צפיפות האלקטרוליט בסוללה

2024 מְחַבֵּר: Trinity Chesterton | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-16 14:58

מצבר הרכב, המכונה מצבר, אחראי על מערכות ההתנעה, התאורה וההצתה ברכב. בדרך כלל, מצברים לרכב הם עופרת-חומצה, המורכבים מתאי גלווני המספקים מערכת 12 וולט. כל אחד מהתאים יוצר 2.1 וולט בטעינה מלאה. צפיפות האלקטרוליטים היא תכונה מבוקרת של תמיסת חומצה מימית המבטיחה פעולה תקינה של סוללות.

הרכב של סוללת עופרת-חומצה

אלקטרוליט של סוללת עופרת-חומצה הוא תמיסה של חומצה גופרתית ומים מזוקקים. המשקל הסגולי של חומצה גופרתית טהורה הוא בערך 1.84 גרם/ס"מ³, וחומצה טהורה זו מדוללת במים מזוקקים עד שהמשקל הסגולי של התמיסה הוא 1.2-1.23 גרם/ס"מ 3^.

למרות שבמקרים מסוימים, צפיפות האלקטרוליט בסוללה מומלצת בהתאם לסוג הסוללה, תנאי העונה והאקלים. המשקל הסגולי של סוללה טעונה במלואה לפי התקן התעשייתי ברוסיה הוא 1.25-1.27 גרם / ס מ³ בקיץ ובחורפים קשים - 1,27-1, 29g/cm^3.

כובד ספציפי של אלקטרוליט

אחד הפרמטרים העיקריים של הסוללה הוא המשקל הסגולי של האלקטרוליט. זהו היחס בין המשקל של תמיסה (חומצה גופרתית) למשקל של נפח שווה של מים בטמפרטורה מסוימת. נמדד בדרך כלל עם הידרומטר. צפיפות האלקטרוליט משמשת כאינדיקטור למצב הטעינה של תא או סוללה, אך אינה יכולה לאפיין את קיבולת הסוללה. במהלך הפריקה, המשקל הסגולי יורד באופן ליניארי.

בהתחשב בכך, יש צורך להבהיר את גודל הצפיפות המותרת. האלקטרוליט בסוללה לא יעלה על 1.44g/cm³. הצפיפות יכולה להיות בין 1.07 ל-1.3g/cm^{3. טמפרטורת התערובת תהיה אז בערך +15 C.}

אלקטרוליט בעל צפיפות מוגברת בצורתו הטהורה מאופיין בערך גבוה למדי של מחוון זה. הצפיפות שלו היא 1.6g/cm3.

רמת החיוב

כאשר מצב יציב טעון מלא ותחת פריקה, מדידת המשקל הסגולי של האלקטרוליט נותנת אינדיקציה גסה למצב המטען של התא. משקל סגולי=מתח מעגל פתוח - 0.845.

דוגמה: 2.13V - 0.845=1.285g/cm3.

הכבידה הספציפית פוחתת כאשר הסוללה מתרוקנת לרמה הקרובה לרמה של מים טהורים, ועולה במהלך הטעינה. הסוללה נחשבת טעונה במלואה כאשר צפיפות האלקטרוליט בסוללה מגיעה לערך המקסימלי האפשרי. ספֵּצִיפִיהמשקל תלוי בטמפרטורה ובכמות האלקטרוליט בתא. כאשר האלקטרוליט קרוב לסימון הנמוך, המשקל הסגולי גבוה מהנומינלי, הוא יורד ומוסיפים מים לתא כדי להביא את האלקטרוליט לרמה הנדרשת.

נפח האלקטרוליט מתרחב ככל שהטמפרטורה עולה ומתכווץ עם ירידת הטמפרטורה, מה שמשפיע על הצפיפות או המשקל הסגולי. ככל שנפח האלקטרוליט מתרחב, הקריאה פוחתת, ולהפך, המשקל הסגולי גדל בטמפרטורות נמוכות יותר.

לפני שאתה מעלה את צפיפות האלקטרוליט בסוללה, עליך לבצע מדידות וחישובים. המשקל הסגולי של הסוללה נקבע לפי האפליקציה שבה היא תשמש, תוך התחשבות בטמפרטורת הפעולה וחיי הסוללה.

% חומצה גופרתית	% מים	כוח משיכה ספציפי (20°C)
37, 52	62, 48	1, 285
48	52	1, 380
50	50	1, 400
60	40	+1, 500
68, 74	31, 26	1, 600
70	30	1, 616
77, 67	22, 33	1, 705
93	7	1, 835

תגובה כימית בסוללות

ברגע שמחבר עומס על מסופי הסוללה, זרם פריקה מתחיל לזרום דרך העומס והסוללה מתחילה להתרוקן. במהלך תהליך הפריקה, החומציות של תמיסת האלקטרוליט יורדת ומובילה להיווצרות משקעי סולפט על הלוחות החיוביים והשליליים כאחד. בתהליך פריקה זה, כמות המים בתמיסת האלקטרוליט עולה, מה שמפחית את המשקל הסגולי שלה.

ניתן לפרוק תאי סוללה למתח מינימלי וכוח משקל סגולי. לסוללת חומצת עופרת טעונה במלואה יש מתח ומשקל סגולי של 2.2V ו-1.250g/cm³ בהתאמה, ובדרך כלל ניתן לפרוק תא זה עד שהערכים המתאימים לא מגיעים ל-1.8V ו-1.1 g/cm^3.

הרכב אלקטרוליט

האלקטרוליט מכיל תערובת של חומצה גופרתית ומים מזוקקים. הנתונים לא יהיו מדויקים בעת מדידה אם הנהג הוסיף רק מים. אתה צריך לחכות זמן מה כדי שלמים טריים יהיה זמן להתערבב עם הפתרון הקיים. לפני שאתה מעלה את צפיפות האלקטרוליט, אתה צריך לזכור: ככל שריכוז החומצה הגופרתית גדול יותר, האלקטרוליט הופך צפוף יותר. ככל שהצפיפות גבוהה יותר, כך רמת הטעינה גבוהה יותר.

לתמיסת האלקטרוליטים, מים מזוקקים הם הבחירה הטובה ביותר. זה מצמצם את האפשרימזהמים בתמיסה. מזהמים מסוימים עשויים להגיב עם יוני אלקטרוליטים. לדוגמה, אם תערבבו תמיסה עם מלחי NaCl, ייווצר משקע שישנה את איכות התמיסה.

השפעת הטמפרטורה על הקיבול

מהי הצפיפות של האלקטרוליט - זה יהיה תלוי בטמפרטורה בתוך הסוללות. המדריך למשתמש עבור סוללות ספציפיות מפרט איזה תיקון יש ליישם. לדוגמה, במדריך ל-Surrette/Rolls עבור טמפרטורות הנעות בין -17.8 ל-54.4^oC מתחת ל-21^{oC, הפחיתו 0.04 עבור כל 6 מעלות.}

להרבה ממירים או בקרי טעינה יש חיישן טמפרטורת סוללה שמתחבר לסוללה. בדרך כלל יש להם תצוגת LCD. הצבעה על מדחום האינפרא אדום תספק גם את המידע הדרוש.

מד צפיפות

הידרומטר צפיפות האלקטרוליטים משמש למדידת המשקל הסגולי של תמיסת האלקטרוליט בכל תא. סוללת החומצה טעונה במלואה עם משקל סגולי של 1.255g/cm³ ב-26^oC. משקל סגולי הוא מדידה של נוזל שמשווה לבסיס. אלו הם מים שמוקצה להם מספר בסיס של 1,000 גרם/ס מ^3.

ריכוז החומצה הגופרתית במים בסוללה חדשה הוא 1.280 גרם/ס"מ³, מה שאומר שהאלקטרוליט שוקל 1.280 גרם/ס"מ^{3פעמים המשקל של אותו נפח מים. סוללה טעונה במלואה תיבדק ב-עד1.280 גרם/ס"מ}3^{, בזמן השחרור ייחשב מ-1.100 גרם/ס"מ}3^.

הליך בדיקת הידרמטר

יש להתאים את טמפרטורת הקריאה של הידרומטר לטמפרטורה של 27oC, במיוחד לגבי צפיפות האלקטרוליטים בחורף. להידרומטרים איכותיים יש מדחום פנימי שימדד את טמפרטורת האלקטרוליט וכולל סולם המרה לתיקון קריאות ציפה. חשוב להכיר בכך שהטמפרטורה שונה באופן משמעותי מהסביבה אם הרכב נוהג. סדר מדידה:

1. שפוך את האלקטרוליט להידרומטר עם נורת גומי מספר פעמים כדי שהמדחום יוכל להתאים את טמפרטורת האלקטרוליט ולבצע קריאות.
2. למד את צבע האלקטרוליט. שינוי צבע חום או אפור מצביע על בעיה בסוללה והוא סימן לכך שהסוללה מתקרבת לסוף חייה.
3. כוונו את כמות האלקטרוליט המינימלית לתוך ההידרומטר כך שהמצוף ירחף בחופשיות ללא מגע עם החלק העליון או התחתון של גליל המדידה.
4. החזק את ההידרומטר זקוף בגובה העיניים ושימו לב לקריאה שבה האלקטרוליט תואם לסולם על המצוף.
5. הוסף או הורד 0.004 יחידות לקריאה כל 6^oC, כאשר טמפרטורת האלקטרוליט היא מעל או מתחת ל-27^oC.
6. כוונן את הקריאה, לדוגמה, אם המשקל הסגולי הוא 1.250 גרם/ס"מ³ וטמפרטורת האלקטרוליט היא32^oC, ערך של 1.250 g/cm³ נותן ערך מתוקן של 1.254 g/cm^{3. באופן דומה, אם הטמפרטורה הייתה 21}o^{C, הפחיתו 1.246 גרם/ס"מ}3^{. ארבע נקודות (0.004) של 1.250 גרם/ס"מ}3^.
7. בדוק כל תא וקריאת הערה שתוקן ל-27oC לפני בדיקת צפיפות האלקטרוליטים.

דוגמאות למדידת טעינה

דוגמה 1:

1. הידרומטר קורא 1.333 גרם/ס"מ3.
2. הטמפרטורה היא 17 מעלות, 10 מעלות מתחת למומלץ.
3. הפחת 0.007 מ-1.333 g/cm3.
4. התוצאה היא 1.263 גרם/ס"מ3, כך שמצב הטעינה הוא בערך 100 אחוז.

דוגמה 2:

1. נתוני צפיפות - 1.178g/cm3.
2. טמפרטורת האלקטרוליט היא 43 מעלות צלזיוס, שהם 16 מעלות מעל הרגיל.
3. הוסף 0.016 ל-1.178g/cm3.
4. התוצאה היא 1.194 גרם/ס"מ3, טעינה ב-50 אחוזים.

CHARGE STATUS	משקל ספציפי g/cm3
100%	1, 265
75%	1, 225
50%	1, 190
25%	1, 155
0%	1, 120

טבלת צפיפות אלקטרוליטים

טבלת תיקון הטמפרטורה הבאההיא דרך אחת להסביר את השינויים הפתאומיים בערכי צפיפות האלקטרוליטים בטמפרטורות שונות.

כדי להשתמש בטבלה זו, עליך לדעת את הטמפרטורה של האלקטרוליט. אם המדידה אינה אפשרית מסיבה כלשהי, עדיף להשתמש בטמפרטורת הסביבה.

טבלת צפיפות האלקטרוליטים מוצגת להלן. נתונים אלה מבוססים על טמפרטורה:

%	100	75	50	25	0
-18	1, 297	1, 257	1, 222	1, 187	1, 152
-12	1, 293	1, 253	1, 218	1, 183	1, 148
-6	1, 289	1, 249	1, 214	1, 179	1, 144
-1	1, 285	1, 245	1, 21	1, 175	1, 14
4	1, 281	1, 241	1, 206	1, 171	1, 136
10	1, 277	1, 237	1, 202	1, 167	1, 132
16	1, 273	1, 233	1, 198	1, 163	1, 128
22	1, 269	1, 229	1, 194	1, 159	1, 124
27	1, 265	1, 225	1, 19	1, 155	1, 12
32	1, 261	1, 221	1, 186	1, 151	1, 116
38	1, 257	1, 217	1, 182	1, 147	1, 112
43	1, 253	1, 213	1, 178	1, 143	1, 108
49	1, 249	1, 209	1, 174	1, 139	1, 104
54	1, 245	1, 205	1, 17	1, 135	1, 1

כפי שניתן לראות מטבלה זו, צפיפות האלקטרוליטים בסוללה בחורף גבוהה בהרבה מאשר בעונה החמה.

תחזוקת סוללה

סוללות אלו מכילות חומצה גופרתית. יש להשתמש תמיד במשקפי בטיחות וכפפות גומי בעת הטיפול בהם.

אם התאים עמוסים יתר על המידה, התכונות הפיזיקליות של עופרת סולפט משתנות בהדרגה והם נהרסים, מה שמשבש את תהליך הטעינה. לכן, צפיפות האלקטרוליט יורדת עקב הקצב האיטי של התגובה הכימית.

האיכות של חומצה גופרתית חייבת להיות גבוהה. אחרת, הסוללה עלולה להפוך במהירות לבלתי פעילה. רמות אלקטרוליטים נמוכות עוזרות לייבש את הלוחות הפנימיים של המכשיר, מה שהופך את זה לבלתי אפשרי לשחזר את הסוללה.

ניתן לזהות בקלות סוללות מוגפות על ידי התבוננות בצבע השונה של הצלחות. צבע הצלחת הסולפטית הופך לבהיר יותר ומשטחה הופך צהוב. תאים כאלה מראים ירידה בכוח. אם סולפפון מתרחשת במשך זמן רב, בלתי הפיךתהליכים.

כדי למנוע מצב זה, מומלץ לטעון סוללות עופרת במשך זמן רב בקצב זרם טעינה נמוך.

תמיד קיימת אפשרות גבוהה של נזק לבלוקי הקצה של תאי הסוללה. קורוזיה משפיעה בעיקר על חיבורים מוברגים בין תאים. ניתן להימנע מכך בקלות על ידי הקפדה על איטום של כל בורג בשכבה דקה של גריז מיוחד.

כשהסוללה נטענת, קיימת אפשרות גבוהה של ריסוס חומצה וגזים. הם יכולים לזהם את האווירה סביב הסוללה. לכן, נדרש אוורור טוב ליד תא הסוללות.

הגזים האלה הם חומר נפץ, לכן, להבות פתוחות לא צריכות להיכנס לחלל שבו נטענות סוללות עופרת.

כדי למנוע מהסוללה להתפוצץ, מה שעלול לגרום לפציעה חמורה או מוות, אל תכניס מדחום מתכת לסוללה. עליך להשתמש במדחום עם מדחום מובנה, המיועד לבדיקת סוללות.

חיי אספקת חשמל

ביצועי הסוללה יורדים עם הזמן, בין אם משתמשים בהם ובין אם לא, הם גם מתדרדרים עם מחזורי טעינה-פריקה תכופים. אורך החיים הוא משך הזמן שניתן לאחסן סוללה לא פעילה לפני שהיא הופכת לבלתי שמישה. נהוג להאמין שזה בערך 80% מהקיבולת המקורית שלו.

יש כמה גורמים שמשפיעים באופן משמעותי על חיי הסוללה:

1. חיים מחזוריים. זְמַןחיי הסוללה נקבעים בעיקר על ידי מחזורי השימוש בסוללה. בדרך כלל 300 עד 700 מחזורים בשימוש רגיל.
2. אפקט Depth of Discharge (DOD). ויתור על ביצועים גבוהים יותר יביא למחזור חיים קצר יותר.
3. אפקט טמפרטורה. זהו גורם מרכזי בביצועי הסוללה, חיי המדף, הטעינה ובקרת המתח. בטמפרטורות גבוהות יותר מתרחשת יותר פעילות כימית בסוללה מאשר בטמפרטורות נמוכות יותר. עבור רוב הסוללות, טווח הטמפרטורה המומלץ הוא -17 עד 35oC.
4. מתח ומהירות טעינה. כל סוללות העופרת משחררות מימן מהלוח השלילי וחמצן מהלוח החיובי במהלך הטעינה. סוללה יכולה לאחסן רק כמות מסוימת של חשמל. ככלל, הסוללה טעונה ל-90% ב-60% מהזמן. ו-10% מהסוללה שנותרה טעונה כ-40% מהזמן הכולל.

חיי סוללה טובים הם 500 עד 1200 מחזורים. תהליך ההזדקנות בפועל מוביל לירידה הדרגתית בקיבול. כאשר תא מגיע לחיים מסוימים, הוא לא מפסיק לפתע לעבוד, תהליך זה מתארך לאורך זמן, יש לנטר אותו על מנת להיערך בזמן להחלפת סוללה.