Najdôležitejším parametrom takmer každej batérie je jej kapacita! Koniec koncov, to určuje, koľko energie dá za určitý čas. A nejde nevyhnutne o autobatériu, tento parameter majú všetky batérie, počnúc „prstovými“ batériami, ktoré vložíte do fotoaparátu alebo prehrávača, končiac mobilné telefóny. Vo všeobecnosti je veľmi dôležité poznať a správne pochopiť tento parameter! Najmä pre auto, pretože ak zoberiete nesprávnu nádobu, môžete mať v chladnom počasí problémy so štartovaním motora a vašej palubnej sieti to jednoducho nemusí stačiť. Vo všeobecnosti na to prídeme...
Začnime s definíciou.
Kapacita batérie - je to množstvo energie, ktoré môže batéria dodať pri určitom napätí za určitý čas (často je to bežná hodina). Merané v ampéroch alebo miliampéroch za hodinu.
Na základe tejto charakteristiky si vyberiete batériu pre svoje auto, pretože výrobca často odporúča jednu alebo inú hodnotu pre normálne fungovanie auta. Ak znížite tento parameter, s najväčšou pravdepodobnosťou budú studené štarty komplikované.
Ako sa určuje kapacita batérie?
NA mnohých autobatérie(a na jednoduchých domácich) často vidíme tento parameter - 55, 60, 75 Am*h (anglicky Ah).
Na bežných telefónoch - 700, 1 000, 1 500, 2 000 mAh (tisíciny ampérov). Tento parameter iba udáva kapacitu batérie. Nemalo by sa zamieňať s iným parametrom, ako je napätie, ako vieme - 12,7V
TAKŽE - čo znamená týchto 60 am*h ( Ah)?
Všetko je veľmi jednoduché - táto skratka nám hovorí, že batéria môže pracovať celú hodinu so záťažou 60 A a menovitým napätím 12,7 V. Toto je kapacita, to znamená, že je schopná akumulovať takú rezervu energie.
Toto sú však maximálne hodnoty, 60 ampérov je veľmi vysoký prúd, ak ho prevediete na watty, ukáže sa - 60 X 12,7 = 762 wattov. Stačí niekoľkokrát zohriať rýchlovarnú kanvicu, prípadne osvetliť celý dom na niekoľko dní, ak máte LED žiarovky, ktoré často nabíjajú len 3–5 wattov za hodinu.
Dúfam, že je to jasné, okamžite chcem povedať, že ak zaťaženie nie je 60 ampérov, ale povedzme 30, batéria bude fungovať dve hodiny, ak 15 - 4 hodiny, ak 7,5 - 8 hodín. Myslím, že je to pochopiteľné.
Prečo však niektoré autá majú kapacitu 45 ampérov, iné 60 a ďalšie by mali byť vybavené možnosťami 75 A?
Všetky autá sú iné, existujú ako trieda „A“, najmenšie, povedzme až po triedu „E“ alebo „D“ - výkonné sedany. Charakteristiky strojov sú rôzne, od spustenia až po následnú spotrebu palubnej siete. Koniec koncov, veľkosti motora sa budú výrazne líšiť.
Pre malé a „ľahké“ kompaktné autá teda stačí batéria 40 – 45 Ampérhodina, ale pre veľké a výkonné sedany potrebujete 60 – 75 Ampérhodina.
Ale prečo je to tak?
Ide o to – čím väčšia batéria, tým viac olova, elektrolytu atď. To vám umožní akumulovať viac energie a uvoľniť jej viac naraz. Povedzme teda v 40A verzii bude štartovací prúd cca 200 - 250A, čo dokáže dodať 10 sekúnd - na malý motor to stačí povedzme do objemu 1,0 - 1,2 litra. To však nemusí stačiť pre veľké motory s objemom 2,0 - 3,5 litra, tu by mal byť štartovací prúd 300 - 400 A, čo je dvakrát toľko. Za zváženie stojí aj to, že zimné štartovanie je ešte náročnejšie – treba točiť nielen piesty, ale aj hustý motorový olej.
Preto môžete na malé autá nainštalovať veľké batérie, ale malé na veľké autá sú nežiaduce.
Bývanie a kapacita
Kapacita priamo závisí od množstva – a elektrolytu – v konštrukcii. Je jasné, že čím viac týchto materiálov je použitých, tým viac energie dokáže batéria uložiť. To je dôvod, prečo sa možnosti 40 a 75A budú líšiť takmer dvakrát, a to ako veľkosťou, tak aj hmotnosťou. To znamená, že tu existuje priamo úmerná závislosť.
Subkompaktné autá sú samy o sebe malé autá, motorový priestor majú slabé zásoby, a preto inštalácia „obrovskej“ batérie jednoducho nie je racionálna! A prečo? Ak malá verzia odvedie skvelú prácu, naštartuje motor.
Pokles kapacity
Postupom času sa batéria degraduje, to znamená, že kapacita začne klesať. Pri klasických kyselinových batériách je životnosť približne 3–5 rokov (samozrejme existujú výnimky, vydržia 7 rokov, ale je to zriedkavé).
Kapacita klesne a batéria už nedokáže dodať požadovaný štartovací prúd, povedzme 200 - 300A za 10 sekúnd. Podľa toho prichádza čas to zmeniť. Ale prečo dochádza k procesu degradácie, existuje veľa dôvodov:
- Sulfácia plusových dosiek. Pri hlbokých výbojoch sa na platniach vytvára povlak solí kyseliny sírovej, ktorý je veľmi hustý a úplne pokrýva povrch. Kontaktná plocha s elektrolytom sa zmenšuje a kapacita batérie klesá.
- Zhadzovanie tanierov. To sa môže stať pri prebíjaní, najmä keď hladina elektrolytu v banke nestačí. Plechy jednoducho spadnú a kapacita sa zníži, niekedy jednoducho katastrofálne.
- Zatvorenie banky. Ak sa platne navzájom premosťujú, kladné a záporné, banka zlyhá. Poklesne nielen kapacita, ale aj napätie. Však takto.
Teraz si pozrime užitočné video.
Tu končím, myslím, že informácie boli pre vás užitočné. Prečítajte si náš AUTOBLOG.
Z princípu fungovania olovená batéria Z toho vyplýva, že kapacita batérie je určená objemom aktívnej hmoty a elektrolytu. V skutočnosti však kapacita batérie závisí aj od mnohých konštrukčných, technologických a prevádzkových faktorov.
Kapacita batérie výrazne klesá so zvyšujúcim sa prúdom (obr. 1.2), čo je spojené s prudkým poklesom koncentrácie elektrolytu v póroch dosiek izolovaných síranom olovnatým. Závislosť kapacity na vybíjacom prúde popisuje Peukertova rovnica:
Kde n, k– konštanty pre tohto typu batérie ( n=1,2...1,7), t koniec – čas vybitia.
Ryža. 1.2. Závislosť kapacity batérie od vybíjacieho prúdu
Kapacita batérie klesá s klesajúcou teplotou v dôsledku zvyšovania viskozity elektrolytu a spomalenia toku kyseliny sírovej do pórov aktívnej hmoty (obr. 1.3).
Ryža. 1.3. Závislosť kapacity batérie od teploty elektrolytu v režime vybíjania
Keďže kapacita batérie závisí od teploty, hodnota kapacity sa získa pri teplote T, viesť k teplote 25 0 C:
,
Kde C 25 – kapacita znížená na teplotu 25 0 C; CT – kapacita získaná pri strednej teplote T; 0,01 – teplotný koeficient zmeny kapacity pri teplote 18...27 0 C.
Pri známej počiatočnej hustote elektrolytu g 3 je stupeň vybitia batérie určený vzorcom:
,
kde g 25 je hustota elektrolytu pri teplote +25 0 C(hustoty g3 a g25 sú merané v g/cm3).
Príprava batérie na použitie
Príprava elektrolytu. Existujú dva spôsoby prípravy elektrolytu. Metóda 1: koncentrovaná kyselina sírová s hustotou 1,83 g/cm 3 sa pridá do destilovanej vody (ale nie naopak). Metóda 2: elektrolyt s hustotou 1,40 g/cm3 sa pridá do destilovanej vody alebo do elektrolytu s hustotou nižšou, ako je požadovaná. Je potrebné vziať do úvahy, že hustota elektrolytu by mala byť odlišná pre rôzne ročné obdobia a klimatické podmienky. Napríklad v oblastiach s miernym podnebím (s priemernou mesačnou teplotou v januári -15...-8 0 C) by sa hustota elektrolytu mala rovnať 1,26 ± 0,01 g/cm 3, v oblastiach s chladnou klímou (pri priemernej mesačnej teplote v januári -30...-15 0 C) by sa hustota elektrolytu mala rovnať 1,28±0,01 g/cm 3 .
Naplnenie batérie elektrolytom. Teplota elektrolytu, ktorý sa nalieva, by mala byť v rozmedzí 15…30 0 C. Jeho hustota závisí od klimatických podmienok prevádzky batérie. Pred nalievaním je potrebné odskrutkovať ventilačné zátky a odstrániť prvky tesniace vetracie otvory. Elektrolyt sa naleje, kým nedosiahne spodný koniec hrdla uzáveru alebo určitú úroveň nad bezpečnostným štítom (pre tradičné batérie je hladina elektrolytu 10 mm). Hustota elektrolytu naliateho do novej batérie by mala byť o 0,02 g/cm 3 menšia, ako by mala byť na konci nabíjania pre danú klimatickú zónu. Ak dve hodiny po naplnení batérie nabitej za sucha je hustota elektrolytu o 0,03 g/cm 3 nižšia ako hustota tohto elektrolytu 20 minút po naplnení, potom by sa mala batéria nabiť a potom by sa mala upraviť hustota elektrolytu. V každom prípade je však vhodné batériu stále nabíjať.
Nabíjanie batérií. Batérie je možné nabíjať z akéhokoľvek zdroja jednosmerného prúdu za predpokladu, že jeho napätie je väčšie ako napätie nabíjanej batérie. Aby bola batéria plne nabitá, musí prijať 150 % požadovanej (chýbajúcej) kapacity. Existujú dva hlavné spôsoby nabíjania: s DC a pri konštantnom napätí.
Nabíjajte konštantným prúdom. Optimálny nabíjací prúd je: ja z = 0,1 x C 20. Keď teplota elektrolytu stúpne na 45 0 C je potrebné znížiť nabíjací prúd na polovicu alebo prerušiť nabíjanie, aby sa elektrolyt ochladil na 30...35 0 C.
Metóda nabíjania konštantným prúdom môže nabíjať n batérie zapojené do série pri napätí na výstupe nabíjačky U z > 2,7 n.
Výhody tejto metódy sú: 1) jednoduchosť nabíjačiek; 2) jednoduchosť výpočtu množstva elektriny dodávanej do batérie ako súčinu prúdu a času nabíjania.
Nevýhodou metódy s nízkym nabíjacím prúdom je dlhá doba nabíjania a pri veľkom - slabá nabíjateľnosť ku koncu nabíjania a zvýšená teplota elektrolytu.
Nabíjajte pri konštantnom napätí. Tento spôsob sa používa najmä na nabíjanie batérie už nainštalovanej v aute. Metóda má dve nevýhody, ktoré sa prejavujú na začiatku nabíjania úplne vybitých batérií: 1) nabíjací prúd dosahuje 1...1,5 C 20; 2) v dôsledku vysokého nabíjacieho prúdu sa batéria prehrieva. Na ochranu generátora pred preťažením sú preto na aute nainštalované obmedzovače prúdu.
Doba nabíjania je pri oboch metódach rovnaká. Nevýhody spojené s týmito metódami sú prekonané kombinovanými metódami nabíjania.
Nabíjanie krokovým prúdom (krokové nabíjanie). Metóda spočíva v tom, že najprv sa nabíjanie uskutoční menovitým prúdom až do daného napätia, potom sa prúd zníži 2...3 krát a nabíjanie je ukončené. Používajú sa dvoj-, troj- a štvorstupňové režimy nabíjania.
Zmiešaný spôsob nabíjania. O túto metódu Najprv sa nabíjanie uskutočňuje pri konštantnom prúde a potom pri konštantnom napätí.
Vyrovnávacie nabíjanie. Podstatou nabíjania je nabíjanie konštantným prúdom rovným 0,1 C 20, kým hustota elektrolytu a napätie batérie nebudú konštantné počas 3 hodín. Takéto nabitie je potrebné na vyrovnanie stupňa nabitia všetkých batérií v batérii a odstránenie sulfatácie elektród. Fenomén sulfatácia spočíva v tvorbe veľkých, ťažko rozpustných kryštálov síranu olovnatého (síran olovnatý) na povrchu elektród a na stenách pórov účinnej látky. V dôsledku sulfatácie sa na práci nemôže zúčastniť všetka účinná látka elektród. Preto je kapacita batérie znížená. Sulfácia je určená emf batérie. Ak je EMF batérie namerané voltmetrom menšie ako EMF vypočítané podľa hustoty, potom sú elektródy batérie sulfátované.
Nútené nabíjanie. Nabíjanie sa vykonáva prúdom do 0,7 C 20.Pri prúde 0,7 C 20 doba nabíjania - 30 minút, pri prúde 0,5 C 20 – 45 min., pri prúde 0,3 C 20 – 90 min. Počas procesu nabíjania je potrebné, keď teplota elektrolytu dosiahne 45 0 C zastaviť ďalšie nabíjanie. Nútené nabíjanie sa používa vo výnimočných prípadoch.
Kontrolujte vybíjanie batérie. Na zistenie stavu plne nabitej batérie sa vykoná skúšobné vybitie. Výbojový prúd sa udržiava na hodnote 0,1 S 20. Keď napätie na svorkách jednej z batérií klesne na 1,7 V (alebo 10,2 V na batérii), vybíjanie je ukončené. Batéria sa považuje za prevádzkyschopnú, ak je doba vybitia batérie s elektrolytom s hustotou 1,29 g/cm3 aspoň 7,5 hodiny, pri 1,27 g/cm3 6,5 hodiny, pri 1,25 g/cm3 5,5 hodiny. V opačnom prípade je batéria chybná.
Medzi hlavné dôvody slabej nabíjateľnosti batérie patria: 1) rozliatie aktívnej hmoty z mriežok v dôsledku deformácie mriežky pri nabíjaní vysokými prúdmi, zamrznutie elektrolytu atď.; 2) prítomnosť nečistôt látok v elektrolyte batérie, ktoré sa ukladajú na elektródy, chránia časť ich pracovného povrchu, bránia tomu, aby na ňom prebiehala hlavná prúdová reakcia, a prispievajú k zvýšenému rozkladu uvoľňovania vody a plynu. 3) sulfatácia elektród v dôsledku skladovania batérie v teplej miestnosti s vysokou hustotou elektrolytu. V dôsledku systematického podbíjania batérie, vysokého samovybíjania, dlhšej nečinnosti batérie vo vybitom (čiastočne alebo úplne) stave dochádza k poklesu hladiny elektrolytu pod horným okrajom elektród. ireverzibilná sulfatácia.
Eliminácia sulfatácie elektród. Sulfácia je eliminovaná niekoľkými cyklami vybíjania a nabíjania pri nízkej hustote elektrolytu (1,11...1,12 g/cm3). Náboj sa vyrába s prúdom nie väčším ako 0,05 S 20 ampérov, priveďte hustotu elektrolytu na normálnu úroveň a potom vykonajte skúšobné vybitie batérie pri sile prúdu 0,1 S 20. Vybíjanie končí, keď napätie na svorkách jednej z batérií klesne na 1,7 V (alebo 10,2 V na batérii). Batéria sa považuje za dobrý stav, ak je doba vybitia aspoň 7,5 hodiny pri batériách s hustotou elektrolytu 1,29 g/cm3, 6,5 hodiny pri 1,27 g/cm3, 5,5 hodiny pri 1,25 g/cm3. V opačnom prípade bude batéria vystavená niekoľkým cyklom nabíjania a vybíjania. Ak sa doba vybíjania pri opakovaných cykloch nezvýši, batéria vyžaduje opravu.
Batériové úložisko. Nové batérie, ktoré nie sú naplnené elektrolytom, sa skladujú pri teplote nie nižšej ako -50 0 C. Nabité batérie s elektrolytom sa skladujú, ak je to možné, pri teplote neprevyšujúcej 0 0 0 C. Minimálna skladovacia teplota: -30 0 C. Pri nadmernom nízke teploty elektrolyt môže zamrznúť. Pri hustote elektrolytu g 25 = 1,31 g/cm 3 elektrolyt zamrzne pri teplote pod -40 0 C, pri g 25 = 1,27 g/cm 3 elektrolyt zamrzne pri teplote do -30 0 C. Pred uskladnením ne -na sucho nabitú batériu je potrebné: 1) úplne nabiť batériu; 2) upravte hustotu elektrolytu; 3) ak je potrebná korekcia hustoty, potom by sa mala batéria nabíjať 30 minút, aby sa vyrovnala hustota elektrolytu v objeme každej nádoby; 4) odstráňte vodivú vrstvu z batérie pomocou roztoku jedlej sódy alebo amoniaku.
Z princípu činnosti oloveného akumulátora vyplýva, že jeho kapacitu určuje najmä objem aktívnej hmoty a elektrolytu. Kapacita batérie výrazne klesá so zvyšujúcim sa prúdom, čo je spojené s prudkým poklesom koncentrácie elektrolytu v póroch dosiek izolovaných síranom olovnatým. Závislosť kapacity na vybíjacom prúde popisuje Peukertova rovnica:
Kde n, k– konštantná pre daný typ batérie ( n= 1,2...1,7), t r. – čas vybíjania.
Obrázok 1.2 - Závislosť kapacity batérie od vybíjacieho prúdu
Kapacita batérie klesá s klesajúcou teplotou v dôsledku zvyšovania viskozity elektrolytu a spomalenia toku kyseliny sírovej do pórov aktívnej hmoty.
Obrázok 1.3 - Závislosť kapacity batérie od teploty elektrolytu
pri rôznych vybíjacích prúdoch
Keďže kapacita batérie závisí od teploty, hodnota kapacity sa získa pri teplote t, viesť k teplote 25 °C:
kde C25 je kapacita normalizovaná na teplotu 25 °C,
Ct– kapacita získaná pri priemernej teplote tav,
0,01 – teplotný koeficient zmeny kapacity pri teplote 18...27 °C.
Pri známej počiatočnej hustote elektrolytu γe je stupeň vybitia určený vzorcom:
kde γ25 je hustota elektrolytu pri teplote plus 25 °C (hustoty γe a γ25 sú merané v g/cm3).
Okrem toho kapacitu batérie ovplyvňujú faktory, ako je pórovitosť aktívnej hmoty a materiálu separátora, hrúbka elektród a počiatočná hustota elektrolytu. S nárastom pórovitosti aktívnych hmôt, ako aj materiálu separátorov, sa zlepšujú difúzne procesy elektrického napájania. So zmenšovaním hrúbky elektród sa zvyšuje miera využitia aktívnych hmôt, pretože to prispieva k rovnomernejšiemu fungovaniu vonkajšej a vnútornej vrstvy aktívnej hmoty.
Pb+Pb02 + 2H2S04 == 2PbS04 + 2H20
9.2 Zmena tlaku vo valci motora v závislosti od časovania zapaľovania
Časovanie zapaľovania - vzhľad výboja iskry v zapaľovacej sviečke - má významný vplyv na výkon, účinnosť a toxicitu motora. Pre každý prevádzkový režim motora existuje optimálne časovanie zapaľovania, ktoré poskytuje najlepší výkon.
Ak je zapálenie príliš skoré, dôjde k úplnému spáleniu zmesi počas kompresného zdvihu, keď sa zvýši tlak. Piest zažíva silný protiráz, ktorý spomalí jeho pohyb. Vonkajšie znaky skorého zapálenia sú zníženie výkonu, kovové klepanie (detonácia). Pri neskorom zapálení, po prechode piestu cez TDC, zmes v expanznom zdvihu horí a môže dokonca zhorieť vo výfukovom potrubí. V tomto prípade sa motor prehrieva v dôsledku zvýšeného prenosu tepla do chladiacej kvapaliny a jeho výkon klesá.
Časovanie zapaľovania ovplyvňuje zmenu tlaku vo valci motora (obr. 3.5).
Ryža. 3.5. Zmena tlaku vo valci motora v závislosti od časovania zapaľovania:
a - časovanie zapaľovania; b - detonácia, 1, 2 a 3 - skoré, normálne a neskoré zapálenie; p g - maximálny tlak vo valci
Proces spaľovania prebieha optimálne v prípade, keď je časovanie zapaľovania najpriaznivejšie (krivka 2). Motor vyvinie maximálny výkon, ak najvyšší tlak vo valci sa vytvorí po TDC o 10...15° uhla natočenia kľukový hriadeľ motor, t.j. keď proces spaľovania skončí o niečo neskôr ako TDC. Najpriaznivejšie načasovanie zapaľovania je určené časom vyhradeným na spaľovanie zmesi a rýchlosťou spaľovania zmesi. Čas určený na spaľovanie zase závisí od otáčok kľukového hriadeľa a rýchlosť spaľovania je určená zložením pracovnej zmesi a kompresným pomerom.
Okrem zabezpečenia najpriaznivejšieho uhla predstihu musí zapaľovací systém zabezpečiť, aby sa vysoké napätie privádzalo do sviečok príslušných valcov motora v poradí podľa prevádzkového poriadku. Jednou z dôležitých prevádzkových požiadaviek na zapaľovacie systémy je zachovanie ich pôvodných charakteristík bez zmien počas celej životnosti motora s minimálnou údržbou.
Ryža. 3.6. Závislosti najlepšieho uhla časovania zapaľovania:
a - na otáčkach kľukového hriadeľa motora; b - pri zaťažení pri rôznych rýchlostiach
Prevádzka na batérie
Dá sa povedať, že prevádzková doba prenosného zariadenia napájaného batériou priamo závisí od kapacity batérie?
Áno, vo väčšine prípadov je to pravda. Vo vzťahu k prenosnému zdravotníckemu zariadeniu však môže byť závislosť prevádzkového času od množstva energie uloženej v batérii nelineárna.
Nižšie uvádzame dôvody, prečo je prevádzkový čas prenosných zariadení (najmä batériových defibrilátorov a kardiografov) často kratší, ako je uvedené v pokynoch, najmä pri použití batérií, ktoré sa už nejaký čas používali:
1. Dôvody znižovania kapacity batérie a opatrenia potrebné na jej obnovenie;
2. Vnútorný odpor batérie a jeho vplyv na prevádzkový čas;
3. Samovybíjanie a dôvody, prečo sa prenosné zariadenie vypne, keď je batéria nabitá.
4. Napätie batérie a jeho zmena počas prevádzky na batériu.
1. Zníženie kapacity batérie počas prevádzky.
Množstvo energie uloženej v batérii (kapacita) sa používaním, starnutím a nesprávnou údržbou batérie postupne znižuje. Nová batéria so 100% kapacitou postupne stráca svoju pôvodnú kapacitu a pri dosiahnutí hodnôt kapacity 70 - 60% je vhodné takúto batériu vymeniť. Typická hranica výkonu batérie z hľadiska kapacity je spravidla 80 %.
Poznámka: v praxi je zostávajúca kapacita NiCd batérií napájajúcich prenosné zdravotnícke zariadenia (defibrilátory a kardiografy) ešte menšia - 20...30%. Je to spôsobené nedostatkom Peniaze na testovanie, repasovanie a výmenu batérií.
Celkovú kapacitu batérie možno rozdeliť do troch pomyselných zón:
1. Zóna obsahujúca energiu.
2. Nenaplnený objem, ktorý je možné dobiť.
3. „Kameň“ - časť batérie, ktorá je nepoužiteľná.
V nikel-kadmiových a metal-hydridových batériách „kameň“ označuje hrubokryštalické útvary (odkiaľ tento výraz pochádza), ktoré neprijímajú náboj. Inak sa tento jav nazýva „pamäťový efekt“.
Kapacita nikel-kadmiových a metalhydridových batérií môže byť spravidla obnovená školením, to znamená vykonaním niekoľkých cyklov nabíjania/vybíjania pomocou špeciálnej techniky na analyzátoroch batérií.
V súčasnosti existujú metódy, ktoré sú efektívnejšie ako jednoduché vykonávanie cyklov nabíjania/vybíjania.
Jedným z nich je, že vybíjanie batérie prebieha v dvoch fázach: najprv sa batéria vybije menovitým prúdom do 1V na článok a potom sa články pomaly vybíjajú takmer na nulu (zvyčajne do 0,4V na článok). Táto metóda sa používa na zničenie kryštalických útvarov a obnovenie pôvodnej bunkovej štruktúry.
Pomocou tejto metódy obnovy je možné obnoviť pôvodnú kapacitu 60 % až 70 % NiCd batérií odoslaných na recykláciu. Treba si však uvedomiť, že stará repasovaná batéria môže mať vysoký samovybíjací prúd v dôsledku poškodenia separátora jednotlivých článkov. K takémuto poškodeniu môže dôjsť, keď sa batéria používa dlhší čas bez pravidelnej údržby.
2. Vnútorný odpor a jeho vplyv na výkonnostné charakteristiky batérie
Jednou z hlavných charakteristík batérie je jej vnútorný odpor.
Vnútorný odpor do značnej miery určuje výkon batérie. Ak je pri práci s batériou s vysokým vnútorným odporom potrebné zabezpečiť veľký zaťažovací prúd, výstupné napätie batérie klesne v dôsledku veľký pád na vnútornom odpore batérie.
Keďže odber prúdu defibrilátorov a kardiografov je pulzný, v momentoch špičky odberu prúdu môže napätie batérie klesnúť na spodnú hranicu napájacieho napätia a prístroj bude hlásiť (ak je takáto funkcia samozrejme dostupná), že batéria je vybitá, napriek tomu, že ešte zďaleka nie je úplne vybitá. Okrem toho niekedy môžete pozorovať obraz, keď zariadenie zobrazí správu o slabých batériách s plne nabitou batériou so 100% kapacitou. Batéria s vysokým vnútorným odporom môže normálne fungovať pri malom jednosmernom zaťažení, podobne ako baterka alebo prenosný CD prehrávač. Pri takejto záťaži sa využije veľká časť nabitia batérie, pretože vysoký vnútorný odpor v tomto prípade nehrá zvláštnu úlohu.
Zvýšenie vnútorného odporu v batériách rôznych typov chémie je spôsobené rôznymi dôvodmi. V nikel-kadmiových a metal-hydridových batériách to priamo súvisí s pamäťovým efektom. Odporúča sa vykonávať tréningové cykly raz za mesiac alebo aspoň úplne vybiť nikel-kadmium a kovové hydridové batérie. Ak sa takáto údržba nevykonáva tri až štyri mesiace, kapacita batérie môže klesnúť o tretinu alebo viac, čo sťažuje obnovu takejto batérie. Pravidelné tréningové cykly znižujú vnútorný odpor batérie.
Neodporúča sa však pred každým nabíjaním úplne vybiť batériu, ako to robia niektoré nabíjačky, pretože... To vedie k predčasnému opotrebovaniu článkov a zníženiu životnosti batérie. Neodporúča sa ani nechávať batériu v nej nabíjačka po nabití.
2.1.Metódy merania vnútorného odporu.
Existuje niekoľko spôsobov, ako merať vnútorný odpor batérie.
Jednou z najbežnejších je metóda konštantného zaťaženia, ktorá zahŕňa meranie poklesu napätia vzhľadom na menovité napätie batérie počas jej vybíjania. Pokles napätia vydelený prúdom udáva vnútorný odpor.
AC test, tiež známy ako test vodivosti, meria elektrochemický výkon batérie pri vystavení striedavému prúdu. Chyby batérie, ktoré spôsobujú stratu kapacity, ovplyvňujú vodivosť batérie, ktorá je odčítaná meračom analyzátora batérie.
3.Vysoký samovybíjací prúd a jeho vplyv na životnosť batérie.
Samovybíjací prúd je parameter vlastný batériám akéhokoľvek typu. Ako stlačená pružina má batéria tendenciu vrátiť sa do vybitého stavu. Batérie NiCd a NiMH majú v porovnaní s inými typmi batérií najvyšší samovybíjací prúd. Batéria NiCd stráca v priemere 10 % svojej kapacity počas prvých 24 hodín po nabití. Po jednom dni je strata kapacity cca 10% za mesiac.
K samovybíjanie môže dôjsť v dôsledku poškodenia separátora, keď do neho preniknú hrubé kryštalické útvary priľnutých kryštálov. Separátor sa zvyčajne nazýva tenká doska, ktorá oddeľuje kladné a záporné elektródy.
Tomu sa dá predísť aplikáciou menej aktívneho materiálu na elektródové platne počas výroby. V tomto prípade sa kapacita zhoršuje, ale expanzia / stlačenie dosiek počas nabíjania / vybíjania, charakteristiky zaťaženia sa zlepšujú a zdroj sa zvyšuje - počet cyklov nabíjania / vybíjania.
Poškodený separátor nie je možné obnoviť vykonaním cyklov nabíjania/vybíjania, a to ani na analyzátoroch batérií. Dôvodom je nesprávna údržba, nedostatočná údržba alebo používanie nekvalitných nabíjačiek.
Ďalším dôvodom, ktorý spôsobuje stratu nabitia, je vyčerpanie životnosti batérie. V opotrebovanej batérii dosky elektród napučiavajú a lepia sa, čo vedie k zvýšeniu samovybíjacieho prúdu.
Graf samovybíjacieho prúdu nie je lineárny a svoju maximálnu hodnotu dosahuje ihneď po ukončení nabíjania, keď je batéria plne nabitá. Vysokovýkonné batérie s väčšími plochami elektród a vysoko vodivými elektrolytmi sú náchylnejšie na samovybíjanie ako modely s nižším výkonom.
So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje samovybíjací prúd pre všetky typy batérií.
Predpokladá sa, že so zvýšením teploty o 10 °C sa samovybíjací prúd zdvojnásobí. Napríklad straty energie sú veľmi vysoké pre batériu ponechanú v uzavretom aute v horúcom lete. Vyzerá to pôsobivo, keď batéria v priebehu dňa stratí viac energie samovybíjaním ako priamym používaním.
Samovybíjací prúd sa postupne zvyšuje s vekom batérie a počtom dokončených cyklov nabíjania/vybíjania. Napríklad zvyšujúci sa samovybíjací prúd robí NiMH batériu nepoužiteľnou po 300-400 cykloch nabitia/vybitia a NiCd batériu po 1000 cykloch.
Uskutočnenie cyklov nabíjania/vybíjania ani procedúra obnovy v tomto prípade nepomôže, jedinou alternatívou je výmena poškodených článkov alebo samotnej batérie.
Samovybíjanie je možné vypočítať pomocou analyzátora batérie pomocou nasledujúceho algoritmu:
1. Batéria je plne nabitá a meria sa jej kapacita (meria sa menovitý prúd a čas vybíjania).
2. Batéria sa nabije a nechá sa 24 hodín, potom sa zmeria kapacita.
Presnejšie rýchlosti samovybíjania je možné dosiahnuť, ak batériu necháte v pokoji 72 hodín alebo viac. Dlhšia doba odpočinku kompenzuje pomerne vysoké samovybíjanie v prvý deň po úplnom nabití batérie. Po 72 hodinách by strata kapacity nemala presiahnuť 15-20%. Najpresnejšie výsledky hodnoty samovybíjania možno získať po siedmich dňoch pokoja batérie.
4. Napájacie napätie a jeho zmena.
Akákoľvek dobre navrhnutá prenosná technológia by mala byť navrhnutá tak, aby využívala plné množstvo energie batérie. To znamená, že ak počas procesu vybíjania batéria poskytuje napätie v rozsahu napríklad 6,0 V -7,5 V, potom zariadenie, ktoré napája, musí byť navrhnuté pre tento rozsah napätia. Prah napájacieho napätia vo výbave niektorých známych výrobcov na trhu je však výrazne vyšší ako minimálne napätie v batérii.
Môžeme povedať, že problém nadhodnoteného prahu prerušenia napájania sa týka vývojára zariadenia vo väčšej miere ako problémy s používaním batérie. Pokiaľ však výrobca tento problém vyrieši, na trhu sa podobné zariadenia objavia a podľa toho sa budú kupovať. Potenciálneho užívateľa je potrebné upozorniť na skutočnosť, že prenosné zariadenia s vysokým prahom vypínania sú na batériu ešte náročnejšie, pretože ich úspešná prevádzka je možná len pri použití kvalitnej batérie s vysokou maximálne napätie.
Dôvody, prečo je napätie batérie nižšie ako menovité napätie, sú:
1. Skrat v článkoch batérie
2. Pamäťový efekt (iba pre niklové batérie pri absencii riadnej údržby).
3. Zvýšenie teploty môže viesť aj k zníženiu napätia batérie. Účinok zníženia napätia je v tomto prípade dočasný; napätie sa vráti na nominálnu hodnotu, keď sa batéria ochladí.
Závery:
1. Stav batérie je potrebné posúdiť komplexne. Minimálne v troch parametroch: vnútorný odpor, kapacita a samovybíjací prúd.
2. Nabíjateľné batérie je potrebné pravidelne opravovať pomocou špecializovaného zariadenia – analyzátorov batérií (napríklad BA402).
3. Ak takáto údržba nie je možná, je žiaľ potrebné vymeniť batériový park, ktorý je v prevádzke, raz za 2-3 roky o 100%.
Problém prípravy batérie na zimu je motoristom známy - v zime je batéria slabšia a štartér otáča pomalšie a rýchlo sa vybíja. Je to spôsobené tým, že v zime sa zvyšuje zaťaženie batérie a charakteristiky batérie sa prudko zhoršujú v dôsledku nižších prevádzkových teplôt.
Uvažujme o vplyve chladu na hlavné charakteristiky olovené batérie:
- vnútorný odpor
- Napätie
- kapacita
- spätný ráz
1. Vnútorný odpor batérie
Vnútorný odpor pozostáva z odporu materiálu dosky, aktívnej povrchovej vrstvy dosiek, separátorov a odporu elektrolytu, ktorý silne závisí od teploty, zníženie pohyblivosti iónov a zvýšenie viskozity elektrolytu zvyšuje vnútorný odpor.
Pri teplotách od -30 °C do -40 °C sa rýchlosť difúzie iónov elektrolytu zníži, vodivosť aktívnej vrstvy klesne osemkrát a vodivosť separátorov štvornásobne.
Hlavnými vlastnosťami elektrolytu sú hustota, bod tuhnutia, viskozita a rezistivita.
Hustota elektrolytu je lineárne závislá od teploty v rozsahu od 20 C do - 30 C a dá sa určiť vzorcom 1,28 + (T-20)X0,007
V rozsahu od 0°C do -30°C pri poklese teploty 1 °C:
- viskozita sa zvyšuje o 16%
— odpor sa zvyšuje o 15%
- kapacita batérie klesá 4%
Vnútorný odpor sa zvyšuje aj pri vybíjaní vysokými prúdmi v dôsledku poklesu hustoty elektrolytu v póroch aktívnej hmoty a v blízkosti elektród.
Závislosť merného odporu elektrolytu s hustotou 1,30 g/cm 3 od teploty:
| Teplota, °C | Odpor elektrolytu Ohm cm |
| + 40 | 0,89 |
| + 25 | 1,28 |
| + 18 | 1,46 |
| 0 | 1,92 |
| - 18 | 2,39 |
resp. ako teplota batérie klesá, maximálny prúd dodávaný batériou klesá.
Ako je možné vidieť z vyššie uvedených údajov, s poklesom teploty elektrolytu z +40 °C na -18 °C sa odpor sa zvýši 2,7-krát.
2. Napätie na svorkách batérie
Napätie na svorkách batérie je rozdiel medzi elektromotorickou silou (EMF) a úbytkom napätia na vnútornom odpore batérie, ktorý výrazne závisí od teploty, hustoty elektrolytu a spotreby prúdu.
Nabíjacie napätie pri 20°C je 13,8 V, s poklesom teploty by sa malo zvýšiť o 0,003 V/stupeň, čo je ďalších 0,6V (14,4V) pri 0°C a ďalších 1,2V (15V) pri -20. °C).
Batérie v zime trpia podbitím, najmä pri krátkych cestách.
Napätie na svorkách batérie 12,72 V hovorí o 100% nabití.
12,24 V- 50% nabitie,
11,76 V zodpovedá úplne vybitej batérii.
Pri čiastočnom nabití klesá hustota elektrolytu a zvyšuje sa pravdepodobnosť zamrznutia a zničenia batérií.
Elektrolyt s hustotou 1,28 zamrzne pri -65 °C, hustotou 1,20 pri -20 °C a hustotou 1,10 pri -7 °C.
4. Kapacita batérie
Kapacita batérie je množstvo elektriny, ktoré môže plne nabitá batéria dodať pri danom režime vybíjania, teplote a konečnom napätí. Kapacita sa meria v ampérhodinách a určuje sa podľa vzorca C=IP*tp,
Kde S- kapacita, Ah ;
IP- sila výbojového prúdu a ;
tp- čas vybíjania, h .
Pokles kapacity batérie s klesajúcou teplotou je spôsobený zvýšením viskozity elektrolytu a spomalením difúzie elektrolytu do pórov aktívnej hmoty, ktorej vnútorné vrstvy sa nezúčastňujú vybíjacej reakcie.
5. Vrátenie kapacity
Kapacita návratnosti je pomer množstva elektriny prijatej z batérie počas vybíjania k množstvu elektriny potrebnej na nabitie batérie do pôvodného stavu za určitých podmienok. Návratnosť kapacity závisí od úplnosti nabitia, ktorá klesá s poklesom teploty elektrolytu.
závery
Všetko vyššie uvedené vysvetľuje významný vplyv chladu na hlavné charakteristiky olovených batérií. V chladnom počasí vybitý po neúspešnom štarte motora a takmer ponechaný v aute nová batéria, môže dôjsť k poškodeniu v dôsledku zamrznutia elektrolytu.
Ak vezmeme do úvahy praktický príklad, pozorovali sme pokles kapacity batérie z 80 A/h do 1 2 A/h pri teplote -18°C a vybíjacom prúde 240A.
Spôsoby, ako znížiť vplyv chladu na vlastnosti batérie:
1. Izolácia motorového priestoru
2. Ak je auto uskladnené v garáži, môžete k batérii pripojiť trvalé konektory a pripojiť ju k nabíjačke
