Плотность аккумулятора: как измерить и повысить.

Аккумулятор состоит из отдельных гальванических элементов, преобразующих химическую реакцию в электрическую энергию. Каждый элемент имеет напряжение 2 V. Плотность аккумулятора (электролита) формируется шестью элементами, последовательно соединенными в одном пластмассовом корпусе. Работают они на повышение напряжения. А силу тока можно увеличить, соединив их параллельно.

Устройство

Аккумуляторная батарея (АКБ) является химическим источником тока, резервирующим электрическую энергию для питания стартера. Она же снабжает током приборы автомобиля. Считается хорошим подспорьем, когда наблюдается низкая мощность генератора.

К основным параметрам АКБ следует отнести:

• номинальную емкость;
• напряжение;
• ток холодного запуска двигателя.

Данные маркируются на корпусе аккумулятора.

Практически все автомобильные аккумуляторы работают на свинцово — кислотных батареях. Материал корпуса из пропилена, изоляционный, стойкий к кислоте. Каждый аккумулятор содержит попеременно расположенные положительно и отрицательно заряженные электроды. Между пластинами (электродами) размещаются пластиковые сепараторы, отделяющие пластины друг от друга.

Сами электроды представляют собой свинцово–кальциевый сплав, рассчитанный на ограничение степени саморазряда. То есть, за полтора года он может разрядиться на 50%. Эти аккумуляторы относятся к категории не обслуживаемых, поскольку потеря воды в них составляет всего 1 гр/Ач. Кстати, добавление серебра или олова в электроды заметно повышает их коррозионную стойкость.

Структура решетки положительных и отрицательных элементов имеют разную технологию изготовления. Например, на отрицательных электродах делаются просечки свинцовой пластины, затем проводят растяжку. Положительные электроды состоят из опорной рамы с жилками конкретной направленности. Такая конструкция обеспечивает качественную жесткость и ограничивает их линейное расширение. Более того, положительные пластины покрываются диоксидом свинца, а отрицательные, губчатым свинцом. Отрицательные и положительные элементы помещаются в сернокислотный раствор, величина плотности которой зависит от уровня зарядки батареи.

Принцип работы

Действие аккумулятора является результатом способности его преобразовывать химическую реакцию в электрическую энергию при разряде, наоборот, при заряде. Исходя из этого принципа, все АКБ работают в циклическом режиме.

То есть, подключение потребителей вызывает разряд активной положительной и отрицательной масс, взаимодействующих с электролитом. В этом случае плотность падает, «садится». Но АКБ заряжается от генератора. Зарядку батарей можно получить и от зарядного устройства. Происходит процесс преобразования раствора в двуокись свинца и соединение серной кислоты, что приводит к повышению плотности раствора.

Нужно отметить, что работоспособность батареи во многом зависит от температуры среды. При повышенной температуре отдаваемая мощность повышается, что приводит к саморазряду, величина которого находится в прямой зависимости от температуры среды и конструкции электродов.

Продолжительность работы АКБ составляет 4÷5 лет и это средняя величина.

Плотность

Определяется визуально, так называемым, стеклянным глазом или цветным датчиком. Зеленый оттенок на нем свидетельствует о заряженности, черный цвет – среднем уровне зарядки и желтый означает низкую величину зарядки. Значит, принцип работы этого визуального прибора построен на плотности электролита.

Автомобильные батареи рассчитаны на жесткое крепление, посредством рамки, во избежание его опрокидывания или разлива.

Способ проверки

Плотность электролита в аккумуляторе проверяется простым автомобильным ареометром. Это стеклянная колбочка с резиновой грушей на верхнем конце и длинной резиновой трубкой снизу. Внутри колбы помещается обычный ареометр. Нажимая на грушу, выпускается из нее воздух. Резиновая трубка прибора опускается в банку как можно ниже. Расслабляя руку, выбирается из нее содержимое. При этом ареометр внутри колбы начинает всплывать и, не касаясь чего-либо, становится на отметке. Нижняя градуировка (мениск) и покажет плотность. Нажатием груши содержимое колбы сливается обратно. Процедура повторяется с каждой банкой.

Оптимальный уровень зарядки

Уровень зарядки автомобильного аккумулятора зимой достигает 25%. Это сигнал о необходимости произвести зарядку. Следует помнить, что зимой, при температуре среды–20° C и плотности 1г/см³, аккумулятор склонен замерзнуть. Поводом для подзарядки может стать и разная плотность отдельных банок в пределах 0,02 г/см³. При этом оптимальный ток не должен превышать 0,05 самой батареи. Например, для зарядки батареи, емкость которой составляет 60 Ач, сила тока будет 3,0 Ач. Лучше не доводить электролит до кипения сильным током. Кстати, слабый ток подзарядит батарею лучше. Если в течение двух часов раствор не закипает, а плотность остается без изменения, то считается аккумулятор полностью заряженным.

При исправной работе генератора и реле, аккумулятор получает наибольшую зарядку во время езды.

Нужно знать, что с запуском двигателя зимой аккумулятор начинает заряжаться только после достижения электролитом положительной температуры. Информация к тому, что зимние переезды, даже на короткие расстояния могут стать поводом полной разрядки источника тока.

Кстати, летом для плотности раствора достаточно 1.18

Проверка

Как проверить плотность аккумулятора денсиметром, если электролит уже разбавлялся дистиллированной водой. Здесь плотность замеряют через 40 минут после запуска двигателя. По наименьшему показателю плотности одной банки определяется, общая разрядка батареи. К примеру, если плотность электролита в аккумуляторе не удается измерить, степень разрядки проверяют нагрузкой стартера. Для этого используется специальная нагрузочная вилка. Посредством лапок, клемма каждой банки поочередно замыкается на 5 секунд, для фиксации показаний вольтметра. Разность по каждой банке не должна составлять более 0,2 V. При высокой разности, банка заменяется.

Повышение плотности

Вопрос как поднять плотность аккумулятора стоит всегда, когда стартер отказывает крутить маховик. Это, прежде всего, падение плотности батареи, которая может произойти по разным причинам. Что же делать? Нужно замерить показания электролита каждой банки, зная, что плотность его не должна превышать 1.29. Для северных реалий шкала может быть и выше. Но если цифра показывает, например, 1.18–1.20, добавка электролита с показателем 1.27 только повысит плотность. Процедура откачки старого остатка из одной банки выполняется при помощи клизмы–груши. Поочередно доливается новый раствор из расчета половины объема удаленного. После небольшой встряски, на предмет качественного смешения раствора, делается замер плотности. Если значение ее меньше нужного, доливается остальной объем. Процесс ведется до достижения необходимой плотности.

При всем желании, полная замена электролита не выдаст тех результатов, которые показывают новые батареи.

Влияние сульфатации

Это процесс окисления и затем кристаллизации, так или иначе, происходящих химических реакций. В результате элементы пластины становятся очагом высокого сопротивления внутри батареи. В этой ситуации имеет место резкое повышение сопротивления и закипание электролита. Незнание о появлении коричневых или бело–грязных пятен на пластинах вовсе не гарантирует нормальную работу аккумулятора.

Высокий уровень сульфатации приводит к скачкам температуры в момент запуска двигателя, повышению газовыделения. Фактор сказывается на емкости батареи, цвете и плотности раствора. Если оказия обнаружена своевременно, то можно воспользоваться процедурой разрядки–зарядки батареи.

Для этого нужно полностью зарядить ее и довести плотность до 1.285 г/см³, заправляя постепенно электролитом. Если переборщили, можно разбавить дистиллированной водой. Полностью зарядив батарею, начинают процесс разрядки, методом подключения лампы накаливания в пять ампер. Когда напряжение будет доведено до 10,2 V, нужно остановиться, поскольку эта величина равна напряжению 1,7 V каждой банки. При желании процесс можно повторить.

Есть утверждения о целесообразности этой методики спасения батареи.

Что ускоряет износ

1. Использование некачественного раствора, непроверенной дистиллированной воды;
2. длительное время хранения в разряженном состоянии;
3. случаи замерзания раствора также весьма пагубно сказываются на работоспособности аккумулятора.

Но правильный, своевременный уход и обслуживание батарей всегда был залогом длительной ее эксплуатации

Как‌ ‌проверить‌ ‌плотность‌ ‌электролита‌ ‌аккумулятора‌

 

Если у автомобиля неисправный аккумулятор, то ездить на нем не рекомендуется. Профессиональные водители прекрасно понимают, какие проблемы за собой несет севшая акб. Чтобы избежать во время езды нештатных ситуаций, необходимо своевременно обслуживать аккумулятор. Для этого требуется знать, как измерить плотность электролита в аккумуляторе. Повышенные и пониженные показатели существенно уменьшают эффективность работы батареи.

Что такое плотность?

Свинцовые батареи включают в себя несколько элементов, одним из которых является электролит. Он представлен в виде серной кислоты, в составе которой присутствует дистиллированная вода. Воду добавляют в электролит из-за того, что концентрированная кислота имеет свойство растворять металлы. Разбавляют ее до такого состояния, чтобы состав не смог разрушить свинец. Плотность кислоты и воды разная — 1,84 г\\Мл и 1 г/мл соответственно.

Электролиз проходит сильнее, если плотность высокая, при этом разрушение свинца проходит еще быстрее. Для аккумуляторов, эксплуатируемых в разных условиях, должна быть своя плотность в диапазоне от 1,25 г/мл и выше. Также электролит можно купить и довести до требуемых значений.

В процессе эксплуатации акб и при постоянном недоразряде на пластинах формируется налет кислоты со свинцом. Иными словами происходит сульфация, которая негативно влияет на работоспособность батареи. Интенсивность электролиза становится низкой. При попытке подзарядить аккумулятор происходит кипение вещества.

Какой должна быть?

С точностью сказать, какой должна быть плотность акб нельзя, поскольку это значение зависит от климата. Если эксплуатация проходит в умеренном климате, то плотность электролита должна соответствовать 1,25-1,27. При работе в холодных регионах это значение должно быть выше на 0,01, а в жаркой местности — ниже на 0,01. Самой высокой должна быть плотность в аккумуляторе в регионах с экстремально низкими температурами (до – 50°С). Каждому автовладельцу стоит знать, что чем ниже плотность в заряженном акб, тем больше он проработает.

Как уже было выяснено, плотность электролита влияет на состояние батареи и на срок ее службы. Если автолюбитель имеет обслуживаемую акб, то он может замерить значение с помощью специального прибора. Но поднимать параметры своими руками не стоит, иначе есть риск испортить пластины.

К примеру, многие автолюбители доливают кислоту, не зная, что ее молекулы находятся и в растворе, и на пластинах. После процедуры зарядки молекулы открепляются и восполняют недостаток кислоты в веществе. Если произвести долив, то кислоты станет чрезмерно много, что приведет к разрушению пластин.

Подготовительная работа

Прежде чем произвести измерение плотности электролита в аккумуляторе самостоятельно, необходимо подготовиться.

Водителю нужно знать следующие нюансы работы:

 Для работы стоит использовать средства защиты.

 Перед измерением следует убедиться, что раствор присутствует. Если его мало, то доливают воду.

 Уровень плотности измеряют только после осмотра устройства со всех сторон.

 Клеммы стоит очистить от грязевого налета с помощью наждачки, щетки.

Иногда требуется произвести демонтаж акб, отключить клеммы и фиксирующие пластины. Перед выключением акб нужно также деактивировать электроприборы и систему зажигания. Чтобы в банки не попала грязь, аккумулятор очищают тряпкой.

Техника безопасности при проверке

Во время проверки плотности идет работа с кислотой. При несоблюдении техники безопасности водитель может получить кожные ожоги. Чтобы провести процедуру правильно, необходимо следовать рекомендациям:

 Работать в специальной одежде, которую не жалко выбросить.

 Замеры производятся только в резиновых перчатках.

 При приготовлении электролита возможно потребуются защитные очки.

 Помещение желательно чтобы было вентилируемое.

Делая замеры, водителю не стоит курить, поскольку кислота взрывоопасна из-за содержания водорода.

Ареометр — это?

Ареометр — прибор, работа которого основывается на законе Архимеда. Иными словами, это устройство помогает исследовать плотность электролита после погружения его в жидкость. Что касается плотности, то она представляет собой удельный вес кислоты и воды по отношению к общему объему.

Ареометр различается по видам, водителю потребуется автомобильный вариант. Его конструкция включает в себя трубку, резиновую грушу, пипетку и сам прибор. Пипетка прикреплена к трубке так, чтобы она доставала до пластин. Внутри трубки — ареометр, который также состоит из трубки, на конце которой находится груз. Другой конец трубки превращается в узкую палочку с измерительной шкалой на поверхности. Резиновая груша прикреплена с другого конца корпуса.

Как использовать для проверки ареометр?

Водители, которых интересует, как замерить плотность электролита в аккумуляторе, должны знать некоторые условия для создания правильных измерений. Перед процедурой нужно убедиться, что аккумулятор заряжен полностью, но после подзарядки замерять плотность запрещено. Значения прибора придется корректировать, отталкиваясь от t электролитической жидкости. Самыми правильными параметрами будут те, что были выполнены при t раствора в +27°С.

Инструкция по измерению плотности прибором:

 Для начала нужно собрать ареометр, то есть соединить корпус с пипеткой, туда же помещают денсимер и закрывают с обратного конца грушей.

 Плотность замеряют в каждой банке. Пипетку устанавливают внутрь и в ареометр набирают кислоту. Для получения информации не потребуется много жидкости.

 Показания прочитать можно, если взглянуть на шкалу прибора и место, где она пересекается с поверхностью жидкости.

Главное, разобраться, в каких измерениях на шкале отмечены значения. Бывают приборы с показаниями г/см3 и кг/см3.

Можно ли обойтись без прибора?

Если в наличии ареометра не оказалось, то проверку плотности осуществляют мультиметром. Сначала нужно собрать инструмент, подключив к корпусу провода с крокодилами. Тестер переключают на режим вольтметра, переводя переключатель на 20В. После этого прибор начнет демонстрировать значения ниже этого.

После этого кабеля присоединяют к выходам акб, то есть черный соединяют с отрицательной клеммой, а красный — с положительной. Далее нужно промониторить значения напряжения и сравнить информацию с «нормой». Заряженный аккумулятор покажет 12,7 вольт. Если значения ниже, то это говорит о том, что плотность ненормированная. В этой ситуации нужно дальнейшая диагностика акб или его замена.

Измерение самодельным устройством

Если у водителя нет ни ареометра, ни мультиметра, ему стоит соорудить прибор самостоятельно. Главной деталью устройства в обоих случаях является поплавок. Вместо емкости часто используют пробирку. Ее наполняют крупой или сыпучей смесью, а в качестве груза берут свинцовый кусок металла.

Емкость помещают в воду и отмечают «1» место, где возникнет уровень. Цифра означает, что жидкость обладает плотностью 1. Для дальнейшей «разметки» потребуется провести замеры с жидкостью более высокой плотности.

В результате, для проверки плотности электролита в аккумуляторе потребуется провести те же самые действия, что и со специальными приборами.

Проверка плотности в необслуживаемом акб

Необслуживаемый аккумулятор представляет собой батарею, у которой нет пробок для залива растворов. Получается, что автовладелец не имеет возможности заполучить доступ к банкам. Однако существует один способ, как проверить плотность электролита в аккумуляторе, не открывая банки.

Для начала водителю нужно открутить глазок индикатора жидкости, находящийся на крышке. Замер осуществляют через отверстие. Но полученные результаты будут соответствовать только одной банке. Из-за конструкции акб повысить плотность не получится никакими способами. Замеры в необслуживаемом аккумуляторе проводятся теми же самыми приборами.

Чаще всего повышение плотности осуществляют через ЗУ (зарядное устройство). Суть процедуры заключается в том, чтобы с помощью подачи минимального тока восстановить плотность электролитической жидкости. АКБ устанавливают на зарядку и ожидают до 3 суток. За это время излишки влаги выпарятся, увеличивая плотность.

Типичные неисправности

Прежде чем проверять значения плотности и повышать (понижать) ее, необходимо изучить типичные неисправности акб.

К ним относят:

 Осыпание. Иногда пластины осыпаются. Об этом свидетельствует присутствие на дне хлопьев или кусков свинца. Восстановить устройство не получится. Требуется замена.

 Низкая плотность жидкости. При обнаружении низких показателей, необходимо повысить их всеми доступными способами, а затем оценить состояние акб.

 Короткое замыкание. Если пластина внутри акб коснется дна, то батарея работать не будет. Обычно это происходит из-за большого количества осадка. Аккумулятор требует замены, поскольку выдать больше 10 вольт без нагрузки не сможет.

Всех этих проблем можно избежать, если правильно эксплуатировать батарею.

Какой ареометр купить в РФ?

Автомобильные ареометры также подразделяются на несколько видов по назначению. К примеру, с их помощью измеряют показатели антифриза. Рассмотрим, какие ареометры предназначены для определения плотности электролита.

 Jonnesway AR030001 — тайваньское изобретение с трехцветной шкалой. Прибор устойчив к агрессивной среде, герметичен и имеет небольшой вес. Отличается высокой стоимостью.

Heyner PREMIUM 925 010 — качественный прибор с пластиковым корпусом, определяющий плотность при минимальном количестве электролита.

 AUTOPROFI АКБ BAT/TST-118 — российская разработка с небольшим весом и простым управлением. На корпусе имеется цветная шкала. Разобраться в использовании сможет даже новичок. Долговечный прибор по мнению большинства пользователей.

 JTC 1041 — тайваньское бюджетное устройство, определяющее степень зарядки и плотность электролита.

 Вымпел АР-02 5002 — бюджетное российское изобретение. Его главным преимуществом является наличие стеклянной колбы. Способен проработать ни один десяток лет благодаря стеклу, которое не мутнеет.

Эксперты советуют покупать ареометры со стеклянной колбой, которая будет устойчива к органическим соединениям. Пластик также способен выдерживать агрессивную среду, но со временем он тускнеет. Для начинающих водителей понадобится прибор с цветной шкалой, для профессионалов — цифровая.

Заключение

Измерить плотность электролитической жидкости не так сложно, если использовать специальные инструменты. Во избежание получения ожогов, эксперты советуют надевать средства защиты, в том числе очки и перчатки. Если под рукой нет ареометра или мультиметра, то можно смастерить прибор самостоятельно. Однако для частых замеров лучше приобрести прибор отечественного или тайваньского производства. На рынке представлен широкий выбор моделей из разных ценовых категорий.

Как проверить плотность аккумулятора мультиметром

На чтение 21 мин. Просмотров 99 Обновлено 04.08.2019

Главным топливом современного автомобиля является не бензин или дизель, а электричество. Без него не включится ни одна основная или вспомогательная система, и даже двигатель запустить не получится. Источником энергии является аккумулятор, о состоянии которого многие водители даже не задумываются, пока тот не выйдет из строя. В этой статье рассматривается, как проверить аккумулятор мультиметром, чтобы не оказаться в сложной ситуации, когда без сторонней помощи не обойтись.

Как проверить аккумулятор мультиметром? Необходимое оборудование

Мультиметр – прибор, которым должен обладать любой автовладелец. Он позволяет оперативно и в «полевых условиях» определять массу показателей:

• напряжение;
• емкость батареи;
• сопротивление;
• температуру.

На некоторых современных аккумуляторах устанавливается индикатор заряда, что сильно облегчает жизнь водителю, но такие батареи стоят на 20–30% дороже обычного оборудования. Имея мультиметр, можно легко, быстро и с достаточным уровнем точности определить массу важных параметров, касающихся АКБ.

Как проверить зарядку аккумулятора мультиметром?

Определить, в каком состоянии находится литий-ионный (наиболее распространенный вид современных батарей) аккумулятор довольно просто, если следовать этим указаниям:

• Отсоединяете накопитель энергии от автомобиля и ждете 5–6 часов.
• Мультиметр должен работать в режиме «вольтаж» (проверка напряжения).
• Стандартный литиевый аккумулятор вырабатывает ток в диапазоне 12,7–13,2 вольта. Переключатель устанавливается на показатель 20 или наиболее близко к нему. Так замеряется напряжение от этого значения и ниже.
• Провода, идущие от прибора, подсоединяются к батарее: красный на положительную клемму, черный – на отрицательную. Если провода одного цвета, то ориентироваться следует на их маркировку и подключать к противоположным зарядам, минус к плюсу и наоборот.

В зависимости от показателей прибора, следует принимать решение насчет замены или дальнейшего использования аккумулятора.

• 12,7–13,2 вольта – батарея заряжена и готова к работе;
• 12,1–12,4 V показывает, что зарядка аккумулятора произведена примерно наполовину и желательно увеличить уровень энергии;
• 11,6–12 вольт – сильное истощение и в качестве источника электричества аккумулятор не годится;
• Ниже 11-и V – оборудование полностью выведено из строя и попытки его использования могут привести к поломке.

Чтобы понять, как проверить аккумулятор автомобиля на работоспособность мультиметром, не нужны особенные знания или специальное оборудование, достаточно немного времени и соблюдение перечисленных советов.

Как проверить емкость аккумулятора мультиметром?

Емкостью аккумулятора называется количество накопленной энергии, которую способна отдать батарея за конкретный период времени. Величина измеряется в ампер-часах. Определить ее значение можно двумя способами: проверка под нагрузкой и метод контрольного разряда.

Как проверить емкость аккумулятора мультиметром под нагрузкой?

Каждая заводская батарея имеет нанесенную на корпус маркировку, где указано значение емкости. Со временем оно начинает уменьшаться и реальные цифры становятся ниже заявленных показателей. Чтобы определить целесообразность дальнейшего использования оборудования, необходима нагрузка. В качестве нагрузки могут выступить фары автомобиля или даже обыкновенная лампочка на 35–40 Вт.

Поэтапно рассмотрим, как проверить мультиметром заряд аккумулятора:

• Батарея отсоединяется от генератора;
• Присоединяете к ней лампочку и в течение двух-трех минут наблюдаете за работой электрической цепи;
• Разъединяете элементы и мультиметром снимаете показания с аккумулятора, предварительно включив режим измерения напряжения.

Если показатели на экране прибора превышают 12,4 единицы, то батарея исправна. Значение в 12–12,3 указывает на необходимость скорой замены оборудования.

Как проверить емкость аккумулятора мультиметром, применяя контрольный разряд?

Для этого вида определения емкости понадобится полностью зарядить батарею и присоединить ее к электрической цепи, которая имеет нагрузку, равную или близкую по значению к заявленным в техническом паспорте показателям. Дополнительно присоединяется мультиметр, работающий в режиме амперметра.

Понадобится немного подождать, чтобы сила тока снизилась наполовину, отметить, сколько прошло времени, и сравнить с указанными в паспорте значениями. Если показатель отличается на незначительную величину, то емкость оборудования снизилась не сильно и его можно использовать дальше. Большая разница в числах означает, что пора подыскивать новую батарею.

Как проверить утечку аккумулятора мультиметром?

Утечка тока – это показатель, который обозначает расход энергии на поддержание функционирования подключенных к неповрежденной электрической цепи сторонних приборов. Для каждой АКБ существует значение минимальной утечки тока, которое относительно автомобильной батареи в среднем составляет 55–80 мА.

В этот показатель входит обеспечение работы памяти магнитолы, системы впрыска топлива, сигнализации и ряда других вспомогательных систем. Совокупное значение не должно превышать 60–70 мА. Если утечка выше – то аккумулятор будет слишком быстро разряжаться и его придется менять. Это также важно, как знать, какую сигнализацию выбрать?

Чтобы знать, как проверить утечку аккумулятора мультиметром, следует сделать следующее:

• Подготовьте транспортное средство к замеру. Отключите все, расходующее электрический заряд системы, и подождите пару минут.
• Снимите положительную клемму с автомобильного АКБ.
• Щуп мультиметра с отрицательным значением подключаете к клемме машины.
• Провод с плюсом – к энергобатарее.

После этого необходимо снять показания с экрана прибора. Если они превышают норму, то вам надо по одному отключать и ставить обратно реле и предохранители, замеряя изменения тока утечки. После отсоединения одного из реле цифры придут в норму, следовательно оно и является слабым звеном цепи.

Как проверить «ампераж» аккумулятора мультиметром?

Чтобы определить силу тока, которую выдает ваша АКБ, понадобится создать цепь с нагрузкой. В ее роли выступает любой прибор или оборудование, потребляющее электроэнергию. Для замера понадобится предпринять следующие действия:

• Прибор устанавливается в режим замера ампер, а переключатель на нем – на переменный ток, который обозначается английскими литерами AC.
• Отсоединяете клемму с плюса батареи и на ее место ставите отрицательный провод измерительного прибора.
• К оборудованию, которое выступает в качестве нагрузки, присоединяете отрицательную клемму АКБ и щуп измерителя с положительным зарядом.
• В зависимости от конструкции, смотрите на высветившееся число или отсчитываете его на шкале прибора.

Исправный и полностью заряженный аккумулятор демонстрирует показатели в пределах 12,6–13 В.

Как проверить напряжение аккумулятора мультиметром?

Можно произвести замер напряжения при включенном двигателе. Удовлетворительным показателем считается значение в 13,5–14 В. Оно указывает, что АКБ можно смело продолжать использовать.

Если число на измерительном приборе превышает 14,2 В, то аккумулятор не заряжается полностью, а генератор работает в усиленном режиме, чтобы снабдить все зависимые системы автомобиля энергией. Но следует учитывать окружающую обстановку при замере, холодной зимней ночью батарея могла разрядиться и генератор вырабатывает увеличенное напряжение, чтобы ее заполнить. Подождите 10–15 минут и повторите процедуру. Если значения снизились – все в порядке.

Если, при проверке мультиметром напряжения аккумулятора, с запущенным двигателем и отключении расходующих электроэнергию системах прибор показывает ниже 13 В, то это указывает на перебои в работе генератора, который не в состоянии заполнить АКБ до необходимого уровня.

Как проверить аккумулятор мультиметром с отключенным двигателем?

Средний показатель, при проверке аккумулятора мультиметром, на неработающем моторе должен находится в пределах 12,5–13 В, при этом верхнее значение указывает на 100 % заряда, а нижнее – на 50 %. Числа приблизительные, но общую картину по ним понять просто. Также не стоит забывать, что снимать показания стоит непосредственно перед поездкой, а не после нее, как только вы заглушили двигатель. Особенно хорошо проводить ее, когда машина некоторое время не использовалась, например, утром, после ночи в гараже. Так видно, насколько хорошо АКБ способен держать заряд.

Теперь вы понимаете, как проверить заряд аккумулятора автомобиля мультиметром. Этот прибор стоит приобрести каждому автомобилисту. Некоторые полагаются на показания бортового компьютера, но он не предоставляет достаточной точности. Встроенный вольтметр подключен к цепи приборов, расходующих энергию, а не напрямую к аккумулятору, следовательно, часть электричества расходуется «по дороге».

Также каждому владельцу машин рекомендуется к прочтению статья – Рейтинг лучших моторных масел.

Хороший аккумулятор — важная составляющая бесперебойной и беспроблемной работы любого современного устройства. Особенно это важно для автомобилей, так как аккумулятор, переставший работать посреди дороги, может ощутимо осложнить жизнь и водителю, и пассажирам. Проверка аккумулятора — несложное, не требующее специальных навыков действие, которое поможет избежать подобных казусов. Знания о том, как проверить аккумулятор автомобиля на работоспособность, пригодятся при покупке подержанного авто, батарейки с рук или выборе АКБ в магазине, не внушающем особого доверия, при выявлении причин неработоспособности какого-либо устройства.

Сейчас существует три основных вида аккумуляторов: свинцово-кислотные, литиевые и щелочные. Из них чаще всего требуется проверить АКБ на свинцово-кислотной основе, так как этот тип источников питания обычно используется в автомобилях, мотоциклах и мопедах.

Время наибольшей уязвимости такой батареи — зима, так как электролит, состоящий из смеси серной кислоты и воды, чувствителен к холоду, и исправность аккумулятора может оказаться под угрозой. Не стоит забывать и о том, что сочетание отрицательной температуры и глубокого разряда могут прикончить батарею в кратчайшие сроки. Поэтому лучше не пренебрегать проверкой заряда аккумулятора и его работоспособности, тем более, что это не самая сложная процедура, в отличие от того, как проверить аккумулятор автомобиля на замыкание.

Индикатор

Существует три распространенных способа проверки того, достаточное ли количество энергии находится в аккумуляторе автомобиля. Все методы можно применить в домашних условиях при соблюдении техники безопасности. Первый и самый простой подойдет только счастливым обладателям необслуживаемых устройств, оснащенных специальным индикатором (этот же способ используется для оценки уровня электролита). Для этого достаточно открыть капот и посмотреть на АКБ.

Там расположены три индикатора:

• зеленый — все хорошо, устройство заряжено, электролит в норме;
• черный — на автомобиле разряжается аккумулятор;
• белый — электролита недостаточно для корректной работы.

Дальше источник питания нужно подзарядить или пополнить в нем уровень электролита. Или же обратиться в сервис, если автовладелец против применения народных методов к машине.

Такие источники питания дороже обслуживаемых и требуют установки очень хорошего генератора, так как чувствительны к перепаду напряжения.

Мультиметр

Метод №2 тоже не требует особых усилий. Это использование прибора для проверки состояния аккумуляторной батареи. Прибор этот называется мультиметром и в базовой комплектации сочетает в себе функции вольтмера, амперметра и омметра. В дорогих моделях еще больше функций, но эти три — базовые, их вполне достаточно, чтобы оценить уровень заряда АКБ. Обычно мультиметр — компактное портативное устройство, приобрести которое можно без особых проблем в любом специализированном магазине.

Перед проверкой аккумулятора мультиметром нужно внимательно осмотреть корпус устройства. Если обнаружены потеки электролита — места утечек заряда, скорее всего, будут именно там. Отклоняясь от темы, стоит отметить, что пыль, грязь и потеки масла и электролита в принципе не способствуют улучшению работоспособности батареи. Лучше потратить немного времени, регулярно протирая корпус устройства, чем постоянно его подзаряжать.

После проверки внешнего вида аккумулятора можно приступать к измерению заряда. Основная задача автовладельца при использовании мультимера — правильно подсоединить его к проверяемой АКБ и выбрать нужный режим.

Если диагностика производится на неработающем аккумуляторе автомобиля, порядок действий будет таким:

1. Выключить все потребители энергии.
2. Выставить режим вольтмера.
3. Прикоснуться красным щупом к положительной клемме, черным — к отрицательной. Иногда провода бывают одинакового цвета, но даже если перепутать, каким куда прикасаться, ничего страшного не случится. В таком случае число окажется отрицательным, но цифры будут верными.
4. Оценить полученный результат диагностирования, высветившийся на экране.

Примерная таблица результатов будет выглядеть так:

• 12,5–13,2 В — аккумулятор заряжен на 100%;
• 12,1–12,4 В — половинный заряд;
• 11,7 В — АКБ успел разрядиться почти полностью.

Проверка аккумулятора мультиметром при работающем двигателе используется реже, такая методика диагностики АКБ покажет заряд, передающийся на батарею от генератора, и исправность устройства, регулирующего напряжение. Если эти данные тоже нужны, то порядок действий будет таким же.

Таблица результатов:

• 13,5–14,0 — все в порядке;
• 14,2 — обычно означает, что АКБ разряжен, в холодное время этот показатель может наблюдаться в первые 10-15 минут работы;
• меньше 13,4 — батарея не способна полностью зарядиться.

Если по каким-то причинам возможно измерить только напряжение автомобильного аккумулятора, эти данные могут помочь определить уровень его заряда. Эти показатели будут не так точны, но оценить ситуацию помогут. Начинать тестирование нужно, выключив все потребители электричества, но включив двигатель. Нормальный показатель при такой нагрузке — 13,6 В. Дальше нужно по очереди включать потребители (фары, освещение, магнитолу и др.). Напряжение должно постепенно падать на очень маленькие величины (0,1–0,2). Резкие скачки этого параметра — показатель некорректной работы генератора. Идеальное значение при всех работающих электроприборах — 12,8–13,0. Меньший результат достоверно показывает низкий уровень заряда и возможный износ аккумулятора.

Нагрузочная вилка

Проверка аккумулятора на работоспособность методом нагрузочной вилки требует наличия специального прибора, имеющего менее широкое распространение, чем мультиметр. Он создает батарее нагрузку, аналогичную той, которую она испытывает при работе. Диагностика аккумулятора под нагрузкой позволяет получить, пожалуй, самые объективные данные об изношенности АКБ и уровне заряда. Сама нагрузочная вилка состоит из вольтиметра, клемм и нагрузки. Эту полезную вещь можно приобрести в магазине или собрать собственноручно.

Во втором случае схема сборки устройства выглядит так:

1. Убедиться в наличии доступа к отдельным банкам аккумулятора. Вычислить необходимую нагрузку по формуле R=U/I. R — сопротивление, U — напряжение, I — сила тока. Все необходимые данные можно взять в инструкции к АКБ. Обратите внимание — формула рассчитывается отдельно на каждую банку.
2. Выбрать резистор, рассчитав его мощность с помощью формулы P=UI. P — мощность. Эта деталь обязательно должна быть изготовлена из проволоки.
3. Клеммы и провода, использующиеся для проверки АКБ нагрузочной вилкой, должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать ток необходимой мощности. Все места соединений должны быть надежно запаяны. Расстояние между клеммами рекомендуется сделать равным расстоянию между полюсами батареи.
4. Подключить вольтметр, заизолировать места соединений, сделать жесткий каркас из огнеупорного материала, не проводящего электричество.

Проверка аккумулятора нагрузочной вилкой может проводиться под нагрузкой и без нее. В первом случае батарея должна быть полностью заряжена. Тогда до подачи нагрузки прибор покажет от 12,6 до 12,9 В. Если этого не произошло — АКБ нужно зарядить. Возможна ситуация, когда заряд полон, но требуемых цифр все равно не появляется. Это надежный признак того, что одна или несколько банок безнадежно испорчены.

Если все в порядке и правильные показатели появились, нужно включить нагрузку и на пятой секунде измерить напряжение. Идеальный показатель — 10,2 В. Число меньше 9 — показатель изношенности батареи. Необходимо точно соблюдать время подачи нагрузки и снятия показаний. После пяти секунд работы нагрузочной вилки будет получен самый достоверный результат. Для более наглядного понимания, как собрать устройство и воспользоваться им для проверки аккумуляторной батареи, можно посмотреть обучающее видео.

Электролит — важная составляющая любой АКБ. При его недостаточно высоком уровне батарея может безвозвратно испортиться, при слишком высоком — окисляются клеммы, может быть поврежден двигатель. Проверка уровня электролита в аккумуляторе может производиться разными способами. Все зависит от конструктивных особенностей нуждающегося в проверке источника питания.

Все, что было сказано выше о необслуживаемых, в полной мере относится и к измерению количества электролита. На других моделях часто бывает шкала, показывающая текущий уровень заполнения батареи, максимальное и минимальное количество электролита, необходимого для корректной работы.

Проще всего провести проверку аккумулятора автомобиля визуально, открутив крышки банок и заглянув внутрь. Иногда производители оставляют часть корпуса прозрачной. Более надежный метод — использование специальной полой стеклянной трубочки небольшого диаметра. Ее опускают внутрь каждой банки до упора на дно и достают, предварительно зажав пальцем отверстие. Так можно получить самые точные данные о количестве водного раствора серной кислоты внутри банок. Проводя эту процедуру, главное не забыть о том, что в трубочке окажется крайне едкое вещество, и допускать его попадания на кожу и одежду не рекомендуется.

Проверка плотности электролита в аккумуляторе — важная процедура, которая дает представление не только о состоянии батареи, но и об уровне заряда (косвенно). Чтобы определить соотношение воды и серной кислоты понадобится прибор, называемый ареометром (более точное название — денсиметр). Состоит он из колбы с грушей на конце, внутри которой есть резервуар с дробью или ртутью.

Проверкой плотности электролита в аккумуляторе нужно заниматься спустя два часа после его полной зарядки. Так же, как и уровень, плотность раствора проверяют отдельно в каждой банке. Для этого нужно открыть емкость, набрать столько электролита, сколько нужно, чтобы поплавок поднялся, отметить результат на нанесенной на колбу шкале. Правильные цифры — 1,27-1,29 г/см 3. Для разных банок допустимы разные показатели. Если результат выше нормы — добавить туда дистиллированной воды, при слишком низких показателях — забрать часть электролита и добавить раствор с нормальной плотностью. Подробнее о плотности аккумулятора зимой и летом →

Проверка технического состояния аккумуляторных батарей нужна не только для автомобилей. Источники питания, обслуживающие другую технику, особенно долго находившиеся в нерабочем состоянии, также нужно проверять перед эксплуатацией. Для щелочных АКБ часто применяется такая же нагрузочная вилка, как и для кислотных.

Чтобы проверить емкость литиевой батарейки, можно или воспользоваться специальным тестером, или проверять аккумулятор под нагрузкой, используя подходящий резистор. Далее нужно довести его до полной разрядки, подбирая и записывая напряжение и силы тока. Результатом испытаний является график, показывающий реальную емкость АКБ. Обратите внимание: этот метод подходит для технически подкованных пользователей.

Итак, при покупке свинцово-кислотных аккумуляторов в непроверенном магазине или с рук обязательно нужно внимательно изучить приобретаемую вещь. Во-первых, важен тщательный визуальный осмотр. Потеки, трещины, иные механические повреждения — повод отказаться от покупки. В дальнейшем они могут оказаться причиной полной неработоспособности батареи.

Во-вторых, нужна проверка напряжения на клеммах аккумулятора автомобиля. Для 12 В АКБ этот параметр должен быть не менее 13–13,5 В. Если ниже — это разряженный источник питания, и покупать его не рекомендуется. Вы имеете право попросить продавца проверить новый аккумулятор в магазине, чтобы точно знать, какое у него состояние.

И напоследок о дате выпуска. За рубежом эта информация важной не считается, но в России, особенно, если покупать у непроверенного продавца, лучше обращать внимание и на неё. Единых стандартов нанесения этой маркировки не существует, так что, возможно, придется поискать. На аккумуляторы заграничных производителей, попавшие в Россию законным путем, обязательно дается гарантия от 12 до 24 месяцев, поэтому после приобретения нового товара стоит хранить гарантийный талон с печатью магазина и чек до тех пор, пока не истечет время обслуживания.

Мультиметр является многофункциональным устройством для измерения различных параметров электрического тока, поэтому с его помощью может быть произведена и проверка заряда аккумулятора. Для выполнения данной работы можно использовать различные виды мультиметров. Стоимость изделия не имеет значения, главное чтобы цифровой или аналоговый измерительный прибор был в исправном состоянии. О том как проверить аккумулятор мультиметром будет рассказано далее.

Какие параметры можно проверить?

С помощью мультиметра можно измерить напряжение с высокой точностью. По величине электрического напряжения можно определить заряжена ли аккумуляторная батарея или элемент необходимо зарядить постоянным током. С помощью мультиметра, можно проверить напряжение не только кислотных аккумуляторов, но и элементы питания сотовых телефонов. Чтобы проверить мобильник на величину заряда батареи, прибор переводится в режим измерения постоянного тока до 20 В. В этом режиме цифровой прибор, позволяет измерить напряжение, с точностью до сотых долей вольта.

Аккумулятор шуруповёрта, также можно легко проверить мультиметром. Номинальное напряжение прибора, в данном случае, можно узнать из документации электроинструмента, и если напряжение меньше этого значения, то батарею необходимо зарядить.

Ёмкость аккумулятора также можно проверить мультиметром. Для этой цели можно воспользоваться несколькими способами.

Проверить с помощью мультиметра можно утечку тока. Если необходимо измерить данный параметр на автомобиле, то кроме утечки тока на корпус, проверяется и утечка в бортовой сети автомобиля.

Таким образом можно предотвратить быстрый разряд АКБ и повысить её эксплуатационный ресурс.

Как измерить напряжение

Если необходимо проверить только аккумуляторного напряжения, то мультиметр переводится в режим DC. Если нужно проверить источник электроэнергии, напряжение которого не превышает 20 вольт, то в данном секторе переключатель режимов устанавливается в положение 20 В. Затем чёрный щуп мультиметра следует присоединить к минусовой клемме, а красный — к плюсу АКБ, на дисплее устройства, в этот момент, будет показано напряжение постоянного тока.

Обычно, исправный и полностью заряженный автомобильный аккумулятор имеет напряжение 12,7 В. Если при таком напряжении плотность электролита находится в норме, то источник электроэнергии может быть использован по назначению.

Аналогичным образом измеряется напряжение литий-ионных батарей сотовых телефонов, а также щелочных или гелевых батарей, которые применяются для запуска двигателей различной мототехники, дизельных генераторов и иных устройств, для начала работы которых, необходим определённый заряд электричества.

Как измерить ёмкость

Мультиметр можно использовать и как тестер для измерения ёмкости аккумулятора. Замер ёмкости аккумулятора можно произвести с помощью контрольного разряда батареи. Чтобы проверить ёмкость потребуется вначале полностью зарядить аккумулятор. Затем необходимо убедиться что батарея максимально заряжена, сделав замер напряжения и плотности электролита.

Далее необходимо подключить нагрузку известной мощности, например лампу накаливания мощностью 24 Вт, и отметить точное время начала данного эксперимента. Когда напряжение батареи упадёт до 50% процентов от ранее установленного показания полностью заряженного аккумулятора, лампочку следует отключить. Измерение ёмкости, которое выражается в а/ч, осуществляется путём перемножения силы тока в цепи при подключённой нагрузке, на количество часов, в течение которых осуществлялся контрольный разряд батареи. Если получится значение, максимально приближенное к номинальному показателю а/ч, то батарея находится в отличном состоянии.

Проверить внутреннее сопротивление

Чтобы проверить АКБ на исправность с помощью мультиметра, требуется измерить внутреннее сопротивление аккумулятора. Проверить работоспособность источника питания можно с применением мультиметра и мощной лампочки на 12 В. Проверить батарею необходимо в такой последовательности:

1. Лампа 12 В подключается к АКБ.
2. Спустя несколько секунд свечения лампы, замеряется напряжение на клеммах батареи.
3. Лампа отключается, и напряжение снова замеряется.

Если разница измерения не превышает значения 0,05 В, то аккумулятор находится в исправном состоянии.

В том случае, когда значение падение напряжения больше, внутреннее сопротивления источника питания будет выше, что косвенно будет обозначать значительное ухудшение технического состояния аккумулятора.

Таким образом удаётся довольно точно проверить источник электроэнергии на исправность.

Как проверить ток утечки

Аккумулятор может самостоятельно разряжаться, даже в том случае, когда его клеммы не подключены к потребителям электроэнергии. Величина саморазряда указывается в документации к аккумулятору и является естественным процессом. Особенно заметно потеря электроэнергии может наблюдаться в кислотных АКБ.

Дополнительно к естественным утечкам электрического тока, в цепи могут быть участки, которые находятся во влажном состоянии или с истончённой изоляцией. В этом случае, даже в момент, когда все потребители электроэнергии находятся в выключенном состоянии, происходит дополнительная утечка тока, которая может привести к полному разряду батареи, а в некоторых случаях, и к возгоранию повреждённого места. Особенно, такое явление может быть опасно в бортовой сети автомобиля, у которого отрицательным проводником является весь кузов и агрегаты, на которых может находиться достаточное количество огнеопасных веществ для образования открытого пламени даже от небольшой искры или электрической дуги.

Чтобы выявить, такое «несанкционированное» расходование электричества, необходимо выключить зажигание автомобиля, а также отключить устройства работающие в «дежурном режиме», например магнитолу и сигнализацию.

Измерить силу тока на аккумуляторе с помощью мультиметра, можно только в том случае, если измерительный прибор переведён в режим измерения силы тока, обозначенный значком «10 А». Для этого круговой переключатель переводится в соответствующий режим, а красный штекер в гнездо обозначенное знаком «10 ADС».

Красный щуп мультиметра соединяется с «+» аккумулятора, а чёрный, с отсоединённой клеммой. В этот момент должны полностью отсутствовать какие-либо показания прибора. Если мультиметр покажет любое значение, то ток утечки является значительным, и необходимо произвести детальную диагностику бортовой сети автомобиля.

Подобным образом производится замер утечки в других электронных системах. При проведении диагностики следует проявлять осторожность, и при подозрении на значительную утечку электрического тока, которая проявляется искрением при отсоединении или подключении клеммы, от замера тока утечки мультиметром следует отказаться. Если пренебречь этим правилом, то можно «спалить» прибор, который не рассчитан на проверку больших значений силы тока.

Как проверить заряд аккумулятора мультиметром и не повредить хрупкую электронную «начинку» устройства?

Чтобы для тестера проверка аккумулятора не оказалась последней, необходимо правильно выбрать диагностический режим. Если требуется проверить ампераж, то категорически запрещается это делать без дополнительной нагрузки, которая не должна превышать мощности 120 Вт. Выбирая режим измерения постоянного тока, следует проявлять осторожность, чтобы по ошибке, не включить мультиметр в режим измерения сопротивления, который находится, в большинстве моделей мультиметров, рядом с положением переключателя для измерения постоянного тока.

Все способы как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Автор Акум Эксперт На чтение 7 мин Просмотров 7к. Опубликовано 17.06.2020 Обновлено 24.05.2021

Аккумуляторная батарея постоянно работает в режиме разряда-заряда. Чтобы продлить время её эксплуатации, следует поддерживать её заряд на максимальном уровне. А для этого время от времени необходимо проверять уровень заряда АКБ. Сделать это можно разными способами, но самый надёжный — измерить плотность электролита. Поэтому многие водители задаются вопросом, как проверить плотность аккумулятора.

Ареометр в работе

Что такое плотность и на что она влияет

Обязательным элементом свинцово-кислотной батареи является электролит. Это серная кислота, разбавленная дистиллированной водой. Плотность воды составляет 1 грамм на миллилитр (г/мл). У серной кислоты она выше, чем у воды, и составляет 1,84 г/мл. Концентрированная кислота способна растворить многие металлы, в том числе и свинец, поэтому её следует разбавлять водой. Разбавленная водой кислота называется электролитом. Разбавляют её до пропорции, при которой она неспособна растворить свинец, но позволяет протекать химическому процессу, называемому электролитической диссоциацией (разновидность электролиза).

Чем выше плотность, тем сильнее электролиз, но тем быстрее идёт разрушение свинца. Наиболее оптимальная плотность для аккумуляторов 1,27 г/мл для районов умеренного климата со средней температурой от -20 до +30°С.  Такую плотность имеет полностью (100 %) заряженный новый аккумулятор. Для северных регионов это значение составляет 1,29 г/мл, для южного жаркого климата — 1,25 г/мл.

Таблица с рекомендуемыми значениями плотности электролита для полностью заряженной батареи

В продажу поступает серная кислота уже в виде электролита плотностью 1,3 г/мл. С учётом условий эксплуатации аккумулятора её доводят до нужных параметров.

Как уже отмечалось выше, чем больше плотность электролита, тем сильнее электролиз и тем выше потенциал на выводах батареи. Новая АКБ имеет плотность 1,27 г/мл и напряжение на клеммах 12,8 В. За время эксплуатации батареи при регулярном недозаряде на её свинцовых пластинах образуется нерастворимый сульфат свинца, соединение серной кислоты со свинцом. Называется это сульфатацией пластин. При заряде батареи уже не вся кислота высвобождается, и плотность электролита снижается. А следовательно, снижается и интенсивность электролиза. Напряжение на клеммах будет уже меньше 12,8 В. А попытка зарядить батарею до начального значения напряжения лишь приводит к кипению электролита — активному выделению пузырьков водорода и кислорода. Это процесс разложения воды. Потеря воды приводит к повышению плотности.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Слишком высокая или низкая плотность одинаково недопустимы и значительно снижают срок эксплуатации АКБ.

В условиях эксплуатации автомобиля с частыми пусками двигателя и коротким пробегом происходит ускоренная сульфатация пластин и снижение плотности электролита. При эксплуатации машин в дальних рейсах с длительной работой двигателя происходит перезаряд батареи и разложение воды на газы, а плотность электролита повышается. Напряжение на клеммах уже не отражает степень заряженности батареи. И чтобы точно узнать состояние аккумулятора, нужно произвести измерение плотности электролита. Для этого используют ареометр.

Наиболее популярный тип ареометра

Ареометр — прибор для измерения плотности жидкостей и твёрдых тел, принцип работы которого основан на Законе Архимеда.

Как пользоваться ареометром — подробная инструкция

Ареометр представляет собой стеклянную колбу (пипетку) с помещённым внутрь измерительным грузом-поплавком (ареометром), на котором нанесены деления с указанием величин от 1,1 в верхней точке поплавка до 1,3 и даже 1,32 г/мл внизу шкалы. Нижняя часть колбы имеет тонкую трубку, которую легко можно опустить через отверстие аккумулятора в его банку для забора электролита. На верхнюю часть колбы надевается резиновая груша, которая применяется для всасывания раствора в колбу.

Устройство ареометра

У некоторых ареометров несколько поплавков разного веса, которые всплывают при заполнении колбы. Плотность будет соответствовать поплавку, всплывшему частично или не всплывшему первому после всплывших. Встречаются дешёвые пластиковые изделия иной формы, но принцип их действия такой же.

Другие разновидности ареометра

Измерение ареометром производят при температуре электролита +20 … +30°C. Если температура иная, то необходимо применять корректировочные поправки к показанию ареометра.

Поправки к показаниям ареометра при измерении электролита разной температуры

Пользование ареометром настолько простое, что даже можно проверить плотность электролита в домашних условиях. Чтобы проверить плотность аккумулятора, необходимо выполнить следующие действия:

1. Подготовить ареометр, собрать прибор, если он находится в разобранном виде в футляре.
2. Подготовить аккумулятор, выкрутить пробки из отверстий в крышках банок, либо снять общую планку с пробками на ней.
3. Подготовить стеклянную банку или пластиковый сосуд с дистиллированной водой для промывки и продувки ареометра между замерами.
4. Опустить носик прибора в банку аккумулятора до касания с пластинами сепаратора.
5. Сжать грушу для выдавливания воздуха из колбы.
6. Освободить грушу для принятия начальной формы и забора электролита из банки батареи в колбу.
7. Наполнить колбу жидкостью так, чтобы поплавок всплыл.
8. Отметить визуально уровень шкалы поплавка на границе поверхности электролита в колбе. Указанное на шкале значение соответствует плотности электролита.
9. Выдавить жидкость обратно в банку батареи.
10. Ареометр опустить в сосуд с дистиллированной водой и пару раз промыть остатки электролита в колбе путём нажатия и отпускания груши.

Визуальная фиксация отметки на шкале ареометра

Следует добавить, что при помощи ареометра можно корректировать плотность электролита, добавляя дистиллированную воду или электролит плотностью 1,3 г/мл. по необходимости в банки и произведя измерения. Только для выравнивания плотности в банке требуется время после каждой добавки, а такую корректировку проводят на полностью заряженном аккумуляторе с температурой электролита около +25 °C.

Можно ли измерить без ареометра

Измерить плотность без ареометра не получится. Но можно изготовить ареометр самому, самым важным элементом которого является измерительный поплавок-грузик. Изготовить можно из полой пластиковой трубки, например соломинки для напитков, в которую помещается груз. Точность измерения будет зависеть от точности нанесения шкалы на грузик и известной плотности измеряемых эталонов жидкости. Сначала поплавок помещается в дистиллированную воду и отмечается линия окружности поверхности воды на поплавке. Эта линия соответствует 1,0 г/мл. Затем поплавок помещается в электролит, купленный в магазине с удельным весом, например, 1,3 г/мл. Линия поверхности электролита на поплавке будет соответствовать плотности 1,3 г/мл. Расстояние между двумя полученными значениями измеряется в мм и делится на разницу значений — 30. Теперь на поплавок можно нанести шкалу с любым шагом, но лучше для значений 1,27; 1,25; 1,23; 1,2; 1,15; 1,1.

Отбор электролита можно произвести обычной резиновой грушей в стеклянный стакан, куда помещается изготовленный поплавок-грузик.

Самодельный ареометр из пластиковой трубки для соков

Можно ли проверить плотность в необслуживаемом аккумуляторе

У необслуживаемых аккумуляторов нет откручиваемых пробок на банках. Однако при изготовлении батареи отверстия присутствуют. После заполнения электролитом эти отверстия закрываются одноразовыми пробками, иногда расположенными на общей планке, и запаиваются или заклеиваются. При необходимости можно аккуратно эти пробки снять, и аккумулятор превратится в обслуживаемую батарею. В некоторых случаях отверстия в месте расположения пробок выполняют при помощи сверла, что также позволяет произвести забор электролита и его корректировку.

Сверлятся отверстия 12 мм под резиновые пробки для аптечных пузырьков

Важно в ходе таких действий заранее понимать, как после окончания обслуживания эти отверстия вновь надёжно закрыть. Это можно сделать с применением того же пластика, из которого изготовлен корпус батареи, или подобного. Пластик легко клеится, плавится и спаивается.

Если вскрыть необслуживаемую батарею удалось, то проверить плотность электролита в аккумуляторе можно так же, как описывалось выше.

Аккумулятор превратился в обслуживаемыйСпасибо, помогло!8Не помогло

Как проверить плотность в аккумуляторе своими руками при помощи ареометра

Здравствуйте, дорогие читатели Вопрос Авто. Сегодня мы поговорим об аккумуляторах, точнее о том, как проверить плотность в аккумуляторе в домашних условиях, используя ареометр. На нашем сайте уже имеется достаточно статей про аккумуляторы, среди которых: статья про правила эксплуатации АКБ, статья-сравнение гелевых и свинцово-кислотных аккумуляторов и др. статьи.

Учитывая этот факт, углубляться в детали того, что такое АКБ и для чего он нужен автомобилю мы не будем, об этом можно узнать в вышеописанных статьях. Вместо этого мы перейдем непосредственно к теме нашей сегодняшней статьи — «Проверка плотности аккумуляторе своими руками».

Что такое электролит?

Электролитом принято называть водный раствор серной кислоты, который при взаимодействии со свинцовыми пластинами в совокупности создает напряжение в размере 12-13 В. Подзарядка аккумулятора, который так или иначе «садится» от постоянной подачи тока, происходит посредством накопления (аккумулирования) АКБ напряжения, которое генерирует генератор, простите за тавтологию.

Электролит имеет плотность, которую необходимо поддерживать на определенном уровне, в противном случае АКБ будет быстро «садиться» и прослужит меньше положенного срока. Плотность электролита снижается, как правило, во время перезарядки, когда температура жидкости поднимается выше допустимого уровня или закипает. Во время кипения происходит испарение электролита и воды. После того как качество электролита снижается, ухудшается работа аккумуляторной батареи. Оптимальной плотностью электролита принято считать диапазон — от 1.25-1.29 г/см³.

Как выполняется проверка плотности АКБ при помощи ареометром?

1. Перед тем как проверить плотность в аккумуляторе необходимо подготовить специальный прибор — ареометр и подыскать помещение с температурой не ниже +20°С.
2. Если прибор у вас имеется, открутите все пробки на аккумуляторе.
3. Дальше необходимо опустить ареометр в отверстие, после, используя встроенную грушу, втяните часть электролита, таким образом, чтобы поплавок спокойно плавал. Спустя некоторое время на мениске прибора вы увидите показания.
4. Подобные действия необходимо произвести в каждой из банок, при этом показания у каждой из них не должны отличаться. Допускается расхождение — 0.01 г/см³.

Уровень электролитической жидкости в каждой из банок АКБ должен быть правильным (полностью покрывать свинцовые пластины на 1-2 см.). При необходимости производится долив дистиллированной воды при условии, что это позволяет сделать плотность электролита. Если необходима доливка электролита, то старый электролит необходимо вытянуть, используя шприц или грушу. Дальше в отверстие заливается свежая жидкость и при необходимости разбавляется дистиллированной водой. После доливки воды или электролита измерения плотности и уровня придется повторить.

Актуально: Как прикурить автомобиль, если разрядился аккумулятор

Смотрите также видео как проверить плотность в АКБ своими руками

каким прибором измерить параметры аккумулятора в домашних условиях

В процессе эксплуатации автомобиля у владельца часто возникает вопрос: как определить емкость аккумуляторной батареи и мощность блока питания, как проверить плотность аккумулятора. Первое и основное обследование прибора осуществляется при комплектации автомобиля и в период продажи транспортного средства. При возникновении сбоев работы двигателя и других энергозависимых приборов авто проверить заряд батареи можно дома или в сервисном центре

Этапы исследования электролита

Существует несколько причин снижения заряда прибора. Проверке подлежат только обслуживаемые АКБ, наиболее частым поводом проведения мероприятия является:

1. Поездки по городу;
2. Пользование системой обогрева в холодное время года;
3. Сбои в работе генератора напряжения.

Возникновение любого из перечисленных признаков является показателем, чтобы мерить электролит для агрегата. Перед тем как проверить уровень электролита в аккумуляторной батарее, необходимо визуально оценить состояние прибора, проверить уровень электролита, измерить плотность и уровень напряжения батареи. Получить достоверные результаты поможет проверка АКБ с помощью клеммы нагрузочного тока.

Ареометр для проверки плотности

Проверка плотности аккумулятора ареометром осуществляется в несколько этапов. Прибор имеет простую конструкцию, позволяющую определить плотность жидкости по принципу закона Архимеда. По внешнему виду прибор напоминает герметично запаянную ампулу с нанесенной шкалой деления. Для калибровки ареометра используются дробь и ртуть. Прибор продается в наборе с резиновой «грушей» и стеклянной мерной колбой, позволяющей мерить раствор без риска для приспособлений

При работе с электролитом необходимо соблюдать меры индивидуальной защиты, использовать резиновые перчатки и прорезиненый фартук. Инструкция, как проверить плотность АКБ предусматривает следующий порядок:

1. АКБ очищают от пыли и загрязнений;
2. Размещают агрегат на ровной поверхности;
3. Снимают с банок крышки;
4. «Грушей» набирают электролит и сливают в колбу;
5. Опускают ареометр в жидкость.

Важным условием проведения процедуры является обязательная полная зарядка аккумулятора перед проверкой плотности электролита. Владельцу автомобиля следует учесть, что процесс зарядки АКБ сопровождается выделением из банок химически активных вещество: водорода и кислорода, соединение которых может привести к взрыву. Избежать неприятной ситуации поможет принудительная вентиляция помещения. Время зарядки может длиться до 6 часов.

Оценка количества проводника

После завершения зарядки аккумулятор необходимо выдержать в покое не менее 6 часов. Условие является обязательным, так как после воздействия током плотность электролита остается повышенной, после «отдыха» раствор серной кислоты выдает более достоверные показатели.

Перед тем, как проверить электролит в аккумуляторе, необходимо взять пробу из банки аккумулятора в количестве, чтобы ареометр свободно плавал в жидкости.

В норме плотность электролита составляет от 1,24 кг/дм³ до 1,29 кг/дм³. Если полученный результат измерений ниже нормы, то поправить ситуацию может доливка свежего раствора. Методику выяснения, как правильно проверить плотность электролита в аккумуляторе, с последующими действиями необходимо повторить с каждой банкой АКБ с периодичностью 1 раз через каждые 3 месяца. По визуальной оценке жидкость должна быть прозрачной, обладать высокой степенью чистоты.

Неочищенная серная кислота может вызвать ускоренную самостоятельную зарядку аккумулятора. Обеспечить нормальный уровень электролита также поможет дистиллированная вода, повышенные показатели раствора снижает сроки службы аккумулятора.

На шкале ареометра полоски зеленого цвета показывают уровень допустимой плотности раствора. При цифровых значениях, отмеченных между верхним и нижним пределом жидкости, показатель считается нормальным, добавлять электролит не требуется.

Считывая показатели ареометра, необходимо помнить, что мерить концентрацию кислоты необходимо с поправкой на климатическую зону, так как существуют индивидуальные значения плотности.

Если плотность электролита падает до критического уровня, то никакие мероприятия, кроме как проверить плотность аккумулятора в домашних условиях с добавлением аккумуляторной кислоты, не помогут исправить ситуацию. Проверять электролит в аккумуляторе можно ранее описанным способом после добавления каждой порции кислоты. В случае, когда не удается получить нужный результат, то жидкость лучше всего просто заменить полностью.

Методика замены осуществляется после откачки раствора. Крышки банок и вентиляционные клапаны АКБ плотно закрываются, батарея укладывается на бок. В каждой банке делаются отверстия сверлом 3,5 мм, сливается остаток жидкости. Пустые банки тщательно промывают водой, проверяют на наличие осадка, отверстия запаиваются кислостойкой пластической массой, заливается свежий раствор с чуть большей плотностью, рекомендуемой для отдельно взятой климатической зоны.

Перед запуском прибора в работу рекомендуется еще раз померить концентрацию электролита.

Важная информация для автолюбителя

Так же без острой необходимости не следует заменять электролит полностью. Если кислоту необходимо разбавить водой, то следует помнить, что плотность жидкостей отличается. По этой причине кислоту вливают в воду тонкой струей с постоянным размешиванием.

Обращение с источником питания должно быть максимально осторожным, нельзя АКБ переворачивать вверх дном из-за возможного возникновения в процессе эксплуатации короткого замыкания. Перед завинчиванием крышек на банках необходимо воспользоваться рекомендацией специалистов, как проверить плотность аккумулятора ареометром перед эксплуатацией агрегата.

Как проверить плотность аккумулятора и поднять ее?

Каждый автомобильный аккумулятор – это, прежде всего, мощный накопитель электрической энергии. Его роль в автомобиле незаменима, поэтому очень важно контролировать процесс работы всех его составляющих и следить за нормальным функционированием каждой детали. Название одной из характеристик, которая обеспечивает эффективную работу АкБ, звучит как плотность. Данный материал поведет повествование о том, что это такое, как проверить плотность аккумулятора и каким образом ее можно увеличить.

Содержание статьи

Какая должна быть плотность?

Плотность является одним из наиболее важных параметров электролита. Ее уровень в процессе эксплуатации авто терпит постоянные изменения. Автоэксперты выделяют обратимое изменение данной характеристики – это разряд батареи и нормальный интервал заряда. Говоря о новом АкБ, то показатель, характеризирующий изменения в плотности электролита (то есть от полного разряда до полного заряда), равняется 0,15-0,16 г/см³.

Существует также такое явление, как необратимое изменение ранее упомянутого параметра, что случается, например, в связи с испарением воды в процессе кипения электролита. Как следствие – увеличение плотности.

В этом деле, как и во многих других, должна быть некая «золотая середина», так как из-за высоких показателей плотности срок службы аккумулятора может снизиться, а низкий уровень этого показателя станет причиной снижения напряжения и затруднительного процесса запуска двигателя.

Что касается идеальной плотности, то она должна равняться 1,30 г/см³. Но этому показателю свойственно трансформироваться в зависимости от климатических особенностей и состояния батареи. Так, если речь идет о холодных макроклиматических районах, то плотность заливаемого электролита может быть в пределах 1,24-1,28 г/см³, а для заряженной батареи – 1,26, 1,29 и/или 1,30 г/см³. Для умеренного климата соответственно заливаемый электролит – 1,20 и 1,24 г/см³, заряженный аккумулятор – 1,22 и 1,26 г/см³. И для жарких сухих районов рекомендуется следующие показатели плотности соответственно: 1,22 и 1,24 г/см³.

Инструкция проверки

Проверить уровень плотности — задача не трудная. Для ее выполнения нужно лишь обзавестись специальным прибором. Некоторые автоэксперты советуют денсиметр, другие – ареометр.

В данном материале будет подана инструкция того, как проверить плотность при помощи ареометра. 

Прежде чем приступить непосредственно к проверке плотности, нужно запомнить, что делать это желательно при температуре +25°С. А также, помимо ареометра, понадобятся мерный стакан и клизма-груша, собственно сам электролит, но обязательно свежий, также дистиллированная вода и, при отдельной необходимости, о чем будет рассказано немного позже, аккумуляторная кислота, паяльник и дрель.

Итак, пошаговая инструкция правильной проверки параметра плотности в АкБ:

1. Отдельно для каждой банки измерить параметры электролита.
2. При помощи клизмы-груши откачать из каждой банки поочередно максимальное количество старого раствор. При этом также нужно замерить его объем.
3. Долить свежий электролит в количестве половины объема от ранее выкачанного.
4. Активно потрясти/покачать аккумулятор, чтобы обеспечить смешивание жидкостей.
5. Проверить анализируемый параметр путем погружения ареометра в электролит благодаря заливному отверстию в корпусе АкБ. При этом электролит перетечет в стеклянную трубку, а поплавок прибора всплывет в корпусе, не прикасаясь к стенкам трубки. После того, как колебания ареометра прекратятся, уровень плотности будет показан не шкале. В случае, если значение не достигло оптимального, ранее перечисленные операции следует производить повторно до тех пор, пока показатели будет нормальные.
6. Остаток долить дистиллированной водой.

Как поднять плотность

Может случиться и так, что плотность будет иметь слишком низкие показатели. В этом случае одним электролитом уж точно не обойдешься, а на помощь придет аккумуляторная кислота. Процесс с этим веществом нужно проводить при помощи той же схемы, которая была приведена ранее, и повторять процедуру до тех пор, пока показатели не нормализируются.

Если же в результате проверки были получены совершенно низкие цифры, я советуют осуществить его полную замену. Инструкция этого процесса:

• Откачать как можно больше раствора с использованием клизмы-груши.
• На банках АкБ герметично закрыть все вентиляционные отверстия пробок.
• Положить батарею на бок и при помощи сверла для каждой банки поочередно сделать отверстия диаметром около 3-3,5 мм. При этом нужно сливать электролит.
• Промыть аккумулятор дистиллированной водой.
• Запаять высверленные отверстия кислостойкой пластмассой. Это, к примеру, могут быть остатки от пробок другой батареи.
• Залить свежий электролит. Рекомендуется использовать для этого самостоятельно приготовленный раствор, плотность которого чуть выше оптимального для той климатической зоны, в которой планируется эксплуатация авто. При этом следует понимать и то, что в связи с химическими процессами, которые протекают в АкБ, срок его службы может быть уже не таким длительным после абсолютной замены электролита. 

И напоследок немного тонких деталей: во-первых, плотности воды и кислоты существенно отличаются, поэтому в процессе разведения водой кислоты или же электролита, нужно именно кислоту добавлять в воду и никак иначе; во-вторых, обращение с аккумулятором должно быть максимально аккуратным, его нельзя ставить вверх дном, так как это может стать причиной коротких замыканий; в-третьих, без острой на то необходимости не рекомендуется производить полную замену электролита, желательно обойтись частичной. Любите свой автомобиль и ухаживайте за ним, не жалея на него времени и сил.

Видео «Как измерить плотность электролита в аккумуляторе»

На записи показан процесс измерения плотности аккумулятора.

Сколько стоит проверить плотность батареи. Как проверить плотность аккумулятора в домашних условиях.

Каждому водителю полезно знать, как правильно измерить и проверить плотность электролита в аккумуляторе ареометром. Этот навык пригодится всем, кто постоянно ездит на машине зимой. Также проблемы с аккумулятором могут возникнуть в любое время года. Поэтому рекомендуется проверять работоспособность этой части автомобиля каждые три месяца.При работе с аккумулятором помните о наличии там кислот.

Во избежание ожогов стоит производить все работы максимально аккуратно. Не переворачивайте батарею, это может привести к утечке электролита и повреждению окружающих предметов. Избегайте попадания кислот на кузов автомобиля. Это повредит краску.

На что влияет плотность?

 Эта цифра влияет на способность АБ восстанавливать заряд. Определив плотность, можно узнать техническое состояние аккумулятора.Плотность напрямую связана с емкостью аккумулятора. При малой плотности аккумулятор почти не заряжается.

Поэтому измерение этого показателя является основной работой при диагностике аккумулятора. Эта работа проводится с помощью ареометра. Этот прибор позволяет точно определить состояние электролита.

Ареометр

Это устройство представляет собой продолговатый цилиндр, заушивающийся с одной стороны. На толстый конец надевается резиновая груша.На тонкой резиновой трубке-наконечнике. Внутри находится поплавок с делениями. Принцип работы прост. И наверняка всем известно из школьного курса физики. То есть чем плотнее жидкость, тем большую массу может вытолкнуть тело. При этом поплавок имеет определенную массу. И, в зависимости от плотности электролита, он будет погружен в жидкость на разную глубину. Зависимость между плотностью и глубиной погружения установлена ​​экспериментально. В соответствии с этим вычерчивается шкала.

На практике, чем выше плотность электролита, тем больше он будет толкать поплавок. Уровень плотности оценивается путем оценки шкалы. Следует отметить, что все манометры, продаваемые в автомагазинах, имеют 2 шкалы. Один предназначен для проверки плотности электролита. Там деления обозначаются в г/дм3. Еще одна шкала используется для проверки тосола и тосола. На шкале можно увидеть °C.

Измерение

Перед измерением плотности электролита обязательно подготовьтесь к этой работе.Внимательно осмотрите батарею. На нем не должно быть разводов и грязи. Желательно измерить уровень самозагрузки. Для этого вам понадобится мультиметр. После этого один щуп прибора кладут на клемму аккумулятора, другой на его корпус. Полученный показатель является уровнем самозарядки. В идеале это должно быть около 6B . Температура в помещении должна быть порядка 20°С.

Если вы принесли аккумулятор с мороза, то нужно подождать, пока он согреется. Кислота кислая.Поэтому обязательно под рукой должна быть емкость с водой. Чтобы при необходимости можно было смыть электролит, попавший на кожу. Также желательно носить специальные очки.

Сама работа производится следующим образом:

• Сначала откручиваем пробки с аккумулятора. Помните, что банки между собой не сообщаются, поэтому плотность следует проверять в них отдельно;
• Уровень жидкости оценивается визуально. Он не должен быть критически мал;
• Жидкость отбирается ареометром.Его следует держать вертикально. Забор делается следующим образом. Груша сжимается.
• Трубка опускается в банку и освобождается груша. Таким образом жидкость всасывается в устройство;
• Визуально оценить состояние электролита. Серый цвет жидкости свидетельствует о крошении пластин. Значит банк не работает. Оцените показания ареометра. При этом поплавок должен плавать абсолютно свободно;
• Жидкость выливается обратно и переходит к проверке другой банки.

Если оказалось, что плотность не соответствует нормам, следует попытаться исправить ситуацию. Для этого есть несколько способов.

Увеличить плотность

Основным методом повышения плотности электролита можно назвать зарядку аккумулятора. Дело в том, что часто низкая плотность означает низкий заряд аккумулятора. Поэтому в данной ситуации проще всего поставить его на зарядку. Лучше всего использовать автоматическое зарядное устройство. Не проверяйте плотность сразу после окончания зарядки.Вам нужно подождать пару часов, чтобы получить наиболее точные результаты.

Если это не поможет, то можно попробовать добавить электролит. Но это нужно делать только при очень низкой плотности. После этого обязательно проверьте плотность. Обратите особое внимание на цвет жидкости. Он должен быть прозрачным.

Заключение . Если есть, то лучше проверить его состояние. Для этого существуют специальные устройства. Не все водители умеют правильно измерять и проверять плотность электролита в ареометре аккумулятора.Поэтому часто из-за неправильного замера выбрасывают очередной рабочий аккумулятор, либо ездят на неисправном элементе.

Серная кислота и дистиллированная вода действуют как электролит в свинцово-кислотных батареях. Плотность электролита представляет собой соотношение этих двух компонентов, которое измеряется специальным прибором, называемым ареометром.

Плотность – очень важный параметр аккумулятора, и любой автовладелец обязан следить за его уровнем и знать, как его поднять в случае необходимости.Фото: onlinetrade.ru

Какая плотность является нормой?

В свинцово-кислотных аккумуляторах плотность может зависеть не только от соотношения кислоты и воды, но и от температуры раствора (при высоких температурах плотность будет низкой и наоборот). Автовладелец всегда должен следить за тем, чтобы плотность электролита всегда была в норме. Следует учитывать, что эти показатели очень сильно зависят от климатического региона .

• Оптимальная плотность в районах с холодным климатом, где температура может опускаться до минус тридцати градусов и ниже, от 1.26 до 1,30 г/см3,
• В зонах с умеренным микроклиматом это значение должно быть около 1,24-1,26 г/см3. В теплой климатической зоне оптимальная плотность 1,22-1,24 г/см3. А там, где зима особенно холодная и температура опускается до пятидесяти градусов, стоит придерживаться значения 1,29-1,31 г/см3.

Аккумулятор обычно заряжается только на восемьдесят-девяносто процентов от его полной емкости, поэтому плотность в этом случае будет немного меньше, чем если бы аккумулятор был заряжен на 100%.

Это связано с тем, что во время заряда аккумулятор поглощает воду из электролита и плотность увеличивается. Кроме того, происходит разрушение солей серной кислоты, оседающих на тарелках. Для аккумулятора, заряженного на максимум, плотность составляет 1,26-1,28 г/см3.   Через некоторое время аккумулятор начинает разряжаться, и значение падает примерно до 1,17 г/см3.

При разрядке аккумулятора серная кислота поглощается и, со временем, превращаясь в кристаллы сульфата, со временем покрывает всю поверхность пластин.Как следствие, емкость уменьшается, а электрохимические характеристики аккумулятора снижаются. Этот процесс называется сульфатацией, он является одной из самых частых причин выхода из строя аккумулятора.

Сульфатация начинается при плотности примерно 1,16-1,1,18, поэтому в такой ситуации нужно сразу зарядить аккумулятор.

Как плотность влияет на производительность батареи?

Плотность батареи во время работы подвержена постоянным изменениям. По измерению плотности электролита ареометром совместно с измерением напряжения можно определить состояние аккумулятора .

Значительное снижение уровня плотности, скорее всего, говорит о том, что одна из ячеек имеет дефект или свидетельствует об обрыве цепи или сильном разряде аккумулятора (в этом случае все ячейки будут иметь низкую плотность).

Следует отметить, что чем ниже плотность электролита, тем дольше может работать аккумулятор. Однако низкое значение часто приводит к сульфатации пластин. Кроме того, в таких условиях аккумулятор может полностью замерзнуть, и после этого, скорее всего, аккумулятор уже не восстановится и его придется заменить.

• Повышенный уровень плотности электролита способствует сокращению срока службы батареи.   Низкая плотность аккумуляторов может привести к затруднениям с запуском силового агрегата.

Если аккумулятор перестал держать заряд, необходимо проверить состояние жидкости внутри него. При функционировании аккумулятора происходит испарение воды, в результате чего происходит концентрирование электролита, это также негативно сказывается на работе аккумулятора.

Как измерить плотность

Плотность электролита оценивают, как правило, с помощью ареометра — измерительного прибора в виде стеклянной колбы с ареометром внутри, резиновой грушей на одном конце и резиновой трубкой на другом. Фото: akbshop.in.ua

Для измерения плотности необходимо сделать следующее:

• Прежде чем начать делать остановку, нужно нажать на грушу, чтобы выпустить из нее воздух;
• После этого опускаем трубку как можно глубже в электролит;
• Затем медленно набираем из него содержимое, постепенно открывая грушу, при этом ареометр начнет плавать, не касаясь дна и стенок;
• Устанавливаем прибор в вертикальное положение и смотрим на нижнюю градуировку, которая покажет плотность электролита;
• В конце нажимаем грушу для слива жидкости обратно в электролит;
• Проделываем эту процедуру со всеми оставшимися банками.

Вы также можете измерить плотность с помощью вольтметра. К клеммам аккумулятора необходимо подключить автоматический тестер и измерить напряжение. Оно должно быть от двенадцати до двенадцати с половиной вольт. Затем поверните ключ в зажигании и наберите 2500 оборотов. Напряжение должно подскочить до четырнадцати вольт, но не превышать четырнадцати с половиной. Если изменений нет, то нужно просто подзарядить аккумулятор.

Большинство аккумуляторов, которые производятся сегодня, оснащены специальным датчиком цвета.

Зеленый цвет датчика говорит о том, что батарея полностью заряжена, а желтый — о том, что заряда осталось очень мало.

Как увеличить плотность

Для увеличения плотности электролита можно использовать следующие методы:

• Замена электролита на новый;
• Зарядить аккумулятор;
• Добавить серную кислоту;
• Залейте корректирующий электролит.

Перед началом процесса необходимо подготовить все, что нам может понадобиться, а именно: емкость для разведения электролита, клизму-грушу, дрель, дистиллированную воду и сам электролит-самокорректор.

В самом начале рекомендуется зарядить аккумулятор и проверить его напряжение. Если после набора оборотов ничего не изменилось, нужно оставить аккумулятор подзаряжаться примерно на десять часов. При этом ток должен быть меньше емкости аккумулятора в 10 раз, то есть при емкости шестьдесят ампер/час будет достаточно тока в шесть ампер.

Эта таблица поможет вам выбрать плотность батареи в зависимости от времени года и климата.Фото: prosdo.ru

берет половину времени автономной работы и заряжает аккумулятор еще два часа. За счет этого выравнивается плотность электролита. Если при работе силового агрегата напряжение становится более четырнадцати с половиной ватт, залейте аккумулятор водой и затем подзарядите его.

Если это не помогло и заряд аккумулятора продолжает быстро падать, придется работать с электролитом.

Для увеличения плотности батареи самостоятельно необходимо выполнить следующие действия :

• Удалите немного электролита из банок аккумулятора;
• Долить такой же объем корректирующего электролита, если необходимо добавить плотность или воды, если необходимо ее понизить;
• Затем в течение примерно тридцати минут заряжайте аккумулятор, чтобы жидкость могла перемешаться;
• После зарядки нужно подождать 1-2 часа, это позволит выровнять плотность всех банок.За это время тоже понизится температура и выйдут все газы;
• Далее необходимо проверить плотность и если она не соответствует норме, повторить все действия заново и попробовать еще раз.

Следите за тем, чтобы плотность не превышала 1,35 г/см, иначе кислота «съест» пластины.

Видеоинструкцию по увеличению плотности электролита можно посмотреть здесь:

Результат

Итак, плотность — это очень важный параметр, который влияет на работу аккумулятора и может как продлить срок службы аккумулятора, так и наоборот уменьшить его.Поэтому владельцу любого транспортного средства рекомендуется регулярно проверять плотность аккумулятора и при необходимости повышать или понижать его уровень.

Аккумулятор в автомобиле используется не только при пуске двигателя, но и на слишком малых скоростях при большом количестве потребителей электроэнергии может пропадать и обеспечивается аккумулятором.

Проверьте плотность электролита.

Как проверить плотность батареи-ареометра. Ареометр представляет собой поплавок внутри стеклянного сосуда.Именно этот поплавок и показывает плотность. В колбу собирается электролит из банок. При разной плотности поплавок всплывает на разную высоту.

Кстати, вот обязательно прочитайте, как правильно. По градуированной шкале на колбе определяют плотность. При проверке плотности обязательно проверяйте уровень электролита.

На заряженном аккумуляторе летом плотность должна быть 1,27 а зимой нужна плотность 1,29. Сама батарея с приходом зимы плотности не поднимется так что придется делать Вам!

  Проверка с помощью ареометра: Отвинтите крышки со всех батарейных блоков.Поочередно соберите электролит из каждой банки в колбу и посмотрите плотность. Плотность проверяйте по таблице. Проверьте плотность на заряженном аккумуляторе!

Тест плотности видео:

Проверка характеристики холодного пуска.

Проверено при температуре -18°. Суть этой проверки заключается в том, чтобы узнать, какой максимальный ток может выдать аккумулятор за 30 секунд. При этом напряжение после окончания проверки не должно опускаться ниже 7,2 вольта.

Ток холодного пуска указан в маркировке.Пример обозначения 12В 60Ач 300А (номинальное напряжение, мощность, ток холодного пуска).

  Существует несколько стандартов измерения, поэтому вам необходимо сравнить эту таблицу:

Стандарты	EN 60095-1  (ряд европейских стран и новый российский ГОСТ 959-2002)	DIN   43539 (Германия) и ГОСТ 959-91 (Россия)	SAE (США)
Ток холодного пуска	280	170	300
	330	200	350
	360	225	400
	420	255	450
	480	280	500
	520	310	550
	540	335	600
	600	365	650
	640	395	700
	680	420	750
	760	450	800
	790	480	850
	860	505	900
	900	535	950
	940	560	1000
	1000	590	1050
	1040	620	1100
	1080	645	1150
	1150	675	1200
	1170	700	1250

Остаточная емкость.

Показывает время в минутах, за которое напряжение падает до 10,5 вольт при токе разряда 25А при температуре 25°. Такое испытание можно провести с помощью специальных разрядников с заданным током разряда.

 Можно самостоятельно проверить: Разрядить аккумулятор (любая нагрузка) до 10,5 вольт. При этом ток разряда должен составлять примерно 1/10 от номинального значения в ампер-часах (например, 65-й разряд разряда током 6,5 ампер). Ток разряда умножается на время разряда и результат делится на номинальную емкость, таким образом, получается процент остаточной емкости.

Каждый владелец автомобиля хочет, чтобы аккумулятор прослужил как можно дольше. И если ресурс необслуживаемых аккумуляторов ограничен производителем, то обслуживаемые источники питания при грамотном обслуживании могут пережить автомобиль. Одним из важнейших показателей является плотность электролита. Для его контроля необходимо знать, как правильно пользоваться ареометром для аккумулятора – прибором, позволяющим измерять степень закисания раствора в ячейках аккумулятора.

Плотность — это вес серной кислоты в смеси с водой по отношению ко всему объему раствора, иначе говоря, это степень подкисления смеси. Закон гидростатики гласит, что при погружении тела в жидкую среду его вес равен массе вытесненного объема. На основе этого принципа работает этот простой прибор, позволяющий определить кислотность смеси в г/куб.см с точностью до сотых.

Конструктивно ареометр для аккумуляторной батареи имеет вид стеклянного поплавка, внутри которого находится измерительная шкала.Во многих моделях он помещен в прозрачную колбу (пипетку) из стекла или пластика. Это максимально упрощает процедуру приема жидкости. При использовании определенных типов ареометров можно измерять не только кислотность, но и температуру антифриза. В полной комплектации вся конструкция состоит из следующих частей:

• Ареометр;
• Груша;
• Стеклянная пипетка, в которую помещается устройство;
• Тяжелая пробка;
• Забор.

Обзор популярных моделей ареометров

Автовладельцы, впервые столкнувшиеся с измерением кислотности, задаются вопросом, какие бывают ареометры для измерения плотности электролита, и какова их цена. Современные производители предлагают несколько разновидностей этих устройств, которые отличаются, как стоимостью и внешним видом, так и функциональностью.

Наиболее популярные:

• Спарта 549125. Модель, которая имеет компактные размеры, прочный стеклянный корпус и невысокую стоимость.
• SKYBEAR 623000. Недорогой китайский аналог, по отзывам хорошая вещь за такие деньги.
• Орион АП-02. Плотномер электролита отечественного производства (НПП Орион, Санкт-Петербург). Колба стеклянная, но, по словам владельцев, поплавок к ней постоянно цепляется, что заставляет немного нервничать при измерениях.
• Рефрактометры (цифровые ареометры). Это инструменты для профессионального использования. Может измерять характеристики множества различных жидкостей, из которых автолюбителям будет полезна кислотность электролита и температура тосола (тосола).Дорогой, но можно настроить на дистиллированную воду, что позволяет всегда правильно определять параметры вне зависимости от внешних условий. Вы можете заказать цифровой ареометр из Китая.

Бюджетные плотномеры можно приобрести по цене от 100 до 600 руб. Профессиональные инструменты стоят от 800 рублей.

Важно. При выборе ареометра обратите внимание на материал корпуса пипетки. Некачественный пластик со временем может помутнеть, что затрудняет или даже делает невозможной работу с инструментом.

Как пользоваться ареометром и что нужно учитывать

Чтобы правильно использовать ареометр для аккумулятора, необходимо соблюдать оптимальные условия его применения. Прибор предназначен для проверки кислотности в диапазоне от 1100 г/см3 до 1300 г/см3. Также некоторые модели могут определять температуру охлаждающей жидкости. Его значения могут варьироваться, как правило, в пределах -20…+40 градусов.

Как пользоваться ареометром для аккумулятора, чтобы всегда правильно определять параметры раствора? Следует соблюдать простую последовательность шагов.

1. Сначала нужно собрать готовую конструкцию. Это означает помещение поплавка в пипетку, на одну сторону которой надеть грушу, а на другую — зафиксировать пробку с наконечником.
2. Сдавив грушу, пипетку нужно погрузить в жидкую среду. Постепенно ослабляя давление, важно добиться такого наполнения сосуда пипетки, чтобы поплавок свободно плавал в вертикальном положении.
3. Правильно считать значения на шкале в месте контакта с жидкостью.
4. После завершения процедуры важно полностью вымыть всю конструкцию. Это не только продлевает работу прибора, но и помогает избежать ошибок в показаниях при дальнейшем использовании.

Для правильного использования ареометра для аккумулятора и сохранения достоверности результатов необходимо учитывать некоторые важные нюансы:

• Не следует пренебрегать соблюдением техники безопасности. Кислота на коже вызовет ожог, а при попадании на одежду сделает ее непригодной для дальнейшего использования.
• Измерение плотности электролита в аккумуляторе ареометром важно проводить правильно — чтобы поплавок не касался краев емкости (корпуса). В противном случае он может «застрять» и показания будут недостоверными.
• Будьте осторожны при работе с антифризом. Некоторые производители используют опасный компонент – этиленгликоль, который (в отличие от пропиленгликоля) очень токсичен и может привести к серьезным повреждениям при длительном нанесении на кожу.

Знание того, как правильно пользоваться плотномером электролита, позволит вам самостоятельно проверить уровень кислотности в аккумуляторе. Что в совокупности с грамотной ее коррекцией продлит жизнь вашему квадратному другу на долгие годы.

Коротко и наглядно о том, как пользоваться ареометром вы можете посмотреть на видео:

Ухаживая за своим автомобилем, многие автовладельцы, в том числе женщины, задумываются над одной и той же проблемой: какой уровень электролита должен быть в автомобильном аккумуляторе? Так как уровень раствора электролита непостоянен и напрямую влияет на срок службы автомобильного аккумулятора, то вопрос действительно серьезный.

Высокий уровень электролита может привести к окислению выходных клемм аккумулятора и повреждению компонентов двигателя при его утечке. Недостаток приводит к высыханию и разрушению внутренних пластин, а затем и к полному выходу из строя самой батареи. Именно поэтому так важно контролировать уровень и плотность раствора электролита в аккумуляторе.

Методика проверки уровня электролита в автомобильном аккумуляторе

Начнем с того, что текущий уровень электролита можно узнать самостоятельно, он определяется визуально, при осмотре.Для этого достаточно открутить заливные пробки и заглянуть внутрь. Если уровень нормальный, пластины будут погружены под слой жидкости толщиной от 12 до 15 мм.

Смотрим полезное видео, как проверить уровень электролита в аккумуляторе:

Также на некоторых автомобильных аккумуляторах есть специальная шкала, показывающая допустимый уровень электролита. Он состоит из двух рисков: Min и Max, находится в их пределах и должен быть текущим уровнем решения. Далее вы просто смотрите уровень электролита в банках по отдельности и решаете, что делать дальше.

Для того, чтобы не на глаз, а точно измерить этот уровень, используют специальные полые стеклянные трубки, внутренний диаметр которых составляет от 3 до 5 мм. Открутив пробку аккумулятора, опустите трубку до упора в одну из секций батареи. Перед ее извлечением зажать пальцем верхнее отверстие стеклянной трубки так, чтобы скопившаяся в ней жидкость осталась внутри.

Высота столба жидкости, образующегося внутри измерительной трубки, будет соответствовать уровню электролита в аккумуляторе.Измерив его, таким образом, можно узнать текущий уровень жидкости с точностью до миллиметра. Данная процедура проводится для каждого из банков аккумуляторов в отдельности.

Как может измениться уровень жидкости в аккумуляторе?

Поскольку уровень жидкости в процессе эксплуатации автомобильного аккумулятора может неуклонно снижаться, проверка его состояния должна быть систематической. Испарение воды вызывает повышение концентрации серной кислоты в аккумуляторе. Насколько быстро это произойдет, зависит от нескольких факторов:

• Во-первых, от характера вождения и совокупности условий его эксплуатации;
• Во-вторых, от состояния электросистемы автомобиля.

При не самом благоприятном сочетании этих обстоятельств (резкие перепады температур, длительные поездки по бездорожью и т.п.) уровень электролитической жидкости может достичь критической массы уже через месяц эксплуатации. А при повреждении корпуса аккумулятора жидкость может вытечь уже через несколько минут после поломки.

Зная, какой уровень электролита должен быть в автомобильном аккумуляторе, можно не только значительно увеличить срок службы самого аккумулятора при постоянном контроле уровня жидкости, но и таким образом выявлять неисправности электросети автомобиля во время.Как пример, сбой в работе стартера может привести к закипанию электролита в аккумуляторе и снижению его уровня.

class=»eliadunit» >

Таким образом, при поломке в электронике автомобиля не поленитесь также проверить уровень электролита в аккумуляторе, чтобы избежать лишних затрат на покупку нового автомобильного аккумулятора.

Что делать при низком или высоком уровне электролита или отклонениях плотности аккумулятора?

Если при осмотре обнаружен избыток жидкости в аккумуляторе, следует «вооружиться» обычным шприцем или спринцовкой.С помощью этих приспособлений нужно удалить лишний раствор из банки, доведя таким образом уровень до нужного значения.

Помните, что проверку уровня электролита следует проводить после нескольких часов стоянки, так как жидкость имеет свойство расширяться при нагревании, что не улучшит точность получаемых данных об уровне раствора.

При обнаружении низкого уровня электролита в аккумуляторной банке необходимо через специальную горловину осторожно долить дистиллированную воду, температура которой должна быть в пределах 15-25°С.

Помните, что добавляя воду, вы, таким образом, снижаете уровень плотности. Для того чтобы измерить этот показатель, необходимо использовать специально разработанный для этого прибор – ареометр. Представляет собой поплавок в емкости со шкалой и грушей для всасывания жидкости.

Измерения производятся путем проверки плотности раствора в каждом из блоков аккумуляторов отдельно. Норма плотности накопительной жидкости находится в пределах от 1,27 до 1,3 г/см³ и в каждой банке она должна быть примерно одинаковой.

При повышенной плотности электролит разбавляют дистиллированной водой с помощью шприца или спринцовки, в противном случае для повышения плотности накопительного раствора используют специальную автомобильную кислоту. Приводя плотность электролита в норму, необходимо помнить о его уровне, который регулируется после коррекции показателя плотности.

Не забывайте, что плотность следует измерять только на полностью заряженном аккумуляторе.

Вот и все, что мы хотели сказать по этому вопросу.Теперь вы знаете, какой уровень электролита должен быть в автомобильном аккумуляторе, и что делать, если есть отклонения в плотности или объеме этого раствора. Надеемся, что этот материал был для вас полезен. Удачи на дорогах!

Как пользоваться аккумуляторным ареометром

Как пользоваться аккумуляторным ареометром (Никогда не вставляйте металлический термометр в аккумулятор!)

Аккумуляторный ареометр используется для проверки уровня заряда элемента аккумуляторной батареи. Это выполняется путем измерения плотности электролита, что достигается путем измерения удельного веса электролита.Чем больше концентрация серной кислоты, тем более плотным становится электролит. Чем выше плотность, тем выше состояние заряда.
Удельный вес — это измерение жидкости, которое сравнивается с базовым уровнем. Базовым уровнем является вода, которой присвоено базовое число 1.000. Концентрация серной кислоты в воде в новом аккумуляторе автомобиля для гольфа составляет 1,280, что означает, что электролит весит в 1,280 раза больше веса того же объема воды. Полностью заряженная батарея будет тестироваться на уровне 1.275 – 1,280, в то время как разряженная батарея будет показывать в диапазоне 1,140.
! ПРИМЕЧАНИЕ !

Не выполняйте проверку ареометром батареи, которая только что была залита водой. Аккумулятор должен пройти по крайней мере один цикл зарядки и разрядки, чтобы позволить воде адекватно смешаться с электролитом.
Температура показаний ареометра должна быть скорректирована до 80° F (27°C). Важно понимать, что температура электролита значительно отличается от температуры окружающей среды, если автомобиль эксплуатировался.
Процедура проверки ареометра: Предупреждение! Батареи содержат серную кислоту
Всегда используйте средства индивидуальной защиты от контакта с серной кислотой

Средства защиты глаз. Резиновые перчатки. Резиновый фартук. Туфли с закрытым носком.
Избегайте ношения любых хлопчатобумажных материалов, так как аккумуляторная кислота растворяет ткань

1. Несколько раз наберите электролит в ареометр, чтобы термометр приспособился к температуре электролита, и запишите показания.Проверьте цвет электролита. Коричневое или серое окрашивание указывает на проблему с батареей и является признаком того, что срок службы батареи приближается к концу.

2. Наберите полную пробу электролита в ареометр, чтобы поплавок мог свободно плавать.

3. Держите ареометр в вертикальном положении на уровне глаз и отметьте показания, где уровень электролита соответствует шкале на поплавке.

4. Добавьте или вычтите четыре балла (0,004) из показаний на каждые 10° F (6° C) температуры электролита выше или ниже 80° F (27° C).Отрегулируйте показание в соответствии с температурой электролита, например, если показание указывает на удельный вес 1,250, а температура электролита составляет 90° F (32° C), значение 1,250 дает скорректированное значение 1,254. Аналогичным образом, если температура была 70° F (21° C), вычтите показание 1,246,4 балла (0,004) из 1,250, чтобы получить скорректированное значение

• 5. Проверьте каждую ячейку и запишите показания (с поправкой на 80° F). или 27°С). Разница в пятьдесят пунктов между любыми двумя показаниями ячейки (пример 1.250 – 1.200) указывает на проблему с ячейками с низкими показаниями.
от
• от 12,60 до 12,74 = от 85 до 100% заряжены
от
• от 12,40 до 12,591 от 75 до 85%, заряженные
• 12,20 до 12,39 = от 50 до 75%, заряженные
от
• 12.00 до 12,19 = от 25 до 50%, заряженные
• 12.00 и ниже = Полностью разряженный

По мере старения аккумулятора удельный вес электролита будет уменьшаться при полном заряде. Это не повод для замены батареи, если все ячейки находятся в пределах пятидесяти точек друг от друга.

Поскольку проверка ареометра проводится в ответ на проблемы с производительностью транспортного средства, следует перезарядить автомобиль и повторить проверку. Если результаты указывают на слабый элемент, батарею или батареи следует извлечь и заменить на исправную батарею той же марки, типа и приблизительного возраста.

Ручной ареометр для измерения удельного веса

Ручной ареометр для измерения удельного веса | СБС

Магазин не будет работать корректно в случае, если куки отключены.

Похоже, в вашем браузере отключен JavaScript. Для наилучшего взаимодействия с нашим сайтом обязательно включите Javascript в своем браузере.

Ареометр для измерения удельного веса

Ареометры (плотномеры) измеряют удельный вес жидкостей.Удельный вес – это отношение плотности тестируемой жидкости к плотности воды. В случае тестирования батареи ареометр измеряет удельный вес электролита батареи. Чем выше концентрация кислоты в электролите, тем выше удельный вес.

По удельному весу пользователь может определить уровень заряда батареи.

Сохранение показаний ареометра и данных с течением времени рекомендуется IEEE как часть любой программы обслуживания аккумуляторов.

 

Шкала внутри штока позволяет легко определить удельный вес.

• Шкала 1,100 – 1,350
• Примечание: .005 Подразделы

Информация о продукте

Информация о приложении

Особенности

• Промышленный ареометр
• Практически небьющийся
• Корпус из поликарбоната и специальный прочный стеклянный поплавок, выдерживающий падение с высоты 10 футов.
• Масштаб: 1,100–1,350 с делением 0,005

Информация для заказа

Z-1G	1.100 – 1.350	Промышленный ареометр с усиленным стеклянным поплавком
1353	-20° – 130°F	Термометр, включает таблицу поправочных коэффициентов SG

Copyright © 2021-настоящее время Экспоненциальная мощность — —

Что такое аккумулятор с высокой плотностью энергии?

Плотность энергии батарей может отображаться двумя способами: гравиметрическая плотность энергии и объемная энергия плотность.

Гравиметрическая плотность энергии — это мера того, сколько энергии содержит батарея по отношению к ее весу. Это измерение обычно представлено в ватт-часах на килограмм ( Вт-ч/кг ). Объемная плотность энергии, с другой стороны, сравнивается с его объемом и обычно выражается в ватт-часах на литр ( Вт-ч / л). Как правило, мы называем плотность энергии батареи гравиметрической (весовой) плотностью энергии, а ватт-час является мерой электрической энергии, эквивалентной одному часу, одному ватту потребления.

Напротив, плотность мощности  аккумулятора является мерой того, насколько быстро может быть доставлена ​​энергия, а не того, сколько накопленной энергии доступно. Плотность энергии часто путают с плотностью мощности, поэтому важно понимать разницу между ними.

Формула расчета

Плотность энергии батареи можно легко рассчитать по следующей формуле:  Номинальное напряжение батареи (В) x Номинальная емкость батареи (Ач) / Вес батареи (кг) = Удельная энергия или плотность энергии (Втч/кг).

Плотность энергии аккумуляторов LiCo и LiFePO4

Вообще говоря, LiCo аккумуляторы имеют плотность энергии 150-270 Втч/кг . Их катод состоит из оксида кобальта и типичного углеродного анода со слоистой структурой, которая перемещает ионы лития от анода к катоду и обратно. Этот аккумулятор популярен благодаря своей высокой плотности энергии и обычно используется в потребительских товарах, таких как сотовые телефоны и ноутбуки.

Батареи LiFe , с другой стороны, имеют плотность энергии 100-120 Втч/кг .Хотя это ниже, чем у LiCo-батарей, в категории перезаряжаемых аккумуляторов все же считается выше. В батареях LiFe используется фосфат железа для катода и графитовый электрод в сочетании с металлической подложкой для анода. Они идеально подходят для тяжелого оборудования и промышленного применения из-за их лучшей способности выдерживать высокие и низкие температуры.

Заключение

Что касается одноэлементной батареи, положительные и отрицательные материалы и производственный процесс батареи будут влиять на плотность энергии, поэтому необходимо разработать более разумные материалы и лучшую технологию производства, чтобы получить более эффективную батарею.

Плотность энергии литий-ионной батареи

Промышленные титаны: Литий-титанатные (LTO) батареи

Батарея LTO является одним из старейших типов литий-ионных батарей и имеет плотность энергии ниже, чем у литий-ионных батарей, около 50-80 Втч/кг.

В этих батареях титанат лития используется в аноде вместо углерода, что позволяет электронам входить и выходить из анода быстрее, чем в других типах литий-ионных батарей.

Эта структура позволяет батареям LTO заряжаться намного быстрее и безопасно работать с большими токами, но низкая плотность энергии делает их плохо подходящими для погрузочно-разгрузочного оборудования.

Они, как правило, дороже и обычно используются для электромобилей, автомобильных аудиосистем и мобильных медицинских устройств.

Высокая энергия, высокий риск: литий-кобальт-оксидные (LCO) батареи

Литий-кобальт-оксидные батареи имеют высокую плотность энергии 150-200 Втч/кг. Их катод состоит из оксида кобальта с типичным углеродным анодом со слоистой структурой, которая перемещает ионы лития от анода к катоду и обратно.

Аккумуляторы этого типа популярны благодаря высокой плотности энергии и обычно используются в сотовых телефонах, ноутбуках и, в последнее время, в электромобилях.

Кобальт — очень энергоемкий материал, но он может быть дорогим. По мере роста спроса на использование в электромобилях этот ресурс быстро истощается. На самом деле скоро мир может столкнуться с дефицитом кобальта.

Кобальт также очень летуч. Литий-кобальтовые аккумуляторы не выдерживают большие токи из-за риска перегрева, что представляет значительный риск для безопасности. Аккумуляторы LCO имеют более низкую термическую стабильность, что означает, что они очень чувствительны к более высоким рабочим температурам и перезарядке.

Производительность по цене: литий-никель-марганцево-кобальтовые оксидные (NMC) батареи

Литий-никель-марганцево-кобальтовые оксидные батареи также имеют высокую плотность энергии 150–220 Втч/кг. Они используют кобальт в катоде, как и батареи LCO, но они также содержат никель и марганец, чтобы повысить стабильность.

Аккумуляторы NMC используются в большинстве электромобилей, производимых сегодня, но также используются в медицинских устройствах и электронных велосипедах.

Секрет успеха этой батареи заключается в ее хорошо сбалансированном химическом составе; известно, что никель обладает высокой плотностью энергии, но нестабилен, как и кобальт, в то время как марганец более стабилен, но также имеет меньшую плотность энергии.Конкретное соотношение различных элементов зависит от производителя, но добавление никеля обычно предназначено для уменьшения количества дорогого кобальта.

Аккумуляторы NMC могут выдерживать большие зарядные токи и более широкий диапазон температур, чем аккумуляторы LCO. Однако, поскольку батарея по-прежнему содержит кобальт, стоимость увеличивается из-за дефицита на рынке.

Доступные, безопасные и надежные: литий-железо-фосфатные батареи (LFP)

Батареи LFP имеют высокую плотность энергии 90-160 Втч/кг.Хотя это ниже, чем у некоторых кобальтовых батарей, это все же один из самых высоких показателей среди всех типов батарей. В батареях

LFP используется фосфат железа в качестве катода и графитовый электрод в сочетании с металлической подложкой в ​​качестве анода.

Фосфат лития-железа, или LiFePO4, представляет собой встречающийся в природе минерал, недорогой, нетоксичный, обладающий хорошей термической стабильностью и высокой плотностью энергии. Аккумуляторы

LFP идеально подходят для тяжелого оборудования и промышленных условий благодаря своей способности выдерживать большие нагрузки и широкий диапазон температур.Они появились как новый вариант для вилочных погрузчиков и другого тяжелого электрического оборудования, которое требует высокого уровня надежности и исторически полагалось на свинцово-кислотные батареи.

Оптимизация максимальной удельной энергии литий-ионной батареи с использованием метода прогрессивно-квадратичной поверхности отклика и планирования экспериментов

Научный доклад 2020; 10: 15586.

, ¹ , ² , ² , ¹ и ⁹ и ²

JI-San Kim

¹ Высшая школа механического проектирования и производства, Университет Конкук, 120, Neung Dong- ro, Gwangjin-gu, Seoul, 05029 Республика Корея

Dong-Chan Lee

² Школа машиностроения, Университет Konkuk, 120, Neung dong-ro, Gwangjin-gu, Seoul, 05029 Республика Корея

Jeong-Joo Lee

¹ Высшая школа машиностроения и технологии производства, Университет Конкук, 120, Neung dong-ro, Gwangjin-gu, Seoul, 05029 Республика Корея

Chang-Wan Kim

² Школа Машиностроения, Университет Конкук, 120, Нындон-ро, Кванджин-гу, Сеул, 05029 Республика Корея

¹ Высшая школа машиностроения и технологии производства, Университет Конкук, 120, Нындон-ро, Кванджин- гу, Сеул, 05 029 Республика Корея

² Школа машиностроения, Университет Конкук, 120, Нындон-ро, Кванджин-гу, Сеул, 05029 Республика Корея

Автор, ответственный за переписку.

Поступила в редакцию 6 марта 2020 г .; Принято 24 августа 2020 г.

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете оригинал. автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала.Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Abstract

Спрос на литий-ионные аккумуляторы (LIB) большой емкости для электромобилей вырос. В этом исследовании оптимизация для максимизации удельной плотности энергии клетки проводится с использованием электрохимической модели LIB и последовательной приближенной оптимизации (SAO).Во-первых, план экспериментов выполняется для анализа чувствительности важных факторов дизайна к удельной плотности энергии, таких как толщина электродов и сепараторов, пористость и размер частиц. Затем конструктивные переменные ячейки оптимизируются для максимальной удельной плотности энергии с использованием метода прогрессивной квадратичной поверхности отклика (PQRSM), который является одним из методов SAO. В результате оптимизации соотношение толщины электрода было оптимизировано, а пористость уменьшена, чтобы поддерживать высокую удельную плотность энергии при сохранении характеристик удельной плотности мощности.Это привело к увеличению удельной плотности энергии на 56,8 % и уменьшению явления поляризации на 11,5 %. Удельная плотность энергии эффективно улучшилась за счет минимальных вычислений, несмотря на нелинейность электрохимической модели в оптимизации PQRSM.

Тематические термины: Аккумуляторы, Машиностроение, Аккумуляторы

Введение

Благодаря высокой теоретической плотности энергии и длительному сроку службы литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) широко используются в качестве аккумуляторов.Спрос на мощные и емкие ЛИА резко возрос в связи с растущим спросом на электромобили и накопители энергии ^{1 – 3} . Чтобы соответствовать этой тенденции, необходимо повысить плотность энергии ЛИА. Для этого исследуются и разрабатываются новые электродные материалы. Однако разработка новых электродных материалов требует значительного времени и усилий; как таковые, многие исследователи в настоящее время проводят исследования того же самого.

Таким образом, одним из способов снижения затрат на исследования и разработки является оптимизация конструктивных параметров существующих электродных материалов, таких как пористость и толщина, для повышения мощности и производительности ЛИА ^{4 – 15} .Крайне важно оптимизировать переменные конструкции для достижения целевой производительности, поскольку мощность и емкость имеют компромиссное соотношение. Однако взаимосвязь между конструктивными переменными и характеристиками литий-ионных аккумуляторов сильно нелинейна; поэтому их трудно разработать экспериментальным путем. Для преодоления этих трудностей используется оптимизация с использованием численных моделей, учитывающих электрохимические реакции, что является эффективным методом. Недавние исследования были проведены для оптимизации переменных конструкции элемента с использованием численных моделей для проектирования аккумуляторов большой мощности/большой емкости ⁴ .

Ранее компания Newman провела параметрическое исследование с использованием графика Рагона, чтобы максимизировать удельную плотность энергии батареи ^{5 – 11} . График Рагона представляет собой простой график, показывающий взаимосвязь между удельной энергией и удельной мощностью клетки. Дойл и др. разработал электрохимическую модель для прогнозирования характеристик заряда и разряда батареи с использованием теории пористого электрода и теории концентрированного раствора. Это легло в основу последующих исследований по оптимизации LIB ⁵ .С помощью параметрического исследования Дойл и Ньюман сравнили удельную плотность энергии ячеек, состоящих из электродов различной толщины, пористости и электролитов, и предложили оптимизированную ячейку с использованием графика Рагона ^{6 – 8} . Шринивасан и Ньюман оптимизировали пористость и толщину положительного электрода для различных скоростей C, сохраняя при этом соотношение емкости двух электродов, толщину и пористость сепаратора и пористость отрицательного электрода ⁹ .Кристенсен и др. оптимизировала толщину и пористость отрицательных электродов из титаната лития (LTO) для электромобилей и использовала график Рагона для прогнозирования мощности ¹⁰ . Стюарт и др. улучшил график Рагона с учетом импульсных характеристик гибридного электромобиля (HEV) и оптимизировал удельную мощность к энергии элемента аккумуляторной батареи HEV ¹¹ . Аппиа и др. оптимизирована толщина и пористость LiNi _0,6 Co _0.2 Mn _0,2 O ₂ катод посредством параметрического исследования с использованием графика Рагона ¹² . Однако вывод оптимальных переменных с использованием графика Рагона и параметрического исследования может быть дорогостоящим в вычислительном отношении; как таковые, необходимы исследования с использованием методов численной оптимизации.

Например, Xue et al. выбрали 12 расчетных переменных, включая пористость электрода, коэффициент диффузии и различные коэффициенты C, и рассчитали градиент с помощью метода комплексной пошаговой аппроксимации.Затем они оптимизировали удельную плотность энергии, используя методы последовательного квадратичного программирования ¹³ . Голмон и др. разработала многомасштабную модель батареи, которая дополнительно учитывала микромасштаб, использовала сопряженный анализ чувствительности для расчета градиента и оптимизировала емкость батареи ¹⁴ . Changhong Liu и Lin Liu оптимизировали потерю емкости батареи с помощью алгоритма на основе градиента, называемого поиском с несколькими начальными точками, и уменьшили потерю емкости ячейки на 22% ¹⁵ .Однако оптимизация на основе градиента — сложный процесс, требующий различных этапов вычислений и времени. Более того, он чувствителен к численному шуму, и результаты оптимизации сходятся к локальному оптимуму ¹⁶ .

Чтобы избежать недостатков оптимизации на основе градиента, исследователи изучили множество алгоритмов, не требующих вычисления градиента ^{17 – 19} . Среди них метод прогрессивной квадратичной поверхности отклика (PQRSM) является одним из методов последовательной приближенной оптимизации (SAO), который можно эффективно применять к нелинейным задачам без вычислений градиента ²⁰ .Кроме того, PQRSM применяет алгоритм области доверия, который гарантирует слабую глобальную сходимость и имеет низкую вероятность сходимости к локальному оптимуму ^{21 – 23} . Кроме того, в отличие от параметрического исследования с использованием графика Рагона, которое требует сотни симуляций для анализа одной ячейки, PQRSM требует меньше вычислений для получения оптимальных результатов. Благодаря этим преимуществам PQRSM используется в различных областях техники; однако он никогда не применялся для оптимизации LIB ^{24 , 25} .

В этом исследовании оптимизация максимальной удельной плотности энергии ячейки ЛИА выполняется с использованием планирования экспериментов, PQRSM и электрохимической модели ЛИА, которая используется для расчета удельной плотности энергии и удельной мощности. Сначала был проведен план экспериментов (DOE) для анализа чувствительности восьми факторов конструкции ячейки, включая толщину анода, толщину катода, толщину сепаратора, пористость анода, пористость катода, пористость сепаратора, размер частиц анода и размер частиц катода.Расчетные факторы, чувствительные к удельной плотности энергии и удельной плотности мощности, были выбраны в качестве проектных переменных посредством анализа чувствительности DOE. PQRSM, который гарантирует слабую глобальную сходимость и не требует вычисления градиента, был использован в качестве алгоритма оптимизации для максимизации удельной плотности энергии LIB. После оптимизации различия удельной плотности энергии и удельной мощности исходной и оптимизированной ячейки сравнивались посредством разряда постоянным током.Он подтвердил превосходство оптимизированного результата проектирования.

Модель электрохимической литий-ионной батареи

В модели LIB используется псевдодвумерная (P2D) модель, разработанная Doyle et al., которая применяет теорию пористого электрода и теорию концентрированного раствора ^{5 , 6} . Ячейка ЛИА состояла из 5 слоев, включая коллектор, электрод и сепаратор, и использовала ячейки типа графит/ЖМО. На рисунке показана структура модели LIB и схема цикла зарядки и разрядки.

Схема ( a ) пакетной ячейки LIB и ( b ) электрохимической модели LIB.

Уравнения ( ¹ )–( ⁵ ) являются основными уравнениями электрохимической реакции литий-ионного элемента. Уравнение ( ¹ ) представляет собой уравнение баланса электронного заряда, а уравнение ( ² ) – баланс ионного заряда в электролите. Уравнение ( ³ ) представляет собой форму второго закона Фика в сферических координатах; он показывает диффузию Li в активные частицы.Уравнение ( ⁴ ) представляет собой перенос ионного заряда Li-ion в электролите. Уравнение ( ⁵ ) представляет собой поток Li ⁺ и уравнение Батлера-Фольмера на поверхности активной частицы; он показывает определенную кинетику реакции.

∇ · -k2eff∇φ2 + 2rctk2efff1 + ∂lnf ± ∂lnc21-t + ∇lnc2 = a · jn

2

dc1dt + 1R2∂∂r-r2d1∂c1∂r = 0

3

εdc2dt = ∇ ·D2eff∇c2-1Fi2·∇t++a·jn1-t+

4

N0=-jnF,jn=i0expηFRcT-exp-ηFRcT

5

Электрохимическая модель ЛИА подтверждена путем сравнения с разрядными кривыми эксперимента Ньюмена.На рисунке показан эксперимент с разрядом 0,1C–2C ячейки ЛИА и кривые разряда из анализа численной модели. Для параметров ячейки мы ссылались на модель LIB Ньюмана и Дойла. В таблице приведены параметры ячейки ^{6 , 8} . Параметры коллектора взяты из опубликованной статьи ²⁶ .

Сравнение кривых разряда ячейки LIB между экспериментом ⁸ и анализом.

Таблица 1

Свойства материала и размеры ячейки ЛИА ^{8 , 26} .

параметр	Li x C 6 C 6	LIMN 2 O 4	Разделитель	Electrolyte	AL Foil	Cu Foil
Толщина (мкм)	100	174	52	—	15	10
Пористость	0,357	0,444	0,46	—	—	—
размер частиц (мкм)	12.5	8,5	—	—	—	—
Плотность (кг / м 3 )	2270	4140	900	1210	2700	8700
диффузность (м 2 / с)	3.9 × 10 -14	1,0 × 10 -13	—	7,5 × 10 -11	—	—
Константа скорости реакции	2.0 × 10 -11	2,0 × 10 -11	—	—	3	—
Электропроводность (S / M)	100	3,8	—		–
Макс. Концентрация (Mol / M 3 )	26,390	22,860	—	—	—	—
—
Первоначальная концентрация (Mol / M 3 )	22 055	—	1000	–	–
Потенциал холостого хода (В)	Un=0.6379 + 0.5416EXP-305.5309θn + 0,044TANH-θn-0.19580.1088-0.1978Tanhθn-1.05710.0854-0,6875Tanhθn + 0,01170.05Tanhθn + 0,01170.0529-0,0175Tanhθn-0.56920.0875UP = 4.1983 + 0,05656TANH-14.5546θP + 8.6094-0.027510. 9984-θp0,4925-1,9011-0,1571exp-0,0473θp8+0,8102exp-40θp-0,1339θk=c2,kc2,k,max;k=p,nstateofchargeSOC

Для подтверждения начальной удельной плотности энергии и удельной энергии плотность ячейки, разряд постоянным током проводили от 1 до 10С. Ячейка была разряжена от начального напряжения 4 В.2 В до напряжения отсечки 3 В. Плотность тока 1С составляла 25 А/м ² , а температура ячейки 298 К. Начальная концентрация ионов лития на отрицательном электроде составляла 22 055 моль/м ³ , а у положительного электрода 4000 моль/м ³ . Начальная концентрация электролита составляла 1000 моль/м ³ , и быстрое снижение концентрации ионов лития в электролите можно было предотвратить даже при высоких плотностях тока. В уравнении ( ⁶ ), удельную плотность энергии рассчитывали путем деления энергии, выделяемой до напряжения отсечки, на массу клетки.Удельная плотность мощности была рассчитана по уравнению. ( ⁷ ) путем деления средней мощности до напряжения отсечки на массу ячейки. Массу ячейки рассчитывали по сумме весов анода, катода, сепаратора, электролита и коллектора по уравнению. ( ⁸ ).

ECELL = 1MCELL∫0TENDVCELL · IAPPDT

6

PCELL = 1MCELL∫0TENDVCELL · IAPPDT · 1TEND

7

MCELL = MPOS + MNEG + MSEP + MELECTROLYTE + MCOLLECTER

8

Рисунок показывает результаты постоянной ток разряда от 1 до 10С.Ячейка показала удельную плотность энергии 135,8 Втч/кг и удельную плотность мощности 137,0 Вт/кг при скорости 1C. При 4°С удельная плотность энергии оставалась выше 100 Втч/кг.

Кривые разряда при различных скоростях C для исходной ячейки.

Анализ чувствительности с использованием плана эксперимента

DOE был проведен для анализа чувствительности факторов конструкции ячейки, влияющих на удельную плотность мощности и удельную плотность энергии. Выбор ключевых проектных переменных с помощью анализа чувствительности DOE является эффективным методом снижения ненужных вычислительных затрат и достижения лучших результатов на этапе оптимизации.Для исходной ячейки были выбраны восемь конструктивных факторов, включая толщину и пористость, а также размер частиц анода, катода и сепаратора. Коэффициенты диффузии и проводимости были исключены из конструктивных факторов, поскольку они определяются при разработке самих аккумуляторных материалов. В таблице показано расчетное пространство расчетных факторов; они были основаны на ранее сообщенных значениях ¹³ . Принимая во внимание нелинейность между конструктивными факторами ячейки, удельной плотностью энергии и удельной плотностью мощности, точки выборки были получены с помощью 4-уровневого ортогонального массива в этом расчетном пространстве.На рисунке показана зависимость удельной плотности энергии от толщины и пористости анода и катода для 96 точек отбора проб. Это соотношение указывает на то, что высокая удельная плотность энергии может быть получена при определенном соотношении толщин анода и катода. Толщина электрода связана с количеством электрохимически активного материала внутри ячейки, что указывает на то, что соотношение активного материала анода и катода должно поддерживаться ¹³ .Как и толщина электрода, пористость также является фактором, связанным с количеством активного материала внутри ячейки. На рисунке b показано, что более высокая удельная плотность энергии прогнозируется в электроде с меньшей пористостью, а также подразумевается, что следует учитывать соотношение активного материала. Это связано с тем, что даже если количество активных материалов в положительном электроде велико, все это количество не будет реагировать, если количество активных материалов в отрицательном электроде мало. И положительный, и отрицательный электроды должны иметь сбалансированное количество активного материала.

Таблица 2

Расчетные коэффициенты DOE и диапазоны.

Коэффициенты дизайна	нижняя граница	верхняя граница
8
толщиной анода (мкм)	40	250
толщиной катодов (мкм)	40
Толщина сепаратора (мкм)	10	100
Пористость анода	0,2	0.6
Катод пористость	0,2	0,6
Сепаратор пористость	0,2	0,6
Анод размер частиц (мкм)	5	20
Размер Катод частиц (мкм )	2	20

Удельная плотность энергии в точках отбора проб МЭ для ( a ) толщины электрода ( b ) пористости электрода.

Корреляционный анализ был проведен для анализа линейной зависимости между факторами конструкции ячейки и удельной плотностью энергии, а также факторами конструкции ячейки и удельной плотностью мощности.Корреляционный анализ — это метод анализа линейной зависимости между факторами и откликами. Чем ближе коэффициент корреляции к 1, тем сильнее положительная линейная связь, а чем ближе к  − 1, тем сильнее отрицательная линейная связь. Факторы с кажущейся линейной зависимостью могут быть исключены из проектных переменных, поскольку их оптимальное значение находится на границе проектного пространства. В таблице представлены результаты корреляционного анализа. Не было факторов с очевидной линейной зависимостью между конструктивными факторами ячейки, удельной плотностью энергии и удельной плотностью мощности.Однако толщина анода и катода демонстрировала умеренную отрицательную линейную зависимость от удельной плотности мощности, предполагая, что чем тоньше электрод, тем выше удельная плотность мощности ²⁷ . Однако толщину электродов нельзя исключить из расчетных переменных, поскольку они имеют нелинейную связь с удельной плотностью энергии.

Таблица 3

Коэффициенты корреляции удельной энергии и удельной мощности для расчетных коэффициентов.

+ + + + + + +

	Плотность Удельная энергия	Удельная плотность мощности
Анод толщина	0,330	— 0,481
Толщина Катод	0,320	— 0,697
Сепаратор толщиной	— 0.108	— 0.162
Porode Anode	— 0.300	0,080
катодная пористость	— 0.297	0,237
Сепаратор пористость	0,023	— 0,013
Анод размер частиц	— 0,069	— 0,040
Размер Катод частиц	— 0,104	— 0,003

Дисперсионный анализ (ANOVA) был проведен для определения чувствительности факторов плана и, соответственно, выбора переменных плана для оптимизации. Дисперсионный анализ — это метод оценки влияния факторов на ответы путем выражения распределения этих ответов в виде суммы квадратов и разделения его на коэффициент ²⁸ .Был использован уровень значимости (α) 0,05. Если P-значение было меньше 0,05, то его расценивали как фактор со статистически значимым взаимодействием с ответом. Таблицы и показывают результаты ANOVA. Для удельной плотности энергии значимыми факторами были определены толщина и пористость анода и катода. Для удельной плотности мощности значимыми факторами были определены толщина электродов и сепаратора и пористость катода. С помощью дисперсионного анализа в качестве проектных переменных были выбраны толщина анода, катода и сепаратора, а также пористость анода и катода.

Таблица 4

Результаты дисперсионного анализа удельной плотности энергии.

91 045 Анод размер частиц + +

Фактор	DOF	Сумма квадратов	среднего квадрата	F-значение	Р значение
3	1,529	510	0,419	0,740
Размер частиц катода	3	2,308	769	0.633	0,596
Анод пористость	3	19048	6349	5,221	0,003
Катод пористость	3	22577	7526	6,189	0,001
Разделитель пористость	3	963	3	3	3	0.264	0.264	0.851	0.8519	Толщина анода	3	37 490	12 497	10.28	<0,0001
Толщина Катод	3	29218	9739	8,009	<0,0001
Сепаратор толщиной	3	3594	1,198	0,985	0,405
Ошибка	71	86342	1216
Итого	95	203069

Таблица 5

результаты ANOVA удельной плотности мощности.

0,786 девяносто одна тысяча триста семьдесят одна Анод пористость 1 девяносто одна тысяча триста семьдесят одна.457

Удельная плотность энергии в качестве ограничения использовалась начальная удельная плотность мощности.Расчетные переменные включали толщину анода (x

₁ ), толщину катода (x ₂ ), толщину сепаратора (x ₃ ), пористость анода (x ₄ ) и пористость катода (x ₅ ), которые были выбраны с помощью анализа чувствительности Министерства энергетики США. Верхний и нижний диапазоны проектных переменных показаны в таблице. При скорости 1С элемент батареи подвергался разряду постоянным током и предельному напряжению 3,0 В. ·iappdtsubjectto:135.6W/kg

9

Алгоритм PQRSM

Алгоритм PQRSM — это один из методов SAO, использующий квадратичную модель поверхности отклика. В отличие от алгоритмов на основе градиента, градиент не нужен, поэтому не требуются сложные вычисления. Это также может быть применено к задачам с числовым шумом и эффективно для нелинейных задач ^{20 , 21} . Кроме того, применяется алгоритм доверительной области, гарантирующий слабую глобальную сходимость.Следовательно, вероятность сходимости к локальному оптимуму мала ^{22 , 23} . Алгоритм PQRSM генерирует полную квадратичную модель поверхности отклика, которая удовлетворяет вращательной способности на каждой итерации с 2n + 1 точками выборки, и проводит приблизительную оптимизацию с использованием этой модели поверхности отклика. На рисунке показана процедура оптимизации PQRSM. Сначала в качестве точек выборки выбираются одна центральная точка и 2n осевых точек в расчетном пространстве. Затем эти точки используются для создания квадратичной модели поверхности отклика, и в исходной доверительной области проводится приблизительная оптимизация.Затем из этого приблизительного оптимума вычисляется фактическое значение функции и оцениваются критерии сходимости. Если критерии сходимости не удовлетворены, этот процесс оптимизации повторяется до тех пор, пока не будет создана и сведена новая доверительная область.

Блок-схема процесса оптимизации PQRSM.

Результаты и обсуждение

Это исследование показывает потенциал оптимизации на основе PQRSM для проектирования ячеек с максимальной плотностью энергии при сохранении определенных требований к мощности.В результате оптимизации удельная плотность энергии увеличилась на 56,8%, а удельная мощность уменьшилась на 1,02% при соблюдении ограничений. На рисунке показана история сходимости оптимизации. Оптимизация сходилась после 15 итераций. В таблице показаны изменения проектных переменных, целевой функции и ограничений после оптимизации.

История сходимости оптимизации ( a ) целевой функции: удельная плотность энергии и ( b ) ограничения: удельная плотность мощности.

Таблица 6

Сравнение целевой функции, ограничений и проектных переменных исходной и оптимизированной ячеек.

Фактор	DOF	Сумма квадратов	Средняя площадь	F01020	2 P Value
	8
Anode Partcle размер	3	426	142	0,355
размер частиц Катод	3	314	105	0,261	0,853
	3		тысяча семьсот тридцать семь 579	0,236
Катод пористость	3	11374	3791	9,473	<0,0001
Сепаратор пористость	3	523	174	0,436	0,728
Толщина анода	3	4	4 4	48 482	16161	40.38	<0,022223	<0,0001
Толщина катода	3	100 905	33 635	84.04	<0,0001
толщина сепаратора	3	7766	2589	6,468	0,001
Ошибка	71	28416	400
Итого	95	199943	199943	199943

+ девяносто одна тысяча триста семьдесят один 18,9

целевая функция и ограничения	Первичная клеточная	Оптимизированный клеток	Скорость изменения (%)
Удельная плотность энергии (Вт · ч / кг)	135,8	212,9	56,8
Удельная плотность мощности (Вт/кг)	137.0	135,6	— 1,02
Design переменные
Толщина Анод (мкм)	100	118,9
Катод толщина (мкм)	174	130	130	— 25.3	— 25.3
Толщина сепаратора (мкм)	52	10	10	— 80223	— 80.8
пористость анода	0,357	0.2	— 44223	— 44.0
катодная пористость	0,244	0,2	— 55,0	— 55,0	— 55,0

Соотношение толщины анода и катода изменилось от начального значения 1,74 до 1,09, что улучшило отрицательный / положительный коэффициент емкости ячейки от исходного значения 0,86 до 1,09. Эффективное соотношение толщин между анодом и катодом определяется соотношением активных материалов двух электродов для сбалансированной электрохимической реакции.На рисунке показано изменение концентрации катодной твердой фазы исходной ячейки и оптимизированной ячейки во время разряда 1C. Катод исходной ячейки был ненасыщен при напряжении отсечки из-за отсутствия активного материала на аноде. Но оптимизированная ячейка была улучшена до такой степени, что оба электрода имели сбалансированное количество активного материала, а катод насыщался в конце разряда, что улучшало удельную плотность энергии ячейки. Кроме того, уменьшение толщины катода также уменьшило сопротивление электрода, тем самым повысив удельную плотность энергии при более высокой мощности ²⁷ .Толщины сепараторов сходятся на нижней границе. Сепаратор не участвует в электрохимической реакции; толстые сепараторы увеличивают расстояние между ионами и увеличивают массу, тем самым уменьшая удельную плотность энергии. Пористость является конструктивным параметром, который изменяет количество активного материала и электролитов внутри электрода и влияет на массообменную способность ионов. Пористость обоих электродов уменьшилась до нижней границы. Уменьшение пористости увеличило количество активного материала внутри электрода, тем самым увеличив теоретическую энергию.Однако при этом уменьшается количество электролита, тем самым снижается массообменная способность ионов при больших мощностях ^{29 , 30} . Удельная плотность энергии ячейки была повышена за счет эффективного увеличения количества активного материала при сохранении способности переноса массы ионов при заданной мощности.

Изменение концентрации Li в твердой фазе катода для исходных и оптимизированных ячеек при разряде 1С.

Рисунок представляет собой график удельной плотности энергии в зависимости отудельная мощность исходной и оптимизированной ячеек. При удельной плотности мощности 600 Вт/кг и ниже оптимизированная ячейка показала более высокие показатели удельной плотности энергии, чем исходная ячейка. Анализ HPPC был проведен для подтверждения явления поляризации клетки. Аккумулятор разряжали при 10°С в течение 10 с и заряжали при 10°С после 10 с релаксации. На рисунке показаны результаты. В результате оптимизации явление поляризации было уменьшено на 11,5% по сравнению с исходной моделью.Этот результат демонстрирует, что теоретическая энергия эффективно увеличивалась без увеличения явления поляризации, несмотря на уменьшение пористости. С другой стороны, изменения в параметрах конструкции ячейки ЛИА влияют на циклическую стабильность электродов и, таким образом, влияют на жизненный цикл ЛИА. Для более практической оптимизации LIB в будущем мы должны включить модели деградации, учитывающие механизмы снижения пропускной способности.

Удельная плотность энергии в сравнении с удельной плотностью мощности исходной ячейки и оптимизированной ячейки.

Поляризация исходной ячейки и оптимизированной ячейки в тесте HPPC.

Выводы

В этом исследовании была проведена оптимизация для максимизации удельной плотности энергии ЛИА с использованием DOE и PQRSM, что гарантирует слабую глобальную сходимость и не требует расчета градиентов. Сначала был выполнен DOE для выбора переменных плана, точки выборки были получены с помощью 4-уровневого ортогонального массива, а чувствительность была проанализирована с помощью корреляционного анализа и ANOVA.Корреляционный анализ подтвердил, что никакие факторы не имели очевидной линейной зависимости и что толщина электрода имела умеренную отрицательную линейную связь с удельной плотностью мощности. С помощью дисперсионного анализа толщина катода, толщина анода, толщина сепаратора, пористость катода и пористость анода были выбраны в качестве проектных переменных, которые являются факторами, влияющими на удельную плотность энергии и удельную удельную мощность.

Затем LIB была оптимизирована для максимизации удельной плотности энергии при сохранении удельной плотности мощности с использованием PQRSM.Результат оптимизации показал, что удельная плотность энергии была улучшена на 56,8% при соблюдении ограничений. Улучшение соотношения толщины электрода улучшило соотношение активного материала, а уменьшение пористости увеличило количество активного материала без нарушения массообменной способности при заданной мощности. Анализ HPPC был проведен на исходных и оптимизированных ячейках, который продемонстрировал снижение потерь энергии на 11,5% из-за явления поляризации.Это исследование подтвердило, что оптимизация на основе PQRSM эффективна для разработки аккумуляторов большой емкости.

Благодарности

Это исследование было поддержано грантом Национального исследовательского фонда Кореи (NRF), финансируемым правительством Кореи, Министерством науки, ИКТ и планирования будущего (№ 2019R1A2C10) и Программой технологических инноваций (20004627), финансируемой Министерством. торговли, промышленности и энергетики (MOTIE, Корея).

Список символов

3

A
Φ	Электрический потенциал (V)
η	Локальная поверхность поверхностной поверхности (V)
ρ	Плотность (кг / м 3 )
ε	Пористость
α	уровень значимости
клеток	Крест Кналажная область клеток
C C C C C	LI концентрация (моль / м 3 )
D	диффузность (M 2 / S)
E элемент	Удельная плотность энергии (Втч/кг)
P элемент	Удельная плотность мощности (W / KG)
F
F ±	Средний коэффициент молярной активности
F	Faraday постоянна, 96 487 (C / MOL)
I	Текущая плотность (A / M 2 )
J N N	Локальная плотность тока (A / M 2 )
K	Электронная проводимость (S / m)
M M клетки	Масса ячейки (кг)
N 0	LI + Flux (MOL / M 2 S)
r	Радиальное расстояние от центра активной частицы электрода (мкм)
R c .314 (J / (MOL K))
T T	Толщина (м)
T +	Транспортный номер LI +
T	Абсолютная температура (k)
V	Электрический потенциал клеток

приложение	нанесено 0
EFF	значение
эль	Электролит
негат	Отрицательный электрод
пос	Положительный электрод
SEP	Сепаратор
1	Твердая фаза
2	Жидкая фаза

Вклад авторов

J.-С. написал основной текст рукописи и оформил исследовательскую работу, а Д.-К. и К.-В. помог организовать исследовательскую работу. Ж.-С., Д.-К., Ж.-Ж. и К.-В. задумал процесс оптимизации. Ж.-С. и Д.-К. провела планирование экспериментов и оптимизацию максимальной удельной энергии ЛИА. Ж.-С., Д.-К. и К.-В. проанализировали результаты, а Ж.-С. и Ж.-Ж. готовые рисунки и таблицы. Все авторы рассмотрели рукопись.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Сноски

Примечание издателя

Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Ссылки

1. Дин Ю., Кано З.П., Ю А., Лу Дж., Чен З. Автомобильные литий-ионные аккумуляторы: текущее состояние и перспективы на будущее. Электрохим. Energy Rev. 2019 doi: 10.1007/s41918-018-0022-z. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]2. Скросати Б., Гарш Дж. Литиевые батареи: состояние, перспективы и будущее. Дж.Источники энергии. 2010 г.: 10.1016/j.jpowsour.2009.11.048. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]3. Теккерей М.М., Вулвертон С., Айзекс Э.Д. Аккумулирование электроэнергии для транспорта — приближение к пределам литий-ионных аккумуляторов и выход за их пределы. Энергетическая среда. науч. 2012 г.: 10.1039/C2EE21892E. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]4. Рамадесиган В., Northrop PWC, Деа С., Сантанагопалан С., Браатц Р.Д., Субраманиан В.Р. Моделирование и симуляция литий-ионных аккумуляторов с точки зрения системной инженерии. Дж. Электрохим.соц. 2012 г.: 10.1149/2.018203jes. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]5. Дойл М., Фуллер Т.Ф., Ньюман Дж. Моделирование гальваностатического заряда и разряда литий-полимерной вставной ячейки. Дж. Электрохим. соц. 2012 г.: 10.1149/1.2221597. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 7. Ньюман Дж. Оптимизация пористости и толщины аккумуляторного электрода с помощью модели зоны реакции. Дж. Электрохим. соц. 1995 г.: 10.1149/1.2043956. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]8. Дойл М., Ньюман Дж., Гоздз А.С., Шмутц К.Н., Тараскон Дж.М.Сравнение прогнозов моделирования с экспериментальными данными для пластиковых литий-ионных аккумуляторов. Дж. Электрохим. соц. 1996 г.: 10.1149/1.1836921. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]9. Шринивасан В., Ньюман Дж. Проектирование и оптимизация литий-ионного элемента с природным графитом/фосфатом железа. Дж. Электрохим. соц. 2004 г.: 10.1149/1.1785013. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 10. Кристенсена Дж., Шринивасан В., Ньюман Дж. Оптимизация электродов из титаната лития для мощных элементов. Дж. Электрохим. соц. 2006 г.: 10.1149/1.2172535. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Стюарт С.Г., Шринивасан В., Ньюман Дж. Моделирование характеристик литий-ионных аккумуляторов и конденсаторов во время эксплуатации гибридного электромобиля. Дж. Электрохим. Общество. 2008 г.: 10.1149/1.2953524. [CrossRef] [Google Scholar]

12. Appiah, W.A., Park, J., Song, S., Byun, S., Ryou, M.H., & Lee, Y.M. Оптимизация конструкции LiNi _0,6 Co _0,2 Mn _0,2 O ₂ /графит литий-ионных элементов на основе моделирования и экспериментальных данных. Дж. Источники питания . 1:2–3. 10.1016/j.jpowsour.2016.04.052 (2016).

13. Сюэ Н., Дуа В., Гупта А., Ший В., Шастри А.М., Мартинс Дж.Р.Р.А. Оптимизация одного элемента литий-ионного аккумулятора с помощью градиентного алгоритма. Дж. Электрохим. соц. 2013 г.: 10.1149/2.036308jes. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 14. Голмон С., Мауте К., Данн М.Л. Многомасштабная оптимизация конструкции литий-ионных аккумуляторов с использованием сопряженного анализа чувствительности. Число. Методы инж. 2012 г.: 10.1002/nme.4347. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 15.Liu C, Liu L. Повышение безопасности аккумуляторов для электромобилей за счет оптимизации параметров конструкции аккумуляторов. Дж. Электрохим. соц. 2015 г.: 10.1149/06920.0005ecst. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 16. Вентер Г. Обзор методов оптимизации. Энцикл. Аэросп. англ. 2010 г.: 10.1002/9780470686652.eae495. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 17. Хэйр В., Нутини Дж., Тесфамариам С. Обзор неградиентных методов оптимизации в проектировании конструкций. Доп. англ. ПО 2013 г.: 10.1016/j.advengsoft.2013.03.001. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Gong J-X, Yi P, Zhao N. Неградиентный алгоритм анализа надежности конструкций. Дж. Инж. мех. 2014 г.: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000722. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 19. Зигмунд О. О полезности неградиентных подходов в топологической оптимизации. Структура Мультидисциплинарный. Оптим. 2011 г.: 10.1007/s00158-011-0638-7. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 20. Джейкобс Дж. Х., Этман Л.Ф.П., ван Кеулен Ф., Руда Дж.Э. Фреймворк для последовательной приближенной оптимизации. Структура Мультидисциплинарный.Оптим. 2004 г.: 10.1007/s00158-004-0398-8. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 21. Хонг К.Дж., Ким М.С., Чой Д.Х. Эффективный аппроксимационный метод построения квадратичной модели поверхности отклика. КСМЭ Междунар. J. 2001 doi: 10.1007/BF03185266. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 22. Александров Н. Свойства устойчивости структуры области доверия для управления приближениями в инженерной оптимизации. 2012 г.: 10.2514/6.1996-4102. [CrossRef] [Google Scholar]

23. PIDOTECH, Руководство пользователя PIAnO, PIDOTECH Inc., (2014).

24. Choi J-H, Kim TH, Jang K-B, Lee J. Геометрическая и электрическая оптимизация двигателя SR на основе метода прогрессивной квадратичной поверхности отклика. IEEE транс. Магн. 2003 г.: 10.1109/TMAG.2003.816734. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 25. Чой Х-И, Ли И, Чой Д-Х, Мэнг Дж.С. Оптимизация конструкции вязкостного микронасоса с двумя вращающимися цилиндрами для достижения максимальной эффективности. Структура Мультидисциплинарность. Оптим. 2010 г.: 10.1007/s00158-009-0373-5. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 26. Чжу Дж., Вежбицки Т., Ли В.Обзор ориентированного на безопасность механического моделирования коммерческих литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии. 2018 г.: 10.1016/j.jpowsour.2017.12.034. [CrossRef] [Google Scholar]

27. Yuz, D.Y.W., Donoue, K., Inoue, T., Fujimoto, M., & Fujitani, S. Влияние параметров электрода на катоды LiFePO ₄ . 10.1149/1.2179199 (2006).

28. Stahle L, Wold S. Дисперсионный анализ (ANOVA) Chemometr. Интел. лаборатория Сист. 1989 г.: 10.1016/0169-7439(89)80095-4. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 29.Дай Ю., Шринивасан В. О градуированной пористости электродов как инструменте проектирования для повышения удельной энергии аккумуляторов. Дж. Электрохим. соц. 2016 г.: 10.1149/2.0301603jes. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 30. Талеганиа С.Т., Маркос Б., Загиб К., Лантань Г. Исследование влияния пористости и распределения частиц по размерам на характеристики литий-ионных аккумуляторов. Дж. Электрохим. соц. 2017 г.: 10.1149/2.0211711jes. [CrossRef] [Google Scholar]

Литий-ионная батарея. Сравнение плотности энергии, расчет и бензин_Greenway battery

　　Когда дело доходит до плотности энергии, литий-ионная батарея имеет самую высокую плотность энергии по сравнению с другими батареями.Плотность энергии — это, в основном, количество энергии, которую может удерживать батарея. Если плотность энергии батареи выше, это означает, что батарея будет работать дольше.

　　Он не будет разряжаться через некоторое время из-за высокой плотности энергии. Те батареи, которые не могут работать дольше, имеют меньшую плотность энергии. Когда батарея стареет, плотность энергии также ограничивается. Это основная причина, по которой вы не можете использовать старую батарею в течение длительного времени. Литий-ионный аккумулятор является одним из самых мощных аккумуляторов с самой высокой плотностью энергии.

　　Однако его также следует заменить через определенное время, если вы хотите иметь те же функции. Пользователи технологий всегда ищут аккумуляторы высокой плотности для ноутбуков, мобильных телефонов, цифровых камер и т. д.

　　Качество батареи считается лучшим, если она имеет высокую плотность энергии. Литий-ионный аккумулятор широко используется из-за его высокой плотности энергии. Он популярен среди людей, потому что может обеспечить длительное использование любого аксессуара.

　　 Сравнение плотности энергии литий-ионных аккумуляторов

　　Литий-ионные аккумуляторы обеспечивают высочайшую плотность энергии.Мы сравним его с другими батареями, чтобы дать вам лучшее представление.

　　 Аккумулятор высокой плотности

　　Ионно-литиевые батареи также могут различаться по плотности энергии. Каждая компания предоставит вам разную плотность энергии из-за состава батареи изнутри. Литий-ионные батареи много раз сравнивают с другими батареями, но ни одна из батарей не была достаточно эффективной, чтобы иметь более высокую плотность, чем литий-ионные батареи.Но также говорят, что литий-ионным аккумуляторам много чего не хватает от бензина.

　　 Бензин имеет самую высокую плотность энергии.

　　Бензин имеет самую высокую плотность энергии, которая составляет около 12 700 Втч/кг по массе. Его также можно измерить в объеме.

　　Около 8760 Втч/л по объему. Бензин — это элемент, который оставил позади литий-ионные батареи. Батареи LFP также имеют один из самых высоких значений плотности энергии, которые составляют около 90-160 Втч/кг. Это количество ниже, чем у большинства батарей Cobalt; однако они по-прежнему считаются батареями высокой плотности.

　　 Кобальтовый катод

　　Среди ионно-литиевых аккумуляторов кобальтовые катоды имеют наибольшую плотность. Ионно-литиевые батареи, состоящие из кобальтовых катодов, обеспечивают наилучшее функционирование и характеристики. Рекомендуется для тех людей, которые постоянно путешествуют или хотят, чтобы их аксессуары заряжались дольше. Никакие другие ионно-литиевые батареи не могут сравниться по плотности энергии с ионно-литиевыми батареями вместе с кобальтовыми катодами.

　　 Значительные батареи

　　Они могут сохранять большую силу в течение длительного времени.Это делает лучшую батарею полезной для большинства людей. Он также довольно популярен среди техников и других людей, которые хотят, чтобы их техническое оборудование работало на уровне совершенства.

　　 Используется в технических аксессуарах

　　Они в основном используются в цифровых камерах, ноутбуках и мобильных телефонах. Однако аксессуары, в которых есть такие литий-ионные батареи, стоят дороже, чем другие типы. Это связано с лучшими качественными характеристиками.

　　 Эффективность и долговечность

　　Вы можете приобрести себе бюджетный литий-ионный аккумулятор, который поможет вам в более длительном пробеге.Вы можете уберечь себя от множества разочарований, что является одним из плюсов. Литий-ионные батареи также долговечны, поэтому вам не нужно беспокоиться об их замене в ближайшее время.

　　 Расчет плотности энергии литий-ионного аккумулятора

　　Очень легко рассчитать плотность энергии ионно-литиевого аккумулятора. Вы можете делать это время от времени, чтобы иметь запись плотности энергии.

　　 Умножить максимальную вместимость

　　он также показывает снижение заряда батареи с течением времени.Существует специальная формула для расчета плотности энергии литиевой батареи. Все, что вам нужно сделать, умножьте максимальную емкость батареи на средний потенциал батареи. Потенциал средней точки батареи — это фаза, в которой батарея заряжена на 50%.

　　 Средняя точка батареи

　　Если батарея заряжена более чем на 50%, ее необходимо разрядить до середины. Это поможет вам в расчете плотности энергии литий-ионных аккумуляторов.Вы должны регулярно проверять его, если хотите быть в курсе состояния батареи. Вы также должны проверить плотность энергии перед покупкой ионно-литиевого аккумулятора.

　　 Плотность энергии литий-ионного аккумулятора в сравнении с бензином

　　Литий-ионный аккумулятор имеет самую высокую плотность энергии; однако это не может быть плотность энергии бензина.

　　Бензин имеет более высокую плотность энергии, чем литий-ионный аккумулятор

　　Бензин имеет в сто раз большую плотность энергии, чем литий-ионный аккумулятор.Литий-ионный аккумулятор имеет 0,3 МДж/кг и около 0,4 МДж/литр. Однако бензин имеет в 100 раз большую плотность энергии. Плотность энергии лития составляет около 100-265 Втч/кг.

　　 Наличие водорода в бензине

　　Бензин обеспечивает большую плотность энергии из-за присутствия в нем водорода. Водород является топливом с самым высоким содержанием энергии, которое используется для транспортных средств и некоторых типов аккумуляторов. Это главная причина, по которой никакой другой элемент не может превзойти плотность энергии бензина.

　　 Химические реакции

　　Химические реакции с бензином разрывают связи с высвобождением энергии. Много энергии высвобождается после разрыва одной Связи бензином. Это причина того, что бензин является энергоемким. Он используется для обеспечения высокой мощности. Транспортные средства также снабжаются бензином, потому что другого топлива недостаточно для работы больших транспортных средств.

　　 Заключительные замечания:

　　Литий-ионный аккумулятор является самым мощным аккумулятором, который используется во многих аксессуарах из-за его свойства высокой плотности.

　　Он может удерживать энергию в течение длительного времени, предоставляя вам достаточно времени для запуска вашего технического оборудования. Его предпочитают большинство людей из-за его высокой плотности энергии. Тем не менее, бензин по-прежнему является одним из лучших видов топлива, когда речь идет о более высокой плотности энергии. Вы можете выбрать тип батареи топлива в соответствии с вашими требованиями.

литий-ионный аккумулятор аккумулятор для электровелосипеда литиевый аккумулятор

.