Таблица замерзания электролита в аккумуляторе: Причина замерзания электролита в АКБ

Содержание

Замерз электролит в аккумуляторе: что делать чтобы разморозить

Подготовка автомобиля к наступлению холодов предполагает целый ряд процедур, которые направлены на обеспечение нормальной функциональности всех узлов и агрегатов в условиях низких температур.

Как правило, водители заливают в двигатель моторное масло с меньшей вязкостью для уверенного запуска ДВС, меняют фильтры топлива, масла и воздуха, проверяют качество антифриза и тосола в системе охлаждения, устанавливают новые свечи зажигания, диагностируют высоковольтные бронепровода, заряжают АКБ и т.п.

Что касается аккумулятора, кроме зарядки данный элемент перед зимой требует отдельного повышенного внимания. Причина заключается в том, что с похолоданием многие водители сталкиваются с проблемой, когда в аккумуляторе замерз электролит. Более того, даже покупка «свежей» АКБ не дает полной уверенности.

Дело в том, что были отмечены случаи, когда замерз электролит в новом аккумуляторе. При визуальном осмотре новой или бывшей в использовании АКБ в подобной ситуации хорошо видно, что стенки батареи заметно вздуваются, а также полностью пропадает электропитание в бортовой сети.

Далее мы поговорим о том, что делать, если замерз электролит в аккумуляторе, возможно ли вернуть работоспособность батарее, что способствует замерзанию электролита и как с этим бороться. Также мы дадим несколько полезных советов, которые помогут в дальнейшем избежать распространенных ошибок, которые связаны с эксплуатацией автомобильных аккумуляторных батарей.

Содержание статьи

Почему в аккумуляторе замерз электролит: основные причины
Если электролит в АКБ замерз: как разморозить и зарядить автомобильный аккумулятор
Советы и рекомендации
Что в итоге

Почему в аккумуляторе замерз электролит: основные причины

Если одни водители эксплуатируют так называемые необслуживаемые АКБ и меняют их после появления первых признаков старения, по времени или сразу при выходе из строя, другие автолюбители предпочитают обслуживать свой аккумулятор самостоятельно и не спешат с ним расстаться.

Вполне очевидно, что возможность обслужить АКБ в некоторых случаях дает определенные преимущества. Чаще всего именно владельцы обслуживаемых батарей интересуются, при какой температуре замерзает электролит в аккумуляторе, а также как предотвратить такое замерзание.

Сразу отметим, что дать точный ответ на поставленный вопрос довольно затруднительно применительно к практической эксплуатации. Как правило, усредненный температурный режим использования аккумулятора в автомобиле находится в рамках от — 45 до + 65 градусов по Цельсию.

В тех регионах, где температура зимой опускается ниже, необходимо дополнительно повышать плотность электролита. Это делается путем добавления в «банки» АКБ дополнительного количества кислоты. Для лучшего понимания, давайте взглянем на сводную таблицу.

Как видно, таблица замерзания электролита в аккумуляторе наглядно демонстрирует зависимость порога замерзания от плотности электролита. При этом нужно также учитывать тот факт, что в процессе эксплуатации батарея подвержена саморазряду.

Во время самостоятельного разряда в аккумуляторе протекает процесс электролитической диссоциации. Если не вдаваться в подробности, при таком процессе серная кислота оказывает определенное воздействие на свинец в пластинах АКБ. Результатом такого воздействия становится реакция, во время которой происходит активное выделение углекислого газа и сульфата аммония.

Если проще, в АКБ уменьшается количество кислоты и увеличивается содержание воды. Именно вода в аккумуляторе склонна к замерзанию, то есть снижение плотности электролита приводит к увеличению порога замерзания. Получается, если батарея замерзла, тогда или произошел сильный разряд, или же плотность электролита снизилась.

Если электролит в АКБ замерз: как разморозить и зарядить автомобильный аккумулятор

Прежде всего, понадобиться произвести тщательный осмотр корпуса батареи. Это можно сделать прямо на машине. Не допускается наличие трещин и других дефектов. Также рекомендуется просветить корпус фонариком, так как образование льда внутри АКБ приводит не только к разлому пластмассовых наружных стенок, но и повреждениям внутренних перестенков.

Если никаких повреждений не обнаружено, тогда батарею можно снять с автомашины, после чего следует перенести ее в отапливаемое помещение. Рекомендуется поставить батарею в пластиковую/металлическую емкость, в крайнем случае, можно подложить под АКБ полиэтиленовую пленку или использовать другое непромокаемое покрытие. Далее батарею оставляют на некоторое время.

Обратите внимание, запрещено заряжать аккумулятор до того момента, пока внутри будет лед, а также пока общая температура электролита не повысится до положительного (плюсового) значения. Игнорирование данного правила может привести к замыканию при попытках зарядки промерзшей АКБ.

После того, как батарея полностью разморозится, следует произвести повторный осмотр на наличие течей. Именно по этой причине выше рекомендовалось поставить АКБ в емкость или подложить под аккумулятор пленку. Дело в том, что вытекание кислотосодержащего электролита может привести к порче напольного покрытия и других предметов, ожогам в результате попадания на кожу и т. п.

Итак, если вздувшиеся стенки после разморозки пришли в нормальное состояние, тогда внимательно осматриваем батарею. Достаточно часто утечки происходят через микротрещины, которые становятся заметными уже после размораживания. Обнаружение потеков или следов жидкости на корпусе батареи является поводом к тому, чтобы произвести дополнительную проверку.

Иногда это может оказаться не электролит, а просто вода или другие технические жидкости, которые ранее попали на АКБ снаружи в подкапотном пространстве. Также многие ошибочно принимают вытекающий электролит за конденсат, который образуется при размораживании.

Для точного определения можно воспользоваться специальным индикатором (продаются в специализированных магазинах). Если бумага индикатора после контакта с жидкостью на корпусе АКБ покраснела, тогда очевидны утечки кислоты. Другими словами, образование льда привело к повреждениям корпуса, после чего происходит утечка электролита, в составе которого находится кислота.

Отсутствие реакции индикатора будет свидетельствовать о том, что на корпусе действитльно собрался конеднсат или ранее попала вода/технические жидкости, но электролит не вытекает изнутри.

Если утечки незначительные и сам источник точно обнаружен, тогда можно пойти двумя путями: сразу поменять аккумулятор на новый или попытаться его отремонтировать. Под ремонтом следует понимать полный слив электролита, после чего производят пайку корпуса при помощи паяльника.

Добавим, что шансы избавиться от трещины не велики, так как эффективно устранить дефект можно только в том случае, когда трещина находится сбоку и затрагивает только одну «банку». Если же растрескивание корпуса произошло в нижней части или в углах, тогда высока вероятность того, что после ремонта АКБ снова потечет.

При этом важно понимать, что вытекание электролита в ряде случаев быстро приводит в негодность элементы кузова автомобиля под капотом в местах установки батареи, после чего требуется дорогостоящий кузовной ремонт. По этой причине эксплуатировать даже незначительно подтекающий аккумулятор крайне не рекомендуется.

Только убедившись в том, что АКБ не имеет повреждений, можно переходить к зарядке. Что касается выставления тока заряда на зарядном устройстве (ЗУ), необходимо придерживаться показателя 1/10 в А.ч. от той емкости, которая является номинальной для конкретной батареи.

В этом случае АКБ будет заряжаться около 10 часов. Данный способ является самым простым. При этом оптимальными условиями для заряда можно считать подачу на батарею разных токов. На начальном этапе зарядка производится импульсными высокими токами, что позволяет эффективно заряжать аккумулятор с учетом процесса сульфатации пластин.

После этого основное накопление заряда происходит при подаче пониженных токов. Завершающим этапом становится дозарядка низкими прерывающимися токами, что позволяет накопить максимум заряда и восстановить пластины. Возможность такой зарядки зачастую определяется функционалом зарядного устройства.

Лучшим решением является использование автоматического ЗУ.

В любом случае, основной задачей (независимо от возможностей устройства и выбранного способа) является максимально полный заряд аккумулятора. Далее необходимо проверить плотность электролита, а также его прозрачность. Для измерения плотности используется ареометр. Прозрачность оценивается визуально. Если заметно, что электролит мутный, тогда это укажет на осыпание пластин.

Полностью заряженную батарею с прозрачным электролитом можно будет установить на автомобиль для дальнейшей эксплуатации. Если же электролит помутнел, тогда такой аккумулятор лучше заменить. Дело в том, что заливка свежего электролита и повышение его плотности все равно не позволит обеспечить АКБ нормальную работоспособность, так как происходит потеря емкости, батарея не выдаст нужного пускового тока.

Советы и рекомендации

С учетом приведенной выше информации становится понятно, что в большинстве случаев главной причиной замерзания электролита в АКБ является его недозаряд. Также важно следить за тем, чтобы в процессе зарядки батареи от ЗУ не происходило перезаряда батареи.

Как правило, на автомобиле замерзает разряженный аккумулятор. Ускоренный разряд АКБ происходит как по естественным причинам (похолодание), так и в результате растущих нагрузок в зимний период. В это время двигатель труднее заводится от стартера (масло вязнет в картере, топливо хуже испаряется), активно используются различные подогревы стекол и сидений, дольше работают фары, габариты и т.д.

При этом зимой поездки могут быть короткими, то есть АКБ попросту не успевает восстановить потраченный заряд от генератора. Чтобы не произошло сильного разряда батареи, требуется следить за плотностью электролита. Проверять плотность нужно в каждой «банке» по отдельности. Параллельно необходимо проверять и эффективность работы генератора.

Для этого нужно замерять напряжение, которые генератор выдает на АКБ, следить за нормальной работой реле-регулятора и т.д. Если были обнаружены причины, по которым происходит недозаряд, их необходимо устранить, после чего также производится полная зарядка АКБ при помощи ЗУ.

Если температуры в регионе сильно упали, тогда для предотвращения саморазряда аккумулятора бывает достаточно снять АКБ, после чего на время ночной стоянки батарея переносится в отапливаемое помещение. Когда такой возможности нет, батарею оставляют на машине, при этом производится отключение массы.

Единственное, нужно учитывать, что после отключения питания во многих случаях происходит полное обесточивание автомобильной охранной сигнализации.

Что в итоге

Как видно, нормально заряженный аккумулятор с приемлемой плотностью электролита не замерзает даже при сильных морозах.

При этом замерзание электролита в аккумуляторе не всегда означает, что АКБ полностью вышла из строя.
Для обслуживаемых аккумуляторов имеется возможность повысить плотность водно-кислотного раствора или полностью его заменить, после чего поднять заряд до максимума.

Во время зарядки необходимо правильно заряжать аккумулятор от ЗУ, чтобы избежать его недозаряда или слишком сильной перезарядки.
Для дополнительной защиты, а также в целях улучшения запуска ДВС после зимней стоянки, можно дополнительно использовать специальные обогреватели аккумуляторов (термокейсы).

Замерз электролит в аккумуляторе — что делать?

Диагностика и ремонт19 ноября 2018

Содержание

1 Причины замерзания электролита в аккумуляторе
2 Что делать, если замерз электролит?
3 Как не допустить замерзания электролита в АКБ?
4 Советы и рекомендации

Использование автомобильного транспорта в холодный сезон связано с рядом проблем. Кроме сезонной замены авторезины, омывающей жидкости и машинного масла, нужно также проверить исправность аккумуляторной батареи. Если в АКБ замерз электролит, то его корпус может потерять герметичность, а свинцовые пластины в нем разрушатся.

Причины замерзания электролита в аккумуляторе

Электролит представляет собой смесь из дистиллированной воды и серной кислоты. В нормальном состоянии плотность вещества колеблется в пределах 1,27-1,28 г/см³. В таком случае смесь может замерзнуть, если температурные показатели окружающей среды опустятся до -70°C. При этой температуре можно использовать только полностью заряженную батарею. Если значение плотности ниже, то и температура замерзания электролита в аккумуляторе будет меньше.

Лед в аккумуляторе появляется из-за изменения плотности его рабочей смеси. Основные причины снижения плотности:

существенный разряд аккумуляторной батареи;
слишком частое добавление воды.

При дозаправке водой электролитный состав может терять плотность с разной интенсивностью. Если его концентрация снижается вследствие испарения, то долив жидкости позволяет нормализовать плотность. Если же подобная манипуляция повторяется слишком часто из-за нарушения герметичности АКБ, доливка дистиллированной жидкости может стать причиной существенного снижения плотности электролитного состава, вследствие чего и заряд аккумулятора будет держаться недолго.

Сильный разряд батареи происходит не только при наличии большого количества потребителей энергии, но и в процессе простоя машины. Даже исправные аккумуляторные батареи за сутки могут сами разряжаться на 0,1-0,2%. Процесс проходит более интенсивно при низких температурах, поэтому зимой необходимо регулярно проверять уровень заряда.

Замерзая, электролит увеличивается в объеме, что часто способствует разрушению корпуса АКБ. Давление частиц льда на электроды тоже оказывает отрицательное влияние, проявляющееся осыпанием активного состава и короблением металла.

Кроме того, если замерзший аккумулятор стоял в машине и в результате этого процесса его корпус повредился, то после разморозки едкое вещество из него повредит элементы из металла, которые находятся рядом.

Что делать, если замерз электролит?

Когда АКБ замерз прямо в автомобиле, первым делом необходимо отсоединить все контакты и визуально осмотреть его корпус. При наличии сквозных трещин аккумулятор придется утилизировать, т.

к. его дальнейшее использование невозможно.

Если электролит замерз, а герметичность батареи не была нарушена, устройство нужно как можно скорее поместить в обогреваемое помещение. Запрещается сразу же заряжать аккумулятор автомобиля, в противном случае свинцовые пластинки гарантированно повредятся.

Чтобы предотвратить вытекание электролита, можно поставить АКБ для оттаивания в любую емкость из пластика. Однако этого не стоит делать, когда на корпусе устройства имеются трещины, сколы и другие механические повреждения.

После разморозки и установления температуры электролита в нормальное значение АКБ нужно зарядить электротоком на 10% от его емкости. Длительность зарядки – 10 часов.

Как не допустить замерзания электролита в АКБ?

Для профилактики замерзания электролитной смеси АКБ нужно своевременно подзаряжать. Проверять заряд желательно в тех ситуациях, когда машина зимой эксплуатируется редко.

При непродолжительных поездках в батарее не успевает восстановиться емкость от генератора, поэтому электролитный состав может замерзнуть. Кроме того, быстрой разрядке батареи способствует и то, что зимой автомобилисты часто используют подогрев кресел и стекол.

Если зимой автомобиль хранится в неотапливаемом гараже, в период сильных морозов желательно помещать батарею в теплое место. При отсутствии такой возможности для уменьшения интенсивности разрядки АКБ нужно отсоединить «массу».

Советы и рекомендации

Самая распространенная причина, по которой может замерзнуть электролит в АКБ, – недостаточный уровень заряда. Кроме того, необходимо избегать и перезаряда аккумуляторной батареи.

Дополнительно автомобилистам нужно регулярно проверять состояние электролитной смеси в каждой емкости отдельно. Параллельно необходимо следить за эффективностью и работоспособностью генератора. Для этого нужно измерить напряжение, подаваемое генератором на аккумулятор, систематически проверять реле-регулятор и т.д. При выявлении поломок их следует сразу же устранять.

Некоторые автомобилисты пользуются специальными приспособлениям в виде кейсов, которые предназначены для обогрева аккумуляторов. Такие термокейсы продаются в магазинах автомобильных товаров.

Почему замерзают аккумуляторы — RADIAN

Оставить заявку Купить

Наверняка вы можете припомнить случай, когда морозным утром в понедельник, спеша на работу, вы падали на сиденье любимого автомобиля, вставляли ключ в замок зажигания и вместо довольного урчания двигателя слышали слабое «барахтанье» стартера. Безнадёжно севший аккумулятор — проблема близкая всем автовладельцам. При эксплуатации автомобиля в жестких условиях сибирской зимы одной емкости маловато, нужны еще и увеличенные стартерные токи холодной прокрутки. Дело в том, что чем больше емкость и пусковые токи холодной прокрутки, тем больше обороты двигателя при запуске, при этом качество топливно-воздушной смеси и искрообразование для розжига этой смеси улучшается. Это хороший надежный запуск. И съем емкости с батареи при хорошем запуске меньше, значит и заряжаться такая батарея будет лучше и быстрее. Разряд батареи при таком пуске не глубокий, расход активных материалов и электролита в аккумуляторе минимален, что повышает коэффициент отдачи по току и по энергии, так как все процессы заряда–разряда протекают при более высоком напряжении. Аккумулятор с меньшей емкостью и низким током холодной прокрутки при пуске просаживается по напряжению в большей степени, на морозе напряжение может упасть и до 6 вольт. При этом прокрутка двигателя есть, а пуск двигателя осложняется из-за отсутствия образования более мощной искры или вообще отказа работы электронного блока зажигания по причине низкого остаточного напряжения на клеммах аккумулятора. И при всем при этом аккумулятор тратит очень много энергии. Автовладельцы с большим практическим опытом вождения выбирают, как правило, аккумуляторы большей емкости, зная, что несколько пусков холодного двигателя не доведут разряд батареи до недопустимой просадки напряжения. А чем выше остаточное напряжение, тем быстрее аккумулятор зарядится от генератора при движении автомобиля и восстановит свою затраченную на пуск энергию. Некоторые автомобилисты считают, что при установке аккумуляторной батареи большей емкости может выйти из строя генератор. Эти опасения напрасны, так как генератор ведет зарядку постоянным напряжением и при имеющемся, практически одинаковом, сопротивлении любого стартерного аккумулятора не может быть перегрузочных токов, которые бы могли нанести вред генератору. Вопрос снижения ресурса аккумуляторной батареи, чаще всего связан именно с тем, что из-за длительности многократных пусков, езды на короткие расстояния в городских условиях эксплуатации, генератор автомобиля не успевает вернуть энергию, потраченную аккумулятором на запуски двигателя, свет фар, лампочки салона, мощные колонки и прочие современные электроприборы автомобиля. В таких случаях рекомендуется произвести своевременную зарядку от зарядного устройства в соответствии с инструкцией по эксплуатации аккумуляторной батареи. Иногда и такие простые, казалось бы, причины, как ослабление или окисление контактов соединения с электропроводкой, приводят к снижению эффективности зарядки от генератора из-за падения напряжения на клеммах аккумулятора, при этом сам аккумулятор абсолютно исправен, но систематически не дозаряжается. Прибавьте к этому низкую температуру за бортом автомобиля и получите результат — аккумулятор разрядился! Этому явлению есть довольно простое объяснение. При низких температурах в аккумуляторах повышается вязкость электролита, скорость протекания электрохимических реакций замедляется, и в итоге снижается способность аккумулятора быстро заряжаться. Что касается температур замерзания электролита, то она у заряженного аккумулятора минус 70°С, такой аккумулятор не разморозится. И, конечно, электролит замерзнуть не может, а вот когда весь ресурс аккумулятора исчерпан и вся серная кислота израсходована на процессы разрядки, то в электролите остается практически одна вода, температура замерзания которой составляет 0°С. Ниже приведены температуры замерзания электролита в аккумуляторе при разряде:

Плотность электролита, приведенная к температуре 25°C, г/см³	Температура замерзания, минус°C
1. 090	7
1.120	10
1.140	14
1.160	18
1.180	22
1.200	28 батарея, разряженная на 50%
1.210	34
1.240	50 батарея, разряженная на 25%
1.300	70

Вода при замерзании увеличивается в объеме и выдавливает активную массу из ячеек решетки, из-за чего ослабляется контакт между активной массой и токоведущей основой, увеличивается сопротивление, в результате мы имеем снижение по токоотдаче, пусковой мощности аккумулятора и сроку службы. Такой аккумулятор теряет свой ресурс и, как правило, преждевременно выходит из строя. Именно поэтому величина тока холодной прокрутки и запас емкости в аккумуляторе в холодное время года имеет такое большое значение для беспроблемной эксплуатации. Сегодня производителями аккумуляторных батарей выпускается очень широкая линейка, из которой можно выбрать нужный аккумулятор, в зависимости от марки автомобиля и условий эксплуатации. Одним из отечественных производителей является тюменский завод по производству стартерных аккумуляторных батарей «Алькор», который выпускает несколько брендов, таких как Тюменский медведь, Ямал, Buran, Space, Xtreme, емкостью от 55 до 240 ампер-часов с различными стартерными характеристиками. Вся продукция изготовляется только из чистых материалов на высокотехнологичном современном оборудовании самых передовых иностранных фирм, специализирующихся на выпуске аккумуляторного оборудования. На сегодняшний день это один из самых высокотехнологичных российских заводов по изготовлению аккумуляторных батарей. В числе преимуществ батарей — высокий ток приема заряда и способность быстро восстанавливать энергию разряда при эксплуатации в холодное время года. Высокие токи холодного пуска при минус 18 °C — токи холодной прокрутки, обеспечивают аккумуляторам более высокую мощность и надежность запуска холодного двигателя. А широкая линейка аккумуляторных батарей, как по емкости, так и по току холодной прокрутки позволяет выбрать надежный аккумулятор практически для любой марки автомобиля.

Математика замораживания батареи | Блог Math Encounters

Цитата дня

Лучший аргумент против демократии — пятиминутный разговор со средним избирателем.
— Уинстон Черчилль

Введение

Рис. 1: Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор емкостью 7,2 А-ч
(источник). Эта батарея является рабочей лошадкой продуктов
для многих рынков, включая телекоммуникации и домашнюю безопасность
.

Я живу в холодном климате — таком холодном, что при определенных обстоятельствах мы можем заморозить наши свинцово-кислотные батареи (рис. 1). Недавно позвонил клиент, который живет в моем регионе, и спросил, не думаю ли я, что какая-либо из его батарей замерзнет за зиму. У многих абонентов его интернет-услуг есть загородные дома, которые зимой пустуют. Все эти владельцы загородных домов отключают электропитание переменного тока на зиму. Поскольку все наши оптические сетевые терминалы (ONT) подключены к источникам бесперебойного питания (UPS), они начнут работать от своих аккумуляторов при отключении питания переменного тока. Если владелец дома не отключит аккумулятор, ONT начнет разряжать аккумулятор. Это важно, потому что разряженная батарея замерзнет, а заряженная не замерзнет. Батарея, которая была заморожена, скорее всего, разряжена, и вам потребуется замена батареи.

Обратите внимание, что аккумуляторы автомобилей и фургонов редко замерзают, потому что аккумуляторы автомобилей и фургонов редко бывают полностью разряжены. Эти батареи замерзнут, если им дать достаточно остыть при разрядке. Вот типичная ситуация:

У вас есть автомобиль или дом на колесах с дистанционным запуском и стандартной электроникой. Этот набор аппаратных средств создает паразитную нагрузку 100 мА на аккумулятор: 70 мА для дистанционного запуска и 30 мА для автомобильного компьютера.
Автомобиль или автофургон стоит в холодном гараже пять дней.
Батарея разряжается и зависает.

Эта ТОЧНАЯ ситуация только что произошла с моим сыном. Теперь он должен водить машину каждые несколько дней, чтобы аккумулятор оставался заряженным.

Давайте посмотрим, почему мои клиенты ONT должны беспокоиться о разряженных батареях зимой.

Справочная информация

Свинцово-кислотные батареи содержат раствор серной кислоты (H ₂ SO ₄ ) и воды. Этот раствор называется электролитом батареи. Добавление растворенного вещества (в данном случае H ₂ SO ₄ ) в растворитель (в данном случае H ₂ O) понизит температуру замерзания раствора. Полностью заряженная батарея имеет больше H ₂ SO ₄, чем разряженная. Дополнительный H ₂ SO ₄ снижает температуру замерзания электролита аккумуляторов примерно до -70 °C. Это температура, которую мы не видим в Миннесоте. Однако температура замерзания разряженной батареи достигает ~-10 °C. К сожалению, температура в Миннесоте часто опускается ниже -10 °C.

Анализ

Этот пост посвящен представлению эмпирических данных. Тем не менее, я хочу потратить немного времени на обсуждение различных способов выражения концентрации аккумуляторной кислоты.

Концентрация кислоты в аккумуляторе

Концентрацию кислоты в аккумуляторе можно выразить тремя способами.

Удельный вес (обозначается SG )
Удельный вес сравнивает плотность электролита батареи с плотностью воды. Удельный вес легко измерить с помощью ареометра, которым пользовался почти каждый автомеханик, даже у меня есть ареометр. Я вижу недорогие ареометры в продаже каждый раз, когда захожу в магазин автомобильных запчастей.
Массовая доля (обозначается w )
Массовая доля выражает концентрацию кислоты как отношение массы кислоты к общей массе смеси кислоты и воды. Эта мера концентрации является удобной мерой, поскольку для смешивания правильно отмеренного раствора требуются только весы. К сожалению, не существует недорогого прибора для измерения массовой доли непосредственно после смешивания. После смешивания мы используем SG .
Моляльность (обозначается m )
Моляльность – количество молей растворенного вещества на кг растворителя. Преимущество использования моляльности в качестве меры концентрации аккумуляторной кислоты заключается в том, что вы можете создать правильно смешанный раствор, используя только весы. Проблема в том, что нет легкодоступного инструмента для измерения моляльности после смешивания. Опять же, мы обычно используем SG .

Массовая доля и моляльность связаны уравнением , где MM — молярная масса растворенного вещества (98 г/моль для H ₂ SO ₄ ). Удельный вес можно использовать, чтобы связать массовую долю с молярностью (обозначается M ) уравнением , где SG считается равным плотности раствора (достаточно близким для большинства применений). Я не вижу молярности, используемой аккумуляторщиками, но химики используют ее постоянно. Более подробно я расскажу об этих формулах в этом посте.

Напряжение элементов: разомкнутая цепь, зарядка и разрядка

На Рисунке 2 (Источник) показаны напряжения на клеммах 6-элементной свинцово-кислотной батареи «12 В» при различных уровнях тока заряда и разряда.

Рисунок 2: Напряжения во время зарядки и разрядки для 12-вольтовой батареи.

Из-за изменения напряжения на клеммах батареи в зависимости от зарядного или разрядного тока я построю график (рис. 3) напряжения на клеммах разомкнутой цепи. Это упростит график.

Температура замерзания и напряжение на ячейке холостого хода в зависимости от концентрации кислоты

На Рисунке 3 (Источник) показаны как точка замерзания электролита, так и напряжение на ячейке холостого хода в зависимости от массовой доли, удельного веса и моляльности. Мы обычно определяем, что полностью заряженная батарея имеет моляльность электролита 6,0 моль/кг. Точно так же разряженная батарея обычно определяется как батарея с моляльностью электролита 2,0 моль/кг.


Рис. 3(a): Точка замерзания батареи в зависимости от удельного веса.	Рисунок 3(b): Напряжение на ячейке в зависимости от удельного веса.

Заключение

Я занимаюсь этим вопросом уже несколько лет. Я подумал, что стоит задокументировать, почему батареи ИБП могут замерзнуть. Решение простое — отсоедините заряженную батарею от ИБП. Многие другие вещи замерзнут (например, смесь воды и антифриза, часто используемая для подготовки к зиме сантехники загородного дома) до того, как замерзнет заряженная батарея.

Для перепроверки моей информации я также обратился к дополнительным источникам, которые я документирую здесь.

Приложение A: Материал основного источника батареи

В дополнение к данным, представленным на рисунке 2, я также использовал следующую таблицу из «Аккумуляторов» Винала. (Справочник по Google Книгам)

Рис. 4. Данные о батареях Vinal, 1951 г. (источник).

Приложение B: Материалы для дополнительных аккумуляторов

Я проконсультировался с многочисленными источниками, чтобы подтвердить представленные здесь данные. На рис. 5 показаны данные компании Sandia, которая собрала удивительное количество данных о свинцово-кислотных батареях.

Рисунок 5: Данные об удельной массе, напряжении на клеммах и состоянии заряда (Sandia Labs). Аккумулятор 12 В имеет 6 ячеек. Чтобы получить напряжение на ячейке, я разделил напряжение на клеммах на 6.

Для упрощения сравнения с рис. 3 я переформатирую данные Sandia так, чтобы состояние заряда и напряжение на ячейке были функциями удельного веса (рис. 6).

Рисунок 6: Данные Sandia, переформатированные как функция удельного веса.

Данные на рисунке 5 аналогичны данным, показанным на рисунке 2. Поскольку это эмпирические данные, я ожидаю некоторых различий между источниками. Если вам интересно, как я создал рис. 5, см. файлы Mathcad и PDF здесь.

На рис. 6 показан другой набор данных. Эти данные также согласуются с другими наборами данных, которые я нашел.

Рисунок 6: Напряжение элемента в зависимости от удельного веса и глубины разряда (источник).

Эта запись была размещена в Аккумуляторы, Электроника и помечена батарея, электроника, свинцово-кислотная. Добавьте постоянную ссылку в закладки.

Математика замораживания батареи | Блог Math Encounters

Введение

Я живу в холодном климате — таком холодном, что при определенных обстоятельствах мы можем заморозить наши свинцово-кислотные батареи. Недавно позвонил клиент, который живет в моем регионе, и спросил, не думаю ли я, что какая-либо из его батарей замерзнет за зиму. У многих абонентов его интернет-услуг есть загородные дома, которые зимой пустуют. Все эти владельцы загородных домов отключают электропитание переменного тока на зиму. Поскольку все наши оптические сетевые терминалы (ONT) подключены к источникам бесперебойного питания (UPS), они начнут работать от своих аккумуляторов при отключении питания переменного тока. Если владелец дома не отключит аккумулятор, ONT начнет разряжать аккумулятор. Это важно, потому что разряженная батарея замерзнет, а заряженная не замерзнет. Батарея, которая была заморожена, скорее всего, разряжена.

Обратите внимание, что автомобильный аккумулятор редко замерзает, потому что автомобильный аккумулятор редко бывает полностью разряжен. Автомобильный аккумулятор замерзнет, если ему дать достаточно остыть при разрядке.

Давайте посмотрим, почему мои клиенты должны беспокоиться о разряженных батареях зимой.

Базовая информация

Свинцово-кислотные батареи содержат раствор серной кислоты (H ₂ SO ₄ ) и воды — этот раствор называется электролитом батареи. Добавление растворенного вещества (в данном случае H ₂ SO ₄ ) в растворитель (в данном случае H ₂ O) понизит температуру замерзания раствора. Полностью заряженная батарея имеет больше H ₂ SO ₄, чем разряженная. Дополнительный H ₂ SO ₄ снижает температуру замерзания электролита аккумуляторов примерно до -70 °C. Это температура, которую мы не видим в Миннесоте. Однако температура замерзания разряженного аккумулятора достигает ~-10 °C. К сожалению, температура в Миннесоте часто опускается ниже -10 °C.

Анализ

Концентрация кислоты в аккумуляторе

Концентрацию кислоты в аккумуляторе можно выразить тремя способами.

Удельный вес (обозначается SG )
Удельный вес сравнивает плотность электролита батареи с плотностью воды. Удельный вес легко измерить с помощью ареометра, которым пользовался почти каждый автомеханик. Я вижу недорогие ареометры в продаже каждый раз, когда захожу в магазин автомобильных запчастей.
Массовая доля (обозначается w )
Массовая доля выражает концентрацию кислоты как отношение массы кислоты к общей массе смеси кислоты и воды. Эта мера концентрации является удобной мерой, поскольку для смешивания правильно отмеренного раствора требуются только весы. К сожалению, не существует недорогого прибора для измерения массовой доли после смешивания.
Моляльность (обозначается м )
Моляльность – количество молей растворенного вещества на кг растворителя. Преимущество использования моляльности в качестве меры концентрации аккумуляторной кислоты заключается в том, что вы можете создать правильно смешанный раствор, используя только весы. Проблема в том, что нет легкодоступного инструмента для измерения моляльности после смешивания.

Массовая доля и моляльность связаны уравнением , где MM – молярная масса растворенного вещества (в данном случае H ₂ SO ₄). Удельный вес можно использовать для соотнесения моляльности с молярностью (обозначается цифрой 9).0066 M ) по уравнению , где SG предполагается равным плотности раствора (достаточно близкой для большинства применений). Я не вижу молярности, используемой аккумуляторщиками, но химики используют ее постоянно.

Я показываю все три формы измерения концентрации на рис. 2, на котором представлены графики температуры замерзания электролита и напряжения на ячейке в зависимости от удельного веса, моляльности и массовой доли.

Напряжения элементов: разомкнутая цепь, зарядка и разрядка

На рис. 1 (источник) показаны напряжения на клеммах 6-элементной свинцово-кислотной батареи «12 В» при различных уровнях тока заряда и разряда.

Рисунок 1: Напряжения во время зарядки и разрядки для 12-вольтовой батареи.

Из-за изменения напряжения на клеммах батареи в зависимости от тока заряда или разряда я построю график (рис. 2) напряжения на клеммах разомкнутой цепи. Это упростит график.

Зависимость температуры замерзания и напряжения на элементе холостого хода от концентрации кислоты гравитация и моляльность. Мы обычно определяем, что полностью заряженная батарея имеет моляльность электролита 6,0 моль/кг. Точно так же разряженная батарея обычно определяется как батарея с моляльностью электролита 2,0 моль/кг.

Рисунок 2: График температуры замерзания свинцово-кислотного аккумулятора и напряжения элемента.

Заключение

Я занимался этим вопросом несколько лет. Я подумал, что стоит задокументировать, почему батареи ИБП могут замерзнуть. Решение простое — отключите заряженный аккумулятор от ИБП. Многие другие вещи замерзнут (например, вода с антифризом в водопроводе загородного дома) раньше, чем замерзнет заряженная батарея.

Нравится:

Нравится Загрузка…

БУ-410: Зарядка при высоких и низких температурах

Аккумуляторы работают в широком диапазоне температур, но это не дает права заряжать их и в этих условиях. Процесс зарядки более деликатный, чем разрядка, поэтому необходимо соблюдать особую осторожность. Сильный холод и высокая температура снижают прием заряда, поэтому перед зарядкой аккумулятор следует довести до умеренной температуры.

Аккумуляторы старых технологий, такие как свинцово-кислотные и никель-кадмиевые, имеют более высокие допуски при зарядке, чем более новые системы, такие как литий-ионные. Это позволяет им заряжаться при температуре ниже точки замерзания с пониженным C-скоростью заряда. Когда дело доходит до холодной зарядки, NiCd более вынослив, чем NiMH. Свинцово-кислотные аккумуляторы также устойчивы, но литий-ионные аккумуляторы требуют особого ухода.

В таблице 1 приведены допустимые температуры зарядки и разрядки обычных аккумуляторов. В таблицу не включены специальные аккумуляторы, предназначенные для зарядки за пределами этих параметров.

Тип батареи	Температура заряда	Температура нагнетания	Консультация по оплате
Свинцово-кислотный	от –20°C до 50°C (от –4°F до 122°F)	от –20°C до 50°C (от –4°F до 122°F)	Заряжайте при температуре 0,3°C или ниже ниже точки замерзания. Понижение порога напряжения на 3 мВ/°C в горячем состоянии.
NiCd, NiMH	от 0°C до 45°C (от 32°F до 113°F)	от –20°C до 65°C (от –4°F до 149°F)	Заряжайте при температуре 0,1°C в диапазоне от –18°C до 0°C. Зарядка при 0,3°C в диапазоне от 0°C до 5°C. Прием заряда при 45°C составляет 70%. Прием заряда при 60°С составляет 45%.
Литий-ионный	от 0°C до 45°C (от 32°F до 113°F)	от –20°C до 60°C (от –4°F до 140°F)	Заправка ниже нуля не допускается. Хорошие характеристики заряда/разряда при более высокой температуре, но более короткий срок службы.

Таблица 1: Допустимые пределы температуры для различных аккумуляторов

Аккумуляторы могут разряжаться в широком диапазоне температур, но температура заряда ограничена. Для достижения наилучших результатов заряжайте аккумулятор при температуре от 10°C до 30°C (от 50°F до 86°F). Уменьшите ток заряда в холодном состоянии.

Низкотемпературная зарядка

На основе никеля: Быстрая зарядка большинства аккумуляторов ограничена температурой от 5°C до 45°C (от 41°F до 113°F). Для достижения наилучших результатов рекомендуется сузить температурный диапазон до 10–30 °C (от 50 °F до 86 °F), поскольку способность рекомбинировать кислород и водород снижается при зарядке аккумуляторов на основе никеля при температуре ниже 5 °C (41 °F). . При слишком быстрой зарядке в ячейке нарастает давление, что может привести к сбросу газа. Уменьшите зарядный ток всех никелевых батарей до 0,1C при зарядке ниже нуля.

Зарядные устройства на основе никеля с определением полного заряда NDV (отрицательное деление V) обеспечивают некоторую защиту при быстрой зарядке при низких температурах. Плохой прием заряда при низких температурах имитирует полностью заряженную батарею. Частично это вызвано повышением высокого давления из-за пониженной способности рекомбинировать газы при низкой температуре. Повышение давления и падение напряжения при полной зарядке кажутся синонимами.

Для обеспечения быстрой зарядки при любых температурах в некоторые промышленные аккумуляторы добавляется тепловое покрытие, которое нагревает аккумулятор до приемлемой температуры; другие зарядные устройства регулируют скорость зарядки в соответствии с преобладающей температурой. Потребительские зарядные устройства не имеют этих условий, и конечному пользователю рекомендуется заряжать только при комнатной температуре.

Свинцово-кислотные: Свинцово-кислотные достаточно терпимы, когда дело доходит до экстремальных температур, как показывают стартерные аккумуляторы в наших автомобилях. Частично эта терпимость объясняется их вялым поведением. Рекомендуемая скорость зарядки при низкой температуре составляет 0,3°С, что практически соответствует нормальным условиям. При комфортной температуре 20°C (68°F) выделение газа начинается при зарядном напряжении 2,415 В/элемент. При переходе к –20°C (0°F) порог газовыделения повышается до 2,97 В/элемент.

Свинцово-кислотная батарея заряжается постоянным током до заданного напряжения, которое обычно составляет 2,40 В на элемент при температуре окружающей среды. Это напряжение зависит от температуры и устанавливается выше, когда холодно, и ниже, когда тепло. На рис. 2 показаны рекомендуемые настройки для большинства свинцово-кислотных аккумуляторов. Параллельно на рисунке также показано рекомендуемое напряжение плавающего заряда, к которому возвращается зарядное устройство, когда батарея полностью заряжена. При зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов при колебаниях температуры зарядное устройство должно иметь регулировку напряжения, чтобы свести к минимуму нагрузку на аккумулятор. (См. также BU-403: Зарядка свинцово-кислотного аккумулятора)

0371 [1]
Зарядка при низких и высоких температурах требует регулировки предела напряжения.

Замерзание свинцово-кислотного аккумулятора приводит к необратимому повреждению. Всегда держите аккумуляторы полностью заряженными, так как в разряженном состоянии электролит становится более водянистым и замерзает раньше, чем при полном заряде. По данным BCI (Международный совет по аккумуляторным батареям), удельный вес 1,15 соответствует температуре замерзания –15°C (5°F). Это сопоставимо с -55°C (-67°F) для удельного веса 1,265 с полностью заряженной стартерной батареей. Залитые свинцово-кислотные аккумуляторы имеют тенденцию к растрескиванию корпуса и протечке при замерзании; герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы теряют свою эффективность и работают всего несколько циклов, после чего исчезают и требуют замены.

Литий-ионный: Литий-ионный аккумулятор можно быстро заряжать от 5°C до 45°C (от 41 до 113°F). Ниже 5°C ток заряда должен быть уменьшен, а зарядка при отрицательных температурах запрещена из-за снижения скорости диффузии на аноде. Во время зарядки внутреннее сопротивление элемента вызывает небольшое повышение температуры, которое частично компенсирует холод. Внутреннее сопротивление всех аккумуляторов возрастает в холодном состоянии, что заметно увеличивает время зарядки. Это также заметно влияет на производительность разряда литий-ионных аккумуляторов.

Многие пользователи аккумуляторов не знают, что литий-ионные аккумуляторы потребительского класса нельзя заряжать при температуре ниже 0°C (32°F). Несмотря на то, что аккумулятор заряжается нормально, во время заряда с пониженной температурой на аноде происходит покрытие металлическим литием, что приводит к необратимому ухудшению характеристик и безопасности. Аккумуляторы с литиевым покрытием более уязвимы при воздействии вибрации или других стрессовых условий. Усовершенствованные зарядные устройства (Cadex) предотвращают зарядку литий-ионных аккумуляторов при температуре ниже нуля.

Предпринимаются усовершенствования для зарядки литий-ионных аккумуляторов при температурах ниже нуля. Зарядка действительно возможна с большинством литий-ионных элементов, но только при очень низких токах. Согласно исследовательским документам, допустимая скорость зарядки при –30°C (–22°F) составляет 0,02°C. При таком малом токе время зарядки может увеличиться до 50 часов, что считается нецелесообразным. Однако существуют специальные литий-ионные аккумуляторы, которые могут заряжаться до –10°C (14°F) с меньшей скоростью.

Некоторые производители литий-ионных аккумуляторов предлагают специальные элементы для холодной зарядки. Также потребуются специальные зарядные устройства, которые снижают C-rate в зависимости от температуры и заряжают аккумулятор до более низкого пикового напряжения; Например, 4,00 В на ячейку вместо обычных 4,20 В на ячейку. Такие ограничения уменьшают энергию, которую может удерживать литий-ионный аккумулятор, примерно до 80% вместо обычных 100%. Время зарядки также будет увеличено и может длиться 12 часов и дольше в холодном состоянии.

Литий-ионные аккумуляторы, заряжаемые при температуре ниже 0°C (32°F), должны пройти нормативную проверку, чтобы подтвердить отсутствие литиевого покрытия. Кроме того, специально разработанное зарядное устройство будет поддерживать выделенный ток и напряжение в безопасных пределах во всем диапазоне температур. Сертификация таких аккумуляторов и зарядных устройств очень затратна, что отразится на цене. Аналогичные нормативные требования также применяются к искробезопасным батареям (см. BU-304: Зачем нужны схемы защиты?)

Некоторые производители аккумуляторов и зарядных устройств заявляют, что заряжают литий-ионные аккумуляторы при низких температурах; однако большинство компаний не хотят брать на себя риск потенциальной неудачи и брать на себя ответственность. Да, литий-ионные аккумуляторы будут заряжаться при низкой температуре, но исследовательские лаборатории, изучающие эти аккумуляторы, получают тревожные результаты.

Высокотемпературная зарядка

Тепло — злейший враг аккумуляторов, в том числе свинцово-кислотных. Добавление температурной компенсации к свинцово-кислотному зарядному устройству для адаптации к колебаниям температуры продлевает срок службы батареи до 15 процентов. Рекомендуемая компенсация составляет 3 мВ на ячейку при повышении температуры на каждый градус Цельсия. Если для плавающего напряжения установлено значение 2,30 В/элемент при 25°C (77°F), напряжение должно составлять 2,27 В/элемент при 35°C (95°F). При более низких температурах напряжение должно составлять 2,33 В на элемент при 15°C (59°F). Эти корректировки на 10°C соответствуют изменению на 30 мВ.

В таблице 3 указано оптимальное пиковое напряжение при различных температурах при зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов. В таблице также указано рекомендуемое плавающее напряжение в режиме ожидания.

Состояние батареи	-40°C (-40°F)	-20°C (-4°F)	0°C (32°F)	25°C (77°F)	40°C (104°F)
Ограничение напряжения при перезарядке	2,85 В/ячейка	2,70 В/ячейка	2,55 В/ячейка	2,45 В/ячейка	2,35 В/ячейка
Плавающее напряжение при полной зарядке	2,55 В/элемент или ниже	2,45 В/ячейка или ниже	2,35 В/ячейка или ниже	2,30 В/ячейка или ниже	2,25 В/ячейка или ниже

Таблица 3: Рекомендуемые пределы напряжения
при зарядке и обслуживании стационарных свинцово-кислотных аккумуляторов в режиме подзарядки.

Компенсация напряжения продлевает срок службы батареи при работе в условиях экстремальных температур.

Зарядка аккумуляторов на основе никеля при высоких температурах снижает выделение кислорода, что снижает приемлемость заряда. Тепло обманывает зарядное устройство, заставляя его думать, что аккумулятор полностью заряжен, когда это не так.

Зарядка аккумуляторов на основе никеля в теплом состоянии снижает выделение кислорода, что снижает приемлемость заряда. Тепло обманывает зарядное устройство, заставляя его думать, что аккумулятор полностью заряжен, когда это не так. На рис. 4 показано сильное снижение эффективности заряда по сравнению с «линией 100-процентной эффективности» при температуре выше 30°C (86°F). При 45°C (113°F) батарея может принять только 70% своей полной емкости; при 60°C (140°F) прием заряда снижается до 45 процентов. NDV для обнаружения полного заряда становится ненадежным при более высоких температурах, а измерение температуры необходимо для резервного копирования.

Рис. 4. Прием заряда NiCd в зависимости от температуры ^[2]

Высокая температура снижает прием заряда и отклоняется от пунктирной «линии 100% эффективности». При 55°C коммерческий NiMH имеет КПД заряда 35–40%; более новый промышленный NiMH достигает 75–80%.

Литий-ионный аккумулятор хорошо работает при повышенных температурах, но длительное воздействие тепла снижает срок службы. Зарядка и разрядка при повышенных температурах приводят к выделению газа, что может привести к вентилированию цилиндрического элемента и вздутию карманного элемента. Многие зарядные устройства запрещают зарядку при температуре выше 50°C (122°F).

Некоторые аккумуляторы на основе лития мгновенно нагреваются до высоких температур. Это относится к батареям в хирургических инструментах, которые стерилизуются при температуре 137°C (280°F) до 20 минут в процессе автоклавирования. Бурение нефтяных и газовых скважин как часть фрекинга также подвергает батарею воздействию высоких температур.

Потеря емкости при повышенной температуре находится в прямой зависимости от уровня заряда (SoC). Рисунок 5 иллюстрирует действие литий-кобальта (LiCoO2), который сначала подвергается циклированию при комнатной температуре (КТ), а затем нагревается до 130°C (266°F) в течение 90 минут и циклически на 20, 50 и 100 процентов SoC. Заметной потери емкости при комнатной температуре нет. При 130 °C с 20-процентной SoC наблюдается небольшая потеря емкости в течение 10 циклов. Эта потеря выше при 50-процентном SoC и показывает разрушительный эффект при циклическом включении при полной зарядке.

Рис. 5. Потеря емкости при комнатной температуре (RT) и 130°C в течение 90 минут ^[3]
Стерилизацию аккумуляторов для хирургических электроинструментов следует проводить при низкой SoC.

Испытание: ячеек LiCoO2/Graphite подвергали воздействию температуры 130°C в течение 90 минут при различной SoC между каждым циклом.

Разное