614–2624 (2011).
Артикул Google Scholar
Chao, D. et al. Электролитическая батарея Zn – MnO 2 для хранения высокого напряжения и масштабируемой энергии. Angew. Chem. In.t Ed. 58 , 7823–7828 (2019).
Артикул Google Scholar
Harlow, J. E. et al. Широкий спектр результатов испытаний отличного химического состава литий-ионных элементов, которые можно использовать в качестве эталонов для новых технологий аккумуляторов. J. Electrochem. Soc. 166 , A3031 – A3044 (2019).
Артикул Google Scholar
Гельман Д., Шварцев Б., Эйн-Эли Ю. Алюминиево-воздушная батарея на основе ионно-жидкого электролита. J. Mater. Chem. А 2 , 20237–20242 (2014).
Артикул Google Scholar
Hu, Y. et al. Отдельно стоящий катодный материал из сульфида кобальта и углеродных нанотрубок без связующего для алюминиево-ионных аккумуляторов. Adv. Матер. 30 , 1703824 (2018).
Артикул Google Scholar
Xu, J. et al. Последние достижения в области соединений на основе графита для перезаряжаемых металлических (Li, Na, K, Al) -ионных батарей. Adv. Sci. 4 , 1700146 (2017).
Артикул Google Scholar
Эффективность батареи | PVEducation
Как и в случае с любым другим компонентом фотоэлектрической системы, эффективность является важным вопросом при выборе компонентов из-за относительно высокой стоимости энергии, вырабатываемой фотоэлектрическими модулями.Общая эффективность батареи определяется двумя показателями эффективности: колумбической эффективностью и эффективностью напряжения.
Эффективность Columbic
Колумбическая эффективность батареи — отношение количества зарядов, которые попадают в батарею во время зарядки, по сравнению с количеством, которое может быть извлечено из батареи во время разрядки. Потери, которые снижают колумбовую эффективность, в первую очередь связаны с потерей заряда из-за вторичных реакций, таких как электролиз воды или другие окислительно-восстановительные реакции в батарее.В общем, колумбический КПД может быть высоким, превышающим 95%.
КПД по напряжению
Эффективность по напряжению в значительной степени определяется разницей напряжения между зарядным напряжением и напряжением батареи во время разряда. Таким образом, зависимость напряжения батареи от BSOC будет влиять на КПД по напряжению. При прочих равных условиях батарея, в которой напряжение изменяется линейно в зависимости от BSOC, будет иметь меньшую эффективность, чем батарея, в которой напряжение практически постоянно с BSOC.
Энергия, объемная плотность и удельная мощность
Плотность энергии — это параметр, используемый в основном для сравнения одного типа аккумуляторной системы с другим. Плотность энергии батареи — это емкость батареи, деленная либо на вес батареи, что дает гравиметрическую плотность энергии в Втч / кг, либо на объем, который дает объемную плотность энергии в Втч / дм3 (или Wr / литр3). Аккумулятор с более высокой плотностью энергии будет легче, чем аккумулятор аналогичной емкости с более низкой плотностью энергии.В портативных системах плотность энергии является критическим параметром, но в обычных фотоэлектрических системах, которые обеспечивают питание стационарного объекта, плотность энергии может быть менее важной. Тем не менее, затраты на транспортировку аккумуляторов в удаленные места значительно выше, поэтому аккумулятор с высокой плотностью энергии обычно является преимуществом.
Плотность батареи зависит от ее плотности энергии, а также от способности батареи быстро разряжаться. Хотя плотность мощности важна в некоторых приложениях, особенно в транспорте, обычно она не критична в фотоэлектрических системах.
Задняя страница
Лопнул ли пузырек батареи?
Фреда Шлахтера Фото Роя Калшмидта / Berkeley LabПодключаемый гибрид Ford Energi 2013 года на фоне моста Золотые Ворота.
Три года назад на симпозиуме по литий-воздушным батареям в IBM Almaden был большой оптимизм. Симпозиум «Масштабируемое хранилище энергии: помимо литий-ионных» содержал рабочее послание: «Нет никаких фундаментальных научных препятствий для создания аккумуляторов с в десять раз более энергоемким — для данного веса — лучших современных аккумуляторов.Оптимизм практически исчез в этом году на пятой конференции из серии масштабируемых накопителей энергии в Беркли, Калифорния. Объявление о симпозиуме гласит: «Хотя появляются новые электромобили с усовершенствованными литий-ионными батареями, необходимы дальнейшие прорывы в области масштабируемого хранения энергии, помимо современных литий-ионных батарей, прежде чем можно будет в полной мере использовать преимущества электрификации транспортных средств. осуществленный.» Настроение было осторожным, поскольку ясно, что литий-ионные батареи созревают медленно, и что их ограниченная плотность энергии и высокая стоимость не позволят производить полностью электрические автомобили, которые заменят основной американский семейный автомобиль в обозримом будущем.«Будущее туманно», — резюмировал конференцию Венкат Сринивасан, возглавляющий программу исследования аккумуляторов в лаборатории Беркли.
Электромобили имеют долгую историю. Они были популярны на заре автомобильной эры: 28 процентов автомобилей, произведенных в Соединенных Штатах в 1900 году, работали на электричестве. Однако ранняя популярность электромобилей пошла на убыль, когда Генри Форд в 1908 году представил серийно выпускаемые автомобили с двигателями внутреннего сгорания.
Бензин был быстро признан природным идеальным топливом для автомобилей: он имеет очень высокую удельную энергию по обоим весам. и по объему — примерно в 500 раз больше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов — и они были многочисленными, недорогими и, казалось, неограниченными в поставках.К 1920-м годам электромобили перестали быть коммерчески выгодными и исчезли со сцены. Они не появлялись снова до конца 20-го века, когда бензин стал дорогим, запасы больше не казались безграничными, а обеспокоенность по поводу возможного воздействия сжигания ископаемого топлива на глобальный климат достигла общественной осведомленности.
Электромобили возвращаются с появлением химических батарей, которые более эффективны, чем старые свинцово-кислотные батареи. Новое поколение электромобилей представлено гибридными электромобилями (HEV), гибридными автомобилями с подключаемым модулем (PHEV) и полностью электрическими или аккумуляторными электромобилями (BEV).Большинство электромобилей последнего поколения питаются от литий-ионных аккумуляторов с использованием технологий, впервые разработанных для портативных компьютеров и мобильных телефонов.
Обеспечение автомобилей электричеством, а не бензином дает двойное преимущество: в конечном итоге мы избавляемся от зависимости от импортных ископаемых видов топлива и работаем на автомобилях с использованием возобновляемых источников энергии. Устранение зависимости от нефти, импортируемой из часто недружественных стран, значительно улучшит нашу энергетическую безопасность, а использование энергии для автомобилей от зеленой сети с использованием солнечных и ветровых ресурсов значительно снизит количество CO 2 , выбрасываемого в атмосферу.
Основным препятствием на пути замены основного американского семейного автомобиля электромобилем является производительность аккумуляторной батареи. Наиболее важной проблемой является плотность накопления энергии как по весу, так и по объему. Современная технология требует, чтобы электромобиль имел большую и тяжелую батарею, обеспечивающую меньший запас хода, чем автомобиль, работающий на бензине.
Батареи дороги, поэтому электромобили обычно намного дороже, чем автомобили аналогичного размера, работающие на бензине. Существует разумный предел затрат, когда стоимость электромобиля и электроэнергии, потребляемой в течение срока службы автомобиля, значительно превышает стоимость автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, включая бензин, в течение всего срока службы автомобиля.
Безопасность — это вопрос, который много обсуждается в прессе. Хотя в Америке ежегодно происходит более 200 000 пожаров в автомобилях, работающих на бензине, существует широко распространенный страх перед электричеством. Аккумуляторы в автомобилях, работающих от электричества, наверняка сгорят в некоторых сценариях аварий; риск возгорания, вероятно, будет таким же, как у автомобилей с бензиновым двигателем.
Энергия, запасенная в топливе, значительна: бензин — рекордсмен — 47,5 МДж / кг и 34,6 МДж / литр; бензин в полностью заправленном автомобиле имеет такое же энергосодержание, как тысяча динамитных шашек.Литий-ионный аккумулятор имеет около 0,3 МДж / кг и около 0,4 МДж / литр (Chevy VOLT). Таким образом, бензин имеет примерно в 100 раз большую плотность энергии, чем литий-ионный аккумулятор. Эта разница в плотности энергии частично компенсируется очень высокой эффективностью электродвигателя при преобразовании энергии, накопленной в батарее, для движения автомобиля: обычно он эффективен на 60-80 процентов. Эффективность двигателя внутреннего сгорания по преобразованию энергии, запасенной в бензине, для движения автомобиля обычно составляет 15 процентов (EPA 2012).При соотношении около 5 аккумулятор с плотностью хранения энергии 1/5 от плотности бензина будет иметь такой же запас хода, что и автомобиль с бензиновым двигателем. В настоящее время мы даже не приблизились к этому.
Электроэнергия для автомобиля значительно эффективнее, чем для бензинового двигателя с точки зрения потребления первичной энергии. В то время как эффективность использования энергии электромобилем очень высока, большинство электростанций, производящих электроэнергию, эффективно преобразовывают первичную энергию в электроэнергию, поставляемую потребителю, лишь на 30 процентов.Превращение нефти в бензин очень эффективно. Это приводит к увеличению использования первичной энергии в электричестве в 1,6 раза по сравнению с бензином, что является важным аргументом в ее пользу.
В отчете APS по энергоэффективности за 2008 год анализировалась статистика о том, сколько миль проезжают американцы в день. Вывод этого исследования заключался в том, что полный парк PHEV с запасом хода на электротяге в 40 миль (60 км) может снизить потребление бензина более чем на 60 процентов. Таким образом, Америке может не понадобиться полный парк BEV для достижения очень значительного сокращения использования бензина.
Неоспоримый вопрос заключается в том, могут ли электромобили обеспечить удобство, стоимость и запас хода, необходимые для замены их бензиновых аналогов в качестве основного стандартного американского семейного автомобиля. И это почти полностью зависит от состояния разработки аккумуляторов, вкупе с проблемами экологизации энергосистемы и обеспечения широкой инфраструктуры для подзарядки электромобилей.
Сегодняшний ответ неоднозначен:
- HEV уже популярны, хотя сегодня они составляют лишь небольшую часть автомобилей.Нынешнее поколение аккумуляторов подходит для HEV, и запас хода не является проблемой, так как 100 процентов энергии, необходимой для питания автомобиля, вырабатывается бензином. Стоимость покупки выше, чем у обычного автомобиля; Преимущество заключается в улучшении экономии топлива на 40 или более процентов (EPA 2012).
- PHEV теперь поступают на рынок (рис. 1). Электрический диапазон ограничен, а батареи, имеющиеся в наличии в настоящее время, лишь частично подходят. Общий запас хода не является проблемой, поскольку бензин хранится на борту в качестве «расширителя диапазона».”
- BEV, поступающие на рынок, дороги, а их ассортимент слишком мал для многих американских водителей, по крайней мере, в качестве основного семейного автомобиля. Батареи с гораздо более высокой плотностью накопления энергии и более низкой стоимостью необходимы для того, чтобы BEV стали популярными за пределами ограниченного рынка высококлассных городских жителей в качестве второго автомобиля, который будет использоваться для местного транспорта, где возможна домашняя подзарядка, а время зарядки ограничено. вопрос.
Требования к батареям для HEV, PHEV и BEV различны.Аккумулятор для HEV не должен хранить много энергии, но должен иметь возможность быстро накапливать энергию от рекуперативного торможения. Поскольку он работает в ограниченном диапазоне заряда / разряда, его срок службы может быть очень долгим. Аккумулятор PHEV должен иметь гораздо большую емкость хранения энергии для достижения разумного электрического диапазона и будет работать со значительно большим диапазоном заряда / разряда, что ограничивает срок службы аккумулятора. Батарея для BEV должна обеспечивать всю энергию для питания автомобиля на всем диапазоне — скажем, 150–300 км — и должна использовать большую часть своего диапазона заряда / разряда.Эти требования означают, что аккумулятор для BEV будет большим, тяжелым, дорогим и с ограниченным сроком службы. Замена аккумулятора на BEV может повлечь за собой расходы, превышающие десять тысяч долларов, которые, разделенные на пробег, вероятно, значительно превысят стоимость электроэнергии для питания автомобиля.
Симпозиум в Беркли 2012 был посвящен двум альтернативным химическим соединениям: литий / кислород (литий / воздух) и литий / сера. Оба теоретически предлагают гораздо более высокую плотность энергии, чем это возможно даже при теоретическом пределе развития литий-ионных аккумуляторов.Однако технические трудности в создании практичной батареи с хорошей способностью к перезарядке с использованием любого из этих химических компонентов являются значительными.
Существуют серьезные исследовательские проблемы, касающиеся всех аспектов батареи: катода, анода и электролита, а также поверхностей раздела материалов и возможных производственных проблем. Литий-воздушная (Li / O 2 ) батарея требует охлажденного сжатого воздуха без водяного пара или CO 2 , что значительно усложняет систему литиево-воздушной батареи.Литий-воздушная батарея будет больше и тяжелее, чем литий-ионная, что делает маловероятной перспективу использования в автомобилях в ближайшем будущем. Однако ведущая группа по разработке аккумуляторов в IBM написала в 2010 году статью о литий-воздушных батареях; «Автомобильные силовые батареи только начинают переход от никель-металлогидридных к литий-ионным батареям после почти 35 лет исследований и разработок последних. Переход на воздушно-литиевые батареи (в случае успеха) следует рассматривать с точки зрения аналогичного цикла разработки.«Возможно, нам нужно набраться терпения.
Для разработки и улучшения характеристик батарей используются многие подходы, включая исследования с использованием нанотрубок, нанопроволок, наносфер и других наноматериалов. Однако ни один из исследователей не сообщил о прогрессе до такой степени, что можно было бы представить практическую батарею, использующую Li / air или Li / S.
Томас Греслер, менеджер группы разработки элементов в лаборатории электрохимических исследований энергии General Motors, пессимистично оценил перспективы нового химического состава аккумуляторов: «Мы не инвестируем в технологию литий-воздушных и литий-серных аккумуляторов, потому что мы не думаем от с точки зрения автомобилестроения, в обозримом будущем это принесет существенные выгоды.”
Существенной инфраструктурной проблемой является сеть, которую необходимо будет построить для подзарядки батареи BEV. В США более 120 000 автозаправочных станций. Поскольку диапазон современного BEV составляет менее трети диапазона бензинового автомобиля, потребуется очень большое количество станций подзарядки в дополнение к домашней зарядке, что может быть осуществимо только для тех, кто живет в частные дома или многоквартирные дома с выделенной парковкой.
Зарядка электромобиля занимает часы, и даже быстрая зарядка займет больше времени, чем большинство людей готовы ждать. А зарядка должна производиться ночью, когда выработка электроэнергии и мощность сети наиболее доступны.
Исследования аккумуляторов финансируются на скромном уровне, поскольку среди общественности и политиков существует ложное представление о том, что характеристики аккумуляторов достаточны для повсеместного признания электромобилей на аккумуляторах. Национальное внимание уделяется возобновляемым источникам энергии.Соединенные Штаты не станут независимыми от иностранной нефти и сжигания ископаемого топлива до тех пор, пока не будут разработаны новые аккумуляторные технологии. Это потребует согласованных национальных усилий в области науки и технологий, что потребует значительных затрат.
Фред Шлахтер недавно вышел на пенсию с должности физика в Advanced Light Source Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. Он является соавтором отчета APS за 2008 год «Энергетическое будущее: думайте об эффективности», для которого он написал главу о транспорте.
«Закон Мура» для батарей?
Нет ли какого-то «закона Мура» для аккумуляторов? Почему прогресс в повышении емкости батареи настолько медленный по сравнению с увеличением вычислительной мощности компьютера? Существенный ответ заключается в том, что электроны не занимают места в процессоре, поэтому их размер не ограничивает возможности обработки; пределы задаются литографическими ограничениями.Ионы в батарее, однако, занимают место, а потенциалы определяются термодинамикой соответствующих химических реакций, поэтому можно значительно улучшить емкость батареи только за счет перехода на другой химический состав. Разное