كثافة المنحل بالكهرباء في البطارية

2024 مؤلف: Trinity Chesterton | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-16 14:51

بطارية السيارة ، المعروفة باسم المجمع ، مسؤولة عن أنظمة التشغيل والإضاءة والإشعال في السيارة. عادةً ما تكون بطاريات السيارات عبارة عن حمض الرصاص ، وتتكون من خلايا كلفانية توفر نظام 12 فولت. تخلق كل خلية 2.1 فولت عند الشحن الكامل. كثافة الإلكتروليت هي خاصية خاضعة للرقابة لمحلول حمض مائي يضمن التشغيل الطبيعي للبطاريات.

تكوين بطارية الرصاص الحمضية

إلكتروليت بطارية الرصاص الحمضية هو محلول حمض الكبريتيك والماء المقطر. تبلغ الثقل النوعي لحمض الكبريتيك النقي حوالي 1.84 جم / سم³، ويخفف هذا الحمض النقي بالماء المقطر حتى تصبح الثقل النوعي للمحلول 1.2-1.23 جم / سم3^.

على الرغم من أنه في بعض الحالات ، يوصى باستخدام كثافة المنحل بالكهرباء في البطارية اعتمادًا على نوع البطارية والظروف الموسمية والمناخية. تبلغ الثقل النوعي للبطارية المشحونة بالكامل وفقًا للمعيار الصناعي في روسيا 1.25-1.27 جم / سم³في الصيف وفي الشتاء القاسي - 1 ،27-1 ، 29 غ / سم^3.

الثقل النوعي للكهارل

إحدى المعلمات الرئيسية للبطارية هي الثقل النوعي للإلكتروليت. هي نسبة وزن المحلول (حمض الكبريتيك) إلى وزن كمية متساوية من الماء عند درجة حرارة معينة. يقاس عادة بمقياس كثافة السوائل. تُستخدم كثافة الإلكتروليت كمؤشر لحالة شحن الخلية أو البطارية ، ولكن لا يمكنها تحديد سعة البطارية. أثناء التفريغ ، تنخفض الجاذبية النوعية خطيًا.

بالنظر إلى هذا ، من الضروري توضيح حجم الكثافة المسموح بها. يجب ألا يتجاوز المنحل بالكهرباء في البطارية 1.44 جم / سم³. يمكن أن تكون الكثافة من 1.07 إلى 1.3 جم / سم^{3. ستكون درجة حرارة الخليط بعد ذلك حوالي +15 درجة مئوية}

يتميز المنحل بالكهرباء ذو الكثافة المتزايدة في شكله النقي بقيمة عالية إلى حد ما لهذا المؤشر. كثافته 1.6g / cm3.

مستوى الشحن

عندما تكون الحالة مستقرة مشحونة بالكامل وتحت التفريغ ، فإن قياس الثقل النوعي للإلكتروليت يعطي مؤشرًا تقريبيًا لحالة شحن الخلية. الثقل النوعي=جهد الدائرة المفتوحة - 0.845.

مثال: 2.13V - 0.845=1.285g / cm3.

تنخفض الجاذبية النوعية عند تفريغ البطارية إلى مستوى قريب من مستوى الماء النقي ، وتزداد أثناء إعادة الشحن. تعتبر البطارية مشحونة بالكامل عندما تصل كثافة المنحل بالكهرباء في البطارية إلى أقصى قيمة ممكنة. محدديعتمد الوزن على درجة الحرارة وكمية المنحل بالكهرباء في الخلية. عندما يكون المنحل بالكهرباء بالقرب من العلامة المنخفضة ، تكون الجاذبية النوعية أعلى من القيمة الاسمية ، وتنخفض ويضاف الماء إلى الخلية لرفع المنحل بالكهرباء إلى المستوى المطلوب.

يتوسع حجم المنحل بالكهرباء مع ارتفاع درجة الحرارة وتنقبض مع انخفاض درجة الحرارة ، مما يؤثر على الكثافة أو الجاذبية النوعية. مع توسع حجم المنحل بالكهرباء ، تنخفض القراءة ، وعلى العكس ، تزداد الجاذبية النوعية عند درجات الحرارة المنخفضة.

قبل رفع كثافة الإلكتروليت في البطارية ، يجب إجراء القياسات والحسابات. يتم تحديد الثقل النوعي للبطارية من خلال التطبيق الذي ستستخدم فيه ، مع مراعاة درجة حرارة التشغيل وعمر البطارية.

٪ حمض الكبريتيك	٪ ماء	الثقل النوعي (20 درجة مئوية)
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

تفاعل كيميائي في البطاريات

بمجرد توصيل الحمل عبر أطراف البطارية ، يبدأ تيار التفريغ في التدفق خلال الحمل ويبدأ تفريغ البطارية. أثناء عملية التفريغ ، تنخفض حموضة محلول الإلكتروليت وتؤدي إلى تكوين رواسب الكبريتات على كل من الألواح الموجبة والسالبة. في عملية التفريغ هذه ، تزداد كمية الماء في محلول الإلكتروليت ، مما يقلل من جاذبيتها النوعية.

يمكن تفريغ خلايا البطارية إلى حد أدنى محدد من الجهد والجاذبية النوعية. بطارية حمض الرصاص المشحونة بالكامل لها جهد وجاذبية محددة 2.2 فولت و 1.250 جم / سم³على التوالي ، ويمكن تفريغ هذه الخلية عادةً حتى لا تصل القيم المقابلة إلى 1.8 فولت و 1.1 ز / سم^3.

تكوين المنحل بالكهرباء

يحتوي المنحل بالكهرباء على خليط من حامض الكبريتيك والماء المقطر. لن تكون البيانات دقيقة عند قياسها إذا أضاف السائق الماء للتو. أنت بحاجة إلى الانتظار بعض الوقت حتى يمتزج الماء العذب مع المحلول الموجود. قبل أن ترفع كثافة الإلكتروليت ، عليك أن تتذكر: كلما زاد تركيز حامض الكبريتيك ، أصبح الإلكتروليت أكثر كثافة. كلما زادت الكثافة ، ارتفع مستوى الشحن

بالنسبة لمحلول الإلكتروليت ، الماء المقطر هو الخيار الأفضل. هذا يقلل من الممكنالملوثات في المحلول. قد تتفاعل بعض الملوثات مع أيونات الإلكتروليت. على سبيل المثال ، إذا قمت بخلط محلول مع أملاح كلوريد الصوديوم ، فسوف يتشكل راسب ، والذي سيغير جودة المحلول.

تأثير درجة الحرارة على السعة

ما هي كثافة المنحل بالكهرباء - سيعتمد ذلك على درجة الحرارة داخل البطاريات. يحدد دليل المستخدم الخاص بالبطاريات المحددة التصحيح الذي ينبغي تطبيقه. على سبيل المثال ، في دليل Surrette / Rolls لدرجات حرارة تتراوح من -17.8 إلى -54.4^oC أقل من 21^{oC ، اطرح 0.04 لكل 6 درجات.}

تحتوي العديد من المحولات أو أجهزة التحكم في الشحن على مستشعر درجة حرارة البطارية الذي يتم توصيله بالبطارية. عادة ما يكون لديهم شاشة LCD. سيوفر أيضًا توجيه مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء المعلومات الضرورية.

مقياس الكثافة

يستخدم مقياس كثافة المنحل بالكهرباء لقياس الثقل النوعي لمحلول الإلكتروليت في كل خلية. البطارية الحمضية مشحونة بالكامل بثقل نوعي 1.255g / cm³عند 26^oC. الثقل النوعي هو قياس السائل الذي يتم مقارنته بالقاعدة. هذا هو الماء الذي تم تعيين رقم أساسي له 1.000 جم / سم^3.

تركيز حامض الكبريتيك في الماء في بطارية جديدة هو 1.280 جم / سم³، مما يعني أن المنحل بالكهرباء يزن 1.280 جم / سم^{3 ضعف وزن نفس حجم الماء. سيتم اختبار بطارية مشحونة بالكامل حتى1.280 جم / سم}3^{، بينما سيتم احتساب التفريغ من 1.100 جم / سم}3^.

إجراء اختبار مقياس كثافة السوائل

يجب تعديل درجة حرارة قراءة مقياس كثافة السوائل إلى درجة حرارة 27oC ، خاصة فيما يتعلق بكثافة المنحل بالكهرباء في الشتاء. تحتوي أجهزة قياس كثافة السوائل عالية الجودة على مقياس حرارة داخلي يقيس درجة حرارة المنحل بالكهرباء ويتضمن مقياس تحويل لتصحيح قراءات الطفو. من المهم إدراك أن درجة الحرارة تختلف اختلافًا كبيرًا عن البيئة في حالة قيادة السيارة. ترتيب القياس:

1. صب المنحل بالكهرباء في مقياس كثافة السوائل باستخدام لمبة مطاطية عدة مرات حتى يتمكن مقياس الحرارة من ضبط درجة حرارة المنحل بالكهرباء وأخذ القراءات.
2. ادرس لون المنحل بالكهرباء. يشير اللون البني أو الرمادي إلى وجود مشكلة في البطارية وهو علامة على اقتراب انتهاء عمر البطارية.
3. قم بتوجيه الحد الأدنى من الإلكتروليت إلى مقياس كثافة السوائل بحيث يطفو العوامة بحرية دون ملامسة الجزء العلوي أو السفلي من أسطوانة القياس.
4. امسك مقياس السوائل في وضع مستقيم على مستوى العين وانتبه للقراءة حيث يتطابق المنحل بالكهرباء مع المقياس الموجود على العوامة.
5. أضف أو اطرح 0.004 وحدة لقراءة كل 6^oC ، عندما تكون درجة حرارة المنحل بالكهرباء أعلى أو أقل من 27^oC.
6. اضبط القراءة ، على سبيل المثال ، إذا كانت الثقل النوعي 1.250 جم / سم³ودرجة حرارة المنحل بالكهرباء هي32^oC ، قيمة 1.250 g / cm³تعطي قيمة مصححة 1.254 g / cm^{3. وبالمثل ، إذا كانت درجة الحرارة 21}o^{C ، اطرح 1.246 جم / سم}3^{. أربع نقاط (0.004) من 1.250 جم / سم}3^.
7. اختبر كل خلية وقراءة الملاحظة مصححة إلى 27oC قبل التحقق من كثافة المنحل بالكهرباء.

أمثلة على قياس الشحن

مثال 1:

1. مقياس السوائل يقرأ 1.333 جم / سم3.
2. درجة الحرارة 17 درجة ، 10 درجات أقل من الموصى بها.
3. اطرح 0.007 من 1.333 جم / سم3.
4. النتيجة هي 1.263 جم / سم3، وبالتالي فإن حالة الشحن حوالي 100 بالمائة.

مثال 2:

1. بيانات الكثافة - 1.178 جم / سم3.
2. درجة حرارة المنحل بالكهرباء 43 درجة مئوية ، أي 16 درجة فوق المعدل الطبيعي.
3. أضف 0.016 إلى 1.178 جم / سم3.
4. النتيجة 1.194g / cm3، 50 بالمائة مشحونة.

حالة الشحن	الوزن المحدد g / cm3
100٪	1، 265
75٪	1، 225
50٪	1، 190
25٪	1، 155
0٪	1، 120

جدول كثافة المنحل بالكهرباء

جدول تصحيح درجة الحرارة التاليهي إحدى الطرق لشرح التغييرات المفاجئة في قيم كثافة المنحل بالكهرباء عند درجات حرارة مختلفة.

لاستخدام هذا الجدول ، تحتاج إلى معرفة درجة حرارة المنحل بالكهرباء. إذا كان القياس غير ممكن لسبب ما ، فمن الأفضل استخدام درجة الحرارة المحيطة.

يظهر جدول كثافة المنحل بالكهرباء أدناه. تعتمد هذه البيانات على درجة الحرارة:

٪	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

كما ترون من هذا الجدول ، فإن كثافة الإلكتروليت في البطارية في الشتاء أعلى بكثير مما كانت عليه في الموسم الدافئ.

صيانة البطارية

تحتوي هذه البطاريات على حامض الكبريتيك. يجب دائمًا استخدام نظارات السلامة والقفازات المطاطية عند التعامل معها.

إذا كانت الخلايا محملة بشكل زائد ، تتغير الخصائص الفيزيائية لكبريتات الرصاص تدريجياً وتتلف ، مما يعطل عملية الشحن. لذلك ، تنخفض كثافة المنحل بالكهرباء بسبب بطء معدل التفاعل الكيميائي.

يجب أن تكون جودة حامض الكبريتيك عالية. وإلا ، فقد تصبح البطارية غير صالحة للعمل بسرعة. تساعد مستويات الإلكتروليت المنخفضة في تجفيف الألواح الداخلية للجهاز ، مما يجعل من المستحيل استعادة البطارية.

يمكن التعرف بسهولة على البطاريات التي تحتوي على الكبريت من خلال النظر إلى اللون المتغير للألواح. يصبح لون الصفيحة الكبريتية أفتح ويصبح سطحها أصفر. تظهر هذه الخلايا انخفاضًا في الطاقة. إذا حدث السلفنة لفترة طويلة ، لا رجعة فيهالعمليات

لتجنب هذا الموقف ، يوصى بشحن بطاريات الرصاص الحمضية لفترة طويلة بمعدل شحن حالي منخفض.

هناك دائمًا احتمال كبير لتلف الكتل الطرفية لخلايا البطارية. يؤثر التآكل بشكل رئيسي على الوصلات المثبتة بين الخلايا. يمكن تجنب ذلك بسهولة عن طريق التأكد من أن كل مسمار محكم الإغلاق بطبقة رقيقة من الشحوم الخاصة.

عند شحن البطارية ، هناك احتمال كبير لحدوث رش حمضي وغازات. يمكنهم تلويث الغلاف الجوي المحيط بالبطارية. لذلك ، مطلوب تهوية جيدة بالقرب من حجرة البطارية.

هذه الغازات قابلة للانفجار ، لذلك يجب ألا تدخل اللهب المكشوف الفضاء حيث يتم شحن بطاريات الرصاص.

لمنع البطارية من الانفجار ، مما قد يتسبب في إصابة خطيرة أو الوفاة ، لا تدخل مقياس حرارة معدني في البطارية. تحتاج إلى استخدام مقياس كثافة السوائل مع ميزان حرارة مدمج ، وهو مصمم لاختبار البطاريات.

عمر إمداد الطاقة

يتدهور أداء البطارية بمرور الوقت ، سواء تم استخدامها أم لا ، كما أنها تتدهور مع دورات الشحن والتفريغ المتكررة. العمر الافتراضي هو مقدار الوقت الذي يمكن فيه تخزين بطارية غير نشطة قبل أن تصبح غير قابلة للاستخدام. يُعتقد عمومًا أن هذا يمثل حوالي 80٪ من سعته الأصلية.

هناك عدة عوامل تؤثر بشكل كبير على عمر البطارية:

1. الحياة الدورية. زمنيتم تحديد عمر البطارية بشكل أساسي من خلال دورات استخدام البطارية. عادة من 300 إلى 700 دورة في الاستخدام العادي.
2. تأثير عمق التفريغ (DOD). سيؤدي التخلي عن أداء أعلى إلى دورة حياة أقصر.
3. تأثير درجة الحرارة. هذا عامل رئيسي في أداء البطارية وعمر التخزين والشحن والتحكم في الجهد. في درجات الحرارة المرتفعة ، يحدث نشاط كيميائي أكبر في البطارية مقارنة بدرجات الحرارة المنخفضة. بالنسبة لمعظم البطاريات ، نطاق درجة الحرارة الموصى به هو -17 إلى 35oC.
4. الجهد وسرعة إعادة الشحن. تطلق جميع بطاريات الرصاص الحمضية الهيدروجين من اللوحة السالبة والأكسجين من اللوحة الموجبة أثناء الشحن. يمكن للبطارية تخزين كمية معينة فقط من الكهرباء. كقاعدة عامة ، يتم شحن البطارية بنسبة 90٪ في 60٪ من الوقت. و 10٪ من البطارية المتبقية مشحونة بنحو 40٪ من إجمالي الوقت

عمر البطارية الجيد هو 500 إلى 1200 دورة. تؤدي عملية الشيخوخة الفعلية إلى انخفاض تدريجي في السعة. عندما تصل الخلية إلى عمر معين ، فإنها لا تتوقف فجأة عن العمل ، وتمتد هذه العملية بمرور الوقت ، ويجب مراقبتها من أجل الاستعداد في الوقت المناسب لاستبدال البطارية.