Причины окисляются клеммы аккумулятора: Почему окисляются клеммы аккумулятора и как это исправить

При наличии на батарее окислений или повреждений проводов автовладелец может наблюдать перегрев.

Если в процессе эксплуатации автомобиля стартер будет подклинивать, а запуск генератора не происходить своевременно, необходимо контролировать мощность потребления бортового электрооборудования.

Как бороться с нагревом клемм

Для того чтобы предотвратить преждевременный выход из строя клемм в результате критического повышения температуры, рекомендуется выполнять следующее:

1. Не применять оборудование с мощностью потребления и силой тока, превышающими номинальные значения бортовых проводников. В этом случае необходимо заменять провода на такие, у которых сечение большего диаметра.
2. Все потребители должны находиться в рабочем состоянии, чтобы не было короткого замыкания.
3. Устанавливать на автомобильной технике источники питания с токоотводами, которые будут соответствовать клеммам на проводниках бортовой сети. В случае покупки АКБ другого типа рекомендуется заменять контактную группу.
4. Проверять места коммутации проводов с наконечниками. Зачищать отверстие на клеммах, подтягивать болтовые соединения, при необходимости проводить пайку металлических деталей.
5. При появлении на внутренних поверхностях дефектов, трещин и щерблений следует зачищать поврежденные участки наждачной бумагой с мелким абразивом либо полностью заменять элементы. Износ деталей приводит к появлению небольшого слоя воздуха, в результате повышается сопротивление и происходит перегрев.
6. Удалять окислы (результат взаимодействия оксидов металлов, сульфатов и паров электролита с кислородом) с поверхности при помощи металлических щеток, наждачной бумаги с мелким абразивом и надфиля. Чтобы защитить детали от воздействия внешних факторов, после зачистки на клеммы наносят специальные смазки и спреи.

Соблюдение требований эксплуатации проводников бортовой сети увеличит продолж

Что делать если аккумулятор окисляется: причины окисления клемм

Практически каждый автолюбитель слышал или лично сталкивался с таким понятием как окисление клемм аккумулятора. Суть этого явления заключается в химическом процессе, который вызывает характерный налет и затрудняет нормальную работу АКБ. В этой статье мы поговорим о причинах и последствиях этого неприятного процесса, а также дадим несколько ценных советов.

Практически каждый автолюбитель слышал или лично сталкивался с таким понятием как окисление клемм аккумулятора. Суть этого явления заключается в химическом процессе, который вызывает характерный налет и затрудняет нормальную работу АКБ. В этой статье мы поговорим о причинах и последствиях этого неприятного процесса, а также дадим несколько ценных советов.

Окисление клемм

Итак, окисление аккумулятора и его клемм это процесс, который рано или поздно наступает в любой батарее автомобиля. Чаще всего это происходит в холодную и влажную погоду, которая способствует распространению и увеличению интенсивности химической реакции на поверхности контактов. Вы спросите, а чем же сулит такое состояние АКБ? Результатом окисления является полный или частичный отказ автомобиля.

Для того, чтобы избавиться от налёта на клеммах аккумулятора достаточно провести чистку специальной щеткой, а также смазать контакты антиокислительной смазкой. Однако порой этого будет недостаточно, потому что корень проблемы может скрываться совсем в другом месте.

Причины окисления контактов аккумулятора:

1. Частой и легко-исправимой причиной является слабый контакт между клеммой и электродом АКБ. Автолюбители очень часто просто надевают кольцо клеммы на аккумулятор и начинают эксплуатацию авто, даже не подумав, что нужно провести соответствующий затяг болтами. В этом случае вам всего лишь нужно снять клемму и почистить её щеткой, после чего надеть и качественно затянуть. Старайтесь не прибегать к избыточным усилиям, чтобы не сорвать резьбу.

2. Распространённой причиной окисления аккумулятора является утечка или вытекание электролита – кислоты, которая находится внутри АКБ. Обладая определенными свойствами, она попадает на металл клеммы и возбуждает химическую реакцию, следствием которой и бывает характерный налёт белого цвета. Если такое происходит, то необходимо задуматься над заменой батареи, потому что нарушена её герметичность. Новый аккум. сводит на нет различные утечки электролита.

ВАЖНО: последствиями окислительных процессов в аккумуляторе является затруднительный пуск двигателя, вследствие слабого контакта между клеммой и электродом. Площадь контакта значительно уменьшается, а также повышается сопротивление, что не дает нормально перетекать току в электросистеме автомобиля.

Вывод

Если вы столкнулись с тем, что авто не заводится и слабо светятся индикаторы на приборах, в первую очередь проверьте качество контактов на АКБ, а также своевременно проводите техническое обслуживание вашего железного коня.

Почему окисляются клеммы на аккумуляторе автомобиля: что делать, причины

Довольно распространенной проблемой для автомобилистов становится появление окисла на клеммах аккумулятора. Белый налет в виде кристаллов нарастает с высокой интенсивностью и резко повышает электрическое сопротивление контакта клеммы с электродом. В результате и, как правило, в самый неподходящий момент двигатель автомобиля просто не запустится. Чаще причиной по которой окисляются клеммы на аккумуляторе автомобиля становится попадание на контакт электролита. Для герметичных необслуживаемых АКБ такая проблема неактуальна, а вот в случае с кислотными аккумуляторами – практически неизбежна.

Протекание электролита

Причин протекания электролита может быть много и заключаются они не только в самом аккумуляторе. Для начала определимся с возможными местами протекания. Утечка может происходить через образовавшиеся щели между электродами и корпусом батареи, может через вентиляционные отверстия и через трещины в корпусе.

Утечка между электродом и корпусом

Образование трещины между электродом и корпусом может возникать по двум причинам – это засорение вентиляционных отверстий, в следствие чего внутри батареи повышается давление или расшатывание в процессе эксплуатации. Такая утечка является наиболее распространенной.

Утечка через вентиляционные отверстия

Исходя из самой конструкции через вентиляционные отверстия, утечка происходить не должна, однако если плотность электролита превышена, то слишком бурное закипание электролита может стать причиной утечки. Нарушения в работе стабилизатора генератора и подача на аккумулятор повышенного напряжения также может стать причиной чрезмерного закипания и утечек. Часто утечки через вентиляционные отверстия вызваны замыканием пластин АКБ и, в этом случае, аккумулятор уже не подлежит ремонту.

Утечка через трещины

Пластиковый корпус аккумулятора невечный и в процессе эксплуатации нередко подвергается ударам. Появление микротрещин почти невозможно определить визуально. Протекание электролита в этом случае чаще происходит в моменты интенсивной работы аккумулятора (разрядки/зарядки). В эти моменты АКБ нагревается, а при нагревании материал корпуса расширяется и трещины увеличиваются.

Решение проблемы

Если окисляются клеммы, то большинстве случаев приходится менять аккумулятор. При этом не стоит этого делать «вслепую», так как новый может также «успешно» выйти из строя, как и старый. Прежде всего нужно определить причину и место утечки электролита.

Диагностика аккумулятора

В первую очередь, необходимо провести визуальный осмотр, проверить нет ли люфта электродов и видимых повреждений корпуса, а также проверить не засорились ли вентиляционные отверстия. Затем нужно проверить уровень и плотность электролита, а также убедиться в отсутствии замыкания пластин. При наличии замыкания в одной из банок, плотность электролита в ней будет резко отличаться от других. Если с аккумулятором все в порядке, то причину нужно искать в электросети автомобиля и проверить напряжение, подаваемое на клеммы от генератора. Если генератор выдает больше 14,5 В, то стоит обратиться в автосервис, так как скорее всего «полетел» стабилизатор.

При исправности сети автомобиля, соответствующей норме плотности и отсутствии видимых повреждений, утечка могла происходить через невидимые микротрещины. Чтобы их обнаружить нужно выполнить определенный алгоритм действий.

• Снять аккумулятор с автомобиля.
• Очистить окисел с клемм и электродов механическим способом с помощью ножа и наждачной бумаги.
• Тщательно очистить корпус АКБ влажной губкой.
• Установить аккумулятор обратно.

Для того чтобы инициировать утечку электролита, на аккумулятор нужно подать нагрузку. Для этого достаточно запустить двигатель и «погонять» его минут 30 на холостых оборотах или проехать 2-3 км. После этого нужно снять аккумулятор. В местах утечки на корпусе останется электролит, однако определить его визуально будет почти невозможно.

Для определения применяется 10%-раствор питьевой соды. Смочив в него губку, нужно наносить на корпус и внимательно наблюдать. В местах контакта электролита и раствора соды будет происходить реакция напоминающая кипение. При утечках через щели возле электродов аккумулятор придется заменить, а щели в корпусе можно попытаться заклеить, но это не даст гарантии 100% результата (зависит от качества наложения латки).

Способы предупреждения появления окисла

Зачастую бывает так, что клеммы аккумулятора окисляются почти без всякой причины. Например, езда по пересеченной местности или по плохой дороге может стать причиной выплескивания электролита через духовые отверстия. Это особенно характерно для любителей охоты, рыбалки, когда машину используют для поездок на природу. Для этого современный авторынок предлагает несколько эффективных решений, а также существуют дедовские методы.

Электро-жир

Средство продается в виде аэрозоля или пасты и предназначено для обработки электрических контактов. Вещество защищает материал от окисления и одновременно не препятствует электропроводимости. «Дедовской» альтернативой предлагаемых в продаже средств стала графитная смазка. Смазочный материал, содержащий графит, не препятствует электропроводимости и после высыхания через длительный период оставляет на поверхности тонкую пленку графита, которая продолжает выполнять защитную функцию.

Фетровые шайбы

Это эффективная защита контактов.

Кроме всяких дополнительных средств и приспособлений, важно правильно эксплуатировать аккумулятор. Следить за уровнем и плотностью электролита, не допускать засорения духовых отверстий, избегать механических воздействий (ударов) и плотно зажимать контакты клемм.

Читайте также:

Причины окисления клемм автомобильного аккумулятора и способы устранения

Залогом уверенного старта автомобиля является заряженная аккумуляторная батарея. Однако уверенный и безошибочный старт двигателя и функционирование всей электроники возможны только при правильном распределении уровня заряда.

Почему возникают окислы на клеммах аккумулятора?

При образовании на клеммах аккумулятора налета белого цвета, водитель транспортного средства должен незамедлительно предпринять меры по его удалению. Но прежде чем приступить к выполнению такого мероприятия, стоит определится с причинами появления подобного нарушения. Наиболее распространенными проблемами, которые могут спровоцировать появление окислительных процессов на клеммах могут быть:

1. Невнимательность автомобилиста в процессе затяжки клемм;
2. Утечка электролита из АКБ.

В большинстве случаев появлению белого налета на клеммах способствует плохое соединение клемм с выводами аккумулятора. При установке батареи на автомобиль нужно не просто накинуть клеммы, но и попробовать зафиксировать их в нужном положении болтами. Делать это не следует с применением чрезмерной силы, поскольку такие действия с большой вероятностью приведут к  деформации клемм и появлению на них трещин. Что же касается утечки электролита из аккумулятора, то эта проблема стала распространенной ввиду доступности батарей закрытого вида. В них электролит заливается непосредственно в герметичную емкость, за счет чего его расплескивание сводится к минимуму. В таких АКБ проблема может возникнуть только после длительной эксплуатации  и из-за наличия микротрещин в устройстве. Нередко испарение электролита может проявиться и при регулярном перегреве батареи или надломах на самом электроде.

Методы удаления окислов с поверхности клемм

Для того, чтобы электрод и контакт смогли вновь между собой взаимодействовать, образовавшийся белый налет на клеммах необходимо удалять. Многие автомобилисты прибегают в этом вопросе к довольно банальному и простому способу реанимирования клемм – зачистке твердой поверхности. Так как оба элемента цепи являются твердыми металлическими поверхностями, сделать это вполне возможно. Для выполнения подобной операции водителю пригодятся такие расходные материалы:

• Наждачная бумага;
• Бензин.

С помощью наждачной бумаги можно стереть практически все образования на клеммах. Перед выполнением этой манипуляции важно, чтобы АКБ была выключена и из замка зажигания был вытащен ключ. Лучше всего поверхность клемм очищается крупнозернистой бумагой. Такая работа затягивается на 10 минут, а итог превосходит любые ожидания. Если же в качестве очистителя был взят бензин, то здесь дело будет обстоять немного сложнее. Данный растворитель хорошо разъедает окисли, но он может также попасть и на поверхность из пластмасс и резиновые компоненты системы.

Способы защиты клемм от окислительных процессов

Даже, если дефекты с клеммами были устранены никогда не помешает позаботиться о их состоянии и предотвратить повторное появление белого налета на их поверхности. Чтобы окислы вновь не появились на аккумуляторе можно выполнить изоляцию клемм от мест возможного испарения или расплескивания электролита. Сделать это можно с помощью фетровых колец, пропитанных маслом. Если же подобных материалов под рукой не оказалось, можно обратиться в ближайший магазин и приобрести там специальную смазку.

Все об окислении клемм и способах их восстановления будет рассказано в этом видео:

Опубликовано: 15 мая 2018

Окисление клемм аккумулятора: причины, как очистить и защитить

Заряженная аккумуляторная батарея – это уверенный старт двигателя и безошибочная работа электронных приборов в поездке. При этом источник питания должен быть не только заряжен, но и верным образом распределять уровень заряда.

Энергия подходит и отходит от аккумулятора через две клеммы, которые постоянно при работающем двигателе находятся под действием электрического тока. Клеммы выполнены из свинца, и в кислотной среде они могут покрываться слоем окисла. Это приводит к тому, что соединение аккумулятора с другими элементами автомобиля теряет надежность. Его необходимо как можно быстрее восстановить, для чего потребуется очистить клеммы от образовавшегося окисла и защитить их от проявлений химической реакции впредь.

Причины окисления клемм аккумулятора

Если белый налет образовался на клеммах аккумулятора, его следует не только в кратчайшие сроки удалить, но и установить причину, которая приводит к окислению контактов. Наиболее распространены две причины окисления клемм аккумулятора:

1. Невнимательность водителя при затяжке клемм. Как ни странно, наиболее часто белый налет на контактах аккумулятора возникает из-за плохого соединения клемм с выводами аккумулятора. Установив в автомобиль батарею, необходимо не только «накинуть клеммы», но и зафиксировать их положение болтами, особенно если данный аккумулятор будет эксплуатировать на регулярной основе.

Обратите внимание, что затягивать клеммы аккумулятора с чрезмерной силой не стоит – это может привести к деформации самих клемм или появлению трещин на аккумуляторе. Если клеммы аккумулятора окислились по причине плохого соединения, их необходимо очистить, также удалить белый налет с электрода, а после установить на место клемму и хорошенько закрепить, чтобы в будущем подобная проблема не возникала.

2. Утечка электролита из аккумулятора. Данная причина стала менее актуальна вместе с увеличением доступности «закрытых» батарей, в которых электролит заливается в герметичную емкость, и его выплескивание сводится к минимуму. Подобные аккумуляторы только через несколько лет активной службы, вследствие появления на них микротрещин, могут «грешить» испарением электролита и его попаданием на клеммы, что губительно сказывается на свинце. Также испарения электролита могут появляться при регулярном перегреве аккумулятора или надломе электрода.

Какая бы проблема не способствовала окислению клемм аккумуляторной батареи, в первую очередь необходимо удалить белый налет, а после решать вопрос с причиной его образования.

Как удалить белый налет на клеммах аккумулятора

Белый налет на клеммах аккумулятора представляет собой окислившийся свинец, который необходимо стереть, чтобы электрод и контакт вновь могли между собой взаимодействовать. Поскольку оба элемента цепи являются твердыми металлическими поверхностями, их можно просто зачистить, не соблюдая особые правила и не боясь повредить. Для этого используется:

1. Наждачная бумага. Данный способ прост, а наждачная бумага есть практически у каждого, и она отлично стирает окисления. Перед тем как начинать процесс зачистки клеммы и электрода, не забудьте полностью выключить двигатель и вытащить ключ из замка зажигания. После этого можно приступать к зачистке. Лучше использовать наждачную бумагу с крупным зерном, чтобы работа не растянулась на десятки минут. Зачистить клемму и электрод необходимо до блестящего состояния.
2. Бензин. Менее удобный способ зачистки клемм и электрода от белого налета. Бензин хорошо разъедает окислы, но проблема заключается в том, что он может попасть на пластмассовые или резиновые компоненты, а это скажется на их прочности. Если вы решили зачищать клеммы аккумулятора при помощи бензина, смочите им тряпку и натирайте до полного удаления окислений.

В автомобильных магазинах можно купить специальные средства, которые позиционируются как идеальное решение для удаления белого налета с клемм и электрода. Они представляют собой банальный растворитель, и тратиться на покупку подобной химии не стоит.

Как защитить клеммы аккумулятора от окисления

Устранив фрагменты окисления с аккумулятора и клемм, необходимо предпринять действия, чтобы избежать появления белого налета в будущем. Самым надежным вариантом является замена аккумулятора, но проблема может вновь появиться через полгода-год-два, и постоянно менять батарею экономически нецелесообразно.

Верным вариантом является изоляция клемм от мест возможного испарения или выплескивания на них электролита. Защитить свинцовый элемент можно «дедовским способом», надев на электроды фетровые кольца, пропитанные маслом. Если подобных элементов под рукой нет, в любом магазине с автомобильной химией можно приобрести специальную смазку, которая наносится на клеммы и препятствует появлению на них окисления.

Почему окисляются клеммы акб и чем это грозит

Аккумуляторная батарея является очень важной составляющей любого легкового и грузового автомобиля. Она отвечает за запуск двигателя, работу различных электроприборов. Независимо от технологии производства, все свинцово-кислотные, гелиевые и другие акб имеют две клеммы. Их еще называют токовыводами и изготавливают из свинца. К ним подключаются провода от автомобиля. Чтобы водитель не перепутал полярность при установке аккумулятора, производители делают его клеммы разной толщины. В процессе эксплуатации на них образуется бело-голубой налет, что свидетельствует об окислении свинца. Его нужно своевременно удалять, чтобы продлить рабочий ресурс батареи. Чтобы узнать, как это правильно сделать, нужно перейти сюда.

Окисление клемм в батареи происходит из-за двух основных причин: попадания на них электролита и плохого крепления проводов. Первый вариант наиболее распространен в случае использования автомобильных аккумуляторов с жидким электролитом. Во время сильного нагревания он начинает закипать и выплескиваться через специальные вентиляционные отверстия или через неплотно закрученные крышки на банке. Также подобное происходит при езде по ямам, бездорожью. Иногда электролит выплескивается через трещины в корпусе, в этом случае их нужно запаять. Решить проблему можно заменой батареи на модель с герметическим корпусом или простым вытиранием потеков кислоты. Для этого нужно взять специальную техническую салфетку или чистую тряпочку. Приготовить водный раствор соды (пару столовых ложек на стакан воды) и вытереть этой смесью электролит. Работать лучше в перчатках, чтобы не получить химический ожог.

Плохая затяжка клемм — вторая причина образования на них окиси. Подобное происходит по вине самого автовладельца или специалистов сервиса, где проводился ремонт машины. В месте плохого контакта и неплотного прилегания контактов образуется закисание, которое ухудшается со временем. Удалить окись в этом случае также очень просто. Нужно взять очень мелкую наждачную бумагу или негрубую щетку по металлу и очистить клемму от бело-голубого раствора. Здесь нужно действовать очень аккуратно, ведь свинцовые клеммы легко деформируются, при большом усилии они могут отломаться. После процедуры чистки клеммы нужно обработать содовым или бензиновым раствором. В результате они должны быть гладкими без различных загрязнений. Для подсоединения проводов на клеммы можно предварительно нанести слой специальной смазки или солидол. Он будет препятствовать дальнейшему их окислению от электролита и послужит хорошим проводником.

Если клеммы не чистить и эксплуатировать батарею с окисью на них, то она будет очень быстро терять свой заряд. Также ухудшатся токопроводящие свойства контактов. В некоторых случаях это может привести к образованию искры, от которой воспламеняется кислородно-водородная смесь из акб. В последнем случае очень большая вероятность взрыва или возгорания изделия.

Что такое клеммы аккумулятора? (с иллюстрациями)

Клеммы аккумулятора расположены на конце кабеля аккумулятора автомобиля. Они подключаются к положительным и отрицательным клеммам аккумуляторной батареи и обеспечивают питание электрической системы автомобиля. Подавляющее большинство клемм аккумулятора изготовлено из свинца; однако во многих новых транспортных средствах теперь используются стальные оконечные устройства. Единственное необходимое техническое обслуживание клемм аккумулятора — это периодическое снятие клемм аккумулятора и очистка проволочной щеткой для удаления окисления.

Свинец является очень хорошим проводником электричества и, как таковой, десятилетиями использовался для изготовления клемм аккумуляторных батарей.Мягкий и податливый характер свинца делает его идеальным материалом для изготовления клемм аккумуляторных батарей из-за многократного размыкания и зажатия, когда клеммы выдерживают нагрузку при снятии и замене на аккумулятор. Сокращение использования свинца из-за его негативного воздействия на окружающую среду привело к использованию стали при производстве клемм аккумуляторных батарей. Стальные клеммы доказали свою эффективность в передаче электроэнергии, необходимой для работы автомобиля.

Недостатком использования стальных клемм аккумуляторных батарей является то, что сталь окисляется намного быстрее, чем свинцовые клеммы. При этом на клемме аккумулятора остается рассыпчатый зеленый порошок, который требует частой очистки. Окисление не вредит батарее, но создает проблемы для клемм.Скорее всего, сталь растворится в результате окисления и оставит электрическую систему автомобиля отключенной без предупреждения. Очистка клемм проволочной щеткой через интервалы между заменами масла предотвратит возникновение проблемы коррозионного окисления.

В попытке отговорить

Frontiers | Понимание проблемы выделения газов литий-ионной батареи

Газообразование (а именно, объемное разбухание аккумулятора или выделение газа) является обычным явлением ухудшения характеристик аккумулятора, которое обычно является результатом разложения электролита, происходящего в течение всего срока службы литий-ионных аккумуляторов, независимо от того, батарея в строю или нет. Условия неправильного использования, такие как перезарядка и перегрев, ухудшают выделение газа или даже приводят к катастрофическим авариям. При перезарядке выделение газа происходит в основном за счет электрохимического окисления растворителей электролита на катоде, при этом ионы Li ⁺ из электролита восстанавливаются до металлического Li на аноде. При перегреве газовыделение происходит не только за счет окислительно-восстановительного разложения, но и за счет химического разложения растворителей электролита как на аноде, так и на катоде, помимо расширения паров летучих растворителей электролита.В этой статье рассматривается только газообразование, происходящее при нормальных условиях эксплуатации и хранения.

Если предположить, что литий-ионный аккумулятор хорошо сформирован при изготовлении и правильно эксплуатируется в эксплуатации, образование газа можно отнести к химическому разложению и окислительно-восстановительному разложению растворителей электролита на аноде и катоде. При химическом разложении диалкилкарбонатных растворителей образуется эфир и CO ₂ , как описано уравнением.1, который может иметь место как на аноде, так и на катоде. Полученный CO ₂ может быть восстановлен до CO вместе с потреблением ионов Li ⁺ , которые в конечном итоге образуются с катода либо в результате химического восстановления (уравнение 2), либо электрохимического восстановления (уравнение 3) на анод.

Следовательно, CO ₂ и CO часто сосуществуют внутри батареи.В частности, химическое разложение увеличивается с повышением температуры, а окислительно-восстановительное разложение увеличивается с уровнем заряда (SOC) батареи. Химическое разложение карбонатных растворителей катализируется анодом, катодом, проводящим углеродом и частицами примесей и длится весь срок службы литий-ионной батареи. Поскольку катализатор может быть эффективно дезактивирован очень небольшими количествами отравляющих веществ, добавки к электролиту оказываются очень эффективными в подавлении газообразования.

Что касается образования газа, вызванного окислительно-восстановительным разложением растворителей электролита на двух электродах, рисунок 1 показывает, что коэффициент набухания ячейки графит / LiCoO ₂ остается почти постоянным, когда SOC ниже 80%, однако резко увеличивается, если SOC превышает 80% (Lee et al., 2003). Профили потенциальной емкости процесса зарядки показывают, что потенциал графитового анода очень плоский и составляет ~ 0,25 В относительно Li / Li ⁺ , тогда как потенциал катода LiCoO ₂ линейно увеличивается с увеличением SOC (Zhang et al. ., 2006). Это наблюдение предполагает, что выделение газов ниже 80% SOC может быть связано с уменьшением количества растворителей электролита на аноде, а увеличение выделения газа выше 80% с окислением растворителей электролита на катоде. Относительное окислительно-восстановительное образование газа тесно связано с материалами анода и катода, которые обсуждаются ниже.

Рис. 1. Тенденция коэффициента набухания с SOC для графита / LiCoO ₂ призматических ячеек, хранящихся при 90 ° C в течение 4 часов .По данным Lee et al. (2003).

на аноде

В газах от графитового анода преобладают восстановительные газы, такие как H ₂ , CO, олефины и алканы. Слабоокислительный СО ₂ обычно является продуктом каталитического разложения карбонатных растворителей. На восстановление растворителей электролита в значительной степени влияет граница раздела твердого электролита (SEI) на поверхности графита, которая образована электрохимическим восстановлением растворителей или добавок электролита при более высоких потенциалах, чем при интеркалировании ионов Li ⁺ в графит. .Газы, образующиеся при образовании SEI, были дегазированы перед герметизацией батареи. Дальнейшее газообразование сопровождается ростом SEI из-за паразитного восстановления растворителя или выхода из строя предварительно сформированного SEI. Следовательно, формирование прочного SEI является ключом к подавлению газообразования на аноде на основе графита. Особо важно отметить, что выделение газа от анода Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ (LTO) происходит из-за внутренней окислительно-восстановительной реакции между LTO и карбонатными растворителями на границе LTO – электролит (He et al. ., 2012). В результате окислительно-восстановительной реакции, с одной стороны, образуются H ₂ , CO и CO ₂ , а с другой стороны, кристаллическая структура поверхности LTO преобразуется из плоскости (111) в плоскость (222), что приводит к образованию новая фаза TiO ₂ . Покрытие поверхности наноразмерными частицами углерода очень эффективно подавляет межфазную реакцию и, как следствие, образование газа на аноде LTO.

на катоде

В газах от катода преобладает умеренно окислительный CO ₂ , который может образовываться как в результате окислительного, так и химического разложения растворителей электролита. Литированные оксиды переходных металлов имеют очень сильную щелочность. Даже при кратковременном контакте с воздухом они быстро поглощают CO ₂ и H ₂ O с образованием Li ₂ CO ₃ и LiOH, что приводит к удалению ионов Li ⁺ с поверхности катодных частиц. , что изменяет не только химический состав, но и решеточную структуру поверхности катодной частицы. Карбонаты щелочных металлов (M ₂ CO ₃ , M = K, Na и Li) являются известным катализатором для прямого синтеза диалкилкарбонатов из CO ₂ и спирта (Yang et al., 2013). По тому же принципу Li ₂ CO ₃ на поверхности катодных частиц может катализировать и участвовать в химическом разложении диалкилкарбонатных растворителей с образованием CO ₂ , как показано уравнением. 4. Кроме того, Li ₂ CO ₃ может реагировать с LiPF ₆ из электролита с образованием CO ₂ , как описано уравнением. 5.

В качестве доказательства вышеуказанных реакций показано, что простое удаление Li ₂ CO ₃ с поверхности LiNi _0.83 Co _0,15 Al _0,02 O ₂ катодных частиц путем промывки водой может значительно снизить газообразование катода (Kim et al., 2006). Чтобы уменьшить газообразование, вызванное Li ₂ CO ₃ , следует максимально избегать воздействия воздуха при хранении катодных материалов, а также в процессах нанесения покрытия и сушки катодных листов.

Другая природа катодных материалов — это растворение ионов переходных металлов в растворе электролита (далее для простоты именуемое «растворение металла») с циклическим переключением и хранением литий-ионных аккумуляторов, которое раньше относили к HF- вспомогательное диспропорционирование ионов Mn ³⁺ для шпинели LiMn ₂ O ₄ катода. Помимо тех, которые остаются в растворе электролита, растворенные ионы металлов также включаются в SEI двух электродов путем объединения с молекулярными фрагментами разложения растворителя на электродах (как катоде, так и аноде) или восстанавливаются до металла на электродах. анод, что приводит к увеличению сопротивления SEI (Xu, 2014). Интересно отметить, что растворение металла сильно зависит от SOC, показывая резкое увеличение по мере приближения SOC к концу зарядки (Terada et al., 2001; Pieczonka et al., 2013). Это открытие показывает, что растворение металла также связано с прямым окислительно-восстановительным процессом между катодным материалом, лишенным лития (например, MnO ₂ для LiMn ₂ O ₄ ) и растворителями электролита. Сравнение предыдущих результатов (Terada et al., 2001; Lee et al., 2003) указывает на превосходную корреляцию между диаграммой SOC набухания и диаграммой SOC растворения металла, предполагая, что растворение металла должно сопровождаться газом. поколение.Следовательно, стратегии подавления растворения металла также применимы для уменьшения образования газа. Наиболее эффективным подавлением было бы покрытие катода более стабильными соединениями, такими как оксид металла, галогенид, фосфат и предпочтительно твердый электролит (Li et al., 2013). Еще одним преимуществом поверхностного покрытия является снижение основности поверхности катодных частиц, что способствует снижению абсорбции CO ₂ катодом и повышению химической стабильности связующего PVdF, которое в противном случае подвергается дегидрофторированию в сильнощелочной среде (Диас и Маккарти. , 1985).Помимо выделения газа, вызванного примесью Li ₂ CO ₃ и растворением металла, каждый тип катодных материалов влияет на образование газа своими особыми способами, которые обсуждаются, соответственно, ниже.

Материалы слоистого катода

Газовыделение слоистых катодных материалов в основном связано с выделением O ₂ и растворением металла. Слоистые катодные материалы, такие как LiCoO ₂ , никель-кобальт-алюминий (NCA), никель-марганец-кобальт (NMC) и семейство твердых растворов оксидов переходных металлов с высоким содержанием лития с общей формулой x Li ₂ MnO ₃ ^. (1- x ) LiMO ₂ (M = Co, Mn, Ni), не имеют явного повышения потенциала, которое можно использовать для определения полностью заряженного состояния (т. Е. Окончания зарядки) зарядным устройством. В процессе обслуживания сопротивление батареи постепенно увеличивается из-за роста SEI на аноде и катоде, которые тем временем потребляют ионы Li ⁺ с катода. В результате отношение емкости катода к аноду уменьшается, так что катод можно легко перезарядить, если протокол зарядки не настроен в соответствии с состоянием батареи в реальном времени.Избыточная зарядка приводит к образованию O ₂ , во время которого промежуточный анион-радикал кислорода может нуклеофильно атаковать диалкилкарбонатные растворители с образованием CO ₂ и других нерастворимых продуктов, как это произошло в литий-воздушных батареях (Freunberger et al. , 2011 ), при этом нерастворимые продукты дополнительно способствуют росту резистивного SEI на катоде. Развитие O ₂ приводит к чистым потерям Li ₂ O и, следовательно, изменяет структуру решетки катодных материалов, как описано уравнением.6:

Поскольку «4δLi ⁺ + δO ₂ » в части произведения уравнения. 6 эквивалентно «2δLi ₂ O — 4δe ^—», чистым результатом эволюции O ₂ является потеря Li ₂ O. Вместе с развитием O ₂ высвобожденный Li Ионы ⁺ включаются в SEI катода, что приводит к росту SEI катода и способствует необратимой перезарядке.Следовательно, выделение O ₂ , вызванное перезарядкой, является источником не только газообразования, но и роста SEI на катоде. В частности, зарядные потенциалы Li-rich x Li ₂ MnO ₃ ^. (1 — x ) LiMO ₂ (M = Co, Mn, Ni) твердые растворы имеют напряжение более 4,6 В по сравнению с Li / Li ⁺ . Даже в диапазоне нормального рабочего потенциала (2,0–4,6 В) эволюция O ₂ неизбежна, что приводит к необратимому структурному преобразованию решетки катодных материалов (Armstrong et al., 2006; Гу и др., 2013). Выделение O ₂ и возникающие в результате реакции с карбонатными растворителями и даже с проводящим углеродным агентом (т.е. окисление в последнем случае) были признаны основной причиной газообразования и снижения емкости катода с высоким содержанием лития. материалы. Следовательно, своевременная корректировка протокола зарядки, чтобы строго избежать перезарядки и структурной стабилизации за счет легирования более стабильными ионами металлов, такими как Al ³⁺ , была бы очень эффективной для подавления образования газа из слоистых катодных материалов.

Материалы катода шпинели

В выделении газа из шпинелевых катодных материалов, таких как 4 В Li ₂ Mn ₂ O ₄ и 4,7 В LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ , преобладает окисление растворителей электролита. . Конечными продуктами окисления карбонатных растворителей являются CO ₂ и H ₂ O, а органические кислоты (H ⁺ ) являются возможным промежуточным продуктом окисления растворителя (Armstrong et al., 2005). Следовательно, окисление весьма вероятно вызывает другие проблемы, такие как гидролиз соли LiPF ₆ и образование H ₂ , когда промежуточное соединение H ₂ O и органическая кислота диффундируют на анод и восстанавливаются там. Электрохимическое окисление происходит только в процессе зарядки, тогда как химическое окисление длится весь срок службы и часто сопровождается растворением металла. Покрытие поверхности более прочными составами, такими как AlPO ₄ , AlF ₃ , Al ₂ O ₃ , ZnO, Bi ₂ O ₃ (Liu and Manthiram, 2009) и твердым электролитом (Li и другие., 2013) показывает очень эффективный способ подавления растворения металла, эта стратегия, безусловно, применима к снижению газообразования. Бис (оксалат) борат лития (LiBOB) очень эффективен в подавлении растворения металлов, однако он окисляется с образованием CO ₂ при высоких потенциалах. Некоторые добавки к электролиту, такие как фторированные карбонаты (Zhang et al., 2013) и фосфаты (Cresce and Xu, 2011), обладают способностью образовывать устойчивый SEI на поверхности катода в результате химической реакции и, следовательно, могут предложить альтернативный подход для покрытие in situ для защиты 4.7 В LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ катод от прямого контакта с жидким электролитом. Вышеупомянутые подходы также применимы к другим высоковольтным катодным материалам, таким как слоистые оксиды с высоким содержанием лития и LiCoPO ₄ . Для катода LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ , примесь Li _x Ni _{1- x} O также ответственна за образование газа, потому что выше 4,5 В относительно Li / Li ⁺ выделяется O ₂ , во время которого промежуточный кислородный анион-радикал взаимодействует с карбонатными растворителями с образованием CO ₂ . Комбинация покрытия поверхности с использованием добавки к электролиту и очищающего катодного материала, вероятно, приводит к синергетическому эффекту для подавления газовыделения высоковольтного катода LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ .

Таким образом, образование газа в литий-ионных батареях включает в себя множество сложных реакций, связанных с химическим и окислительно-восстановительным разложением растворителей электролита. Химическое разложение катализируется активными электродными материалами, проводящим углеродом и примесью Li ₂ CO ₃ .Окислительно-восстановительное разложение может быть электрохимическим и / или химическим процессом, в котором первый происходит только в процессе зарядки, тогда как второй длится весь срок службы батареи и часто сопровождается растворением металла. Растворенные ионы металлов участвуют в постепенном образовании SEI на катоде и аноде, что приводит к росту резистивного SEI и отрицательно сказывается на характеристиках литий-ионных батарей. Учитывая, что все материалы имеют высокую чистоту и строго высушены, сочетание поверхностного покрытия и электролитной добавки могло бы предложить наиболее эффективное решение проблемы газовыделения литий-ионных аккумуляторов.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Автор благодарит доктора К. Лундгрена за критическое прочтение рукописи и ценные советы.

Список литературы

Армстронг, А. Р., Хольцапфель, М., Новак, П., Джонсон, К. С., Канг, С. Х., Теккерей, М. М. и др. (2006). Демонстрация потери кислорода и связанной с этим структурной реорганизации в катоде литиевой батареи. Li [Ni _0,2 Li _0,2 Mn _0,6 ] O ₂ . J. Am. Chem. Soc. 128, 8694–8698. DOI: 10.1021 / ja062027 +

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Армстронг, А. Р., Робертсон, А. Д., и Брюс, П. Г. (2005). Избыточная загрузка оксидов марганца: извлечение лития сверх Mn ⁴⁺ . J. Источники энергии 146, 275–280. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.03.104

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кресче, А.В., Сюй, К. (2011). Добавка к электролиту для поддержки химического состава Li-ion 5 В. J. Electrochem. Soc . 158, A337 – A342. DOI: 10,1149 / 1,3532047

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Диас, А. Дж., И Маккарти, Т. Дж. (1985). Дегидрофторирование поливинилиденфторида в растворе диметилформамида: синтез технологически растворимого полупроводникового полимера. J. Polym. Sci. Полим. Chem. 23, 1057–1061. DOI: 10.1002 / pol.1985.170230410

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрейнбергер, С. А., Чен, Ю., Пенг, З., Гриффин, Дж. М., Хардвик, Л. Дж., Барде, Ф., и др. (2011). Реакции в литиевой аккумуляторной батарее – O ₂ с алкилкарбонатными электролитами. J. Am. Chem. Soc. 133, 8040–8047. DOI: 10.1021 / ja2021747

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гу, М., Belharouak, I., Zheng, J., Wu, H., Xiao, J., Genc, ​​A., et al. (2013). Образование шпинельной фазы в слоистом композитном катоде, используемом в литий-ионных батареях. САУ Нано 7, 760–767. DOI: 10.1021 / nn305065u

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

He, Y. B., Li, B., Liu, M., Zhang, C., Lv, W., Yang, C., et al. (2012). Газовыделение в аккумуляторах на основе Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ и способы его устранения. Sci. Реп. 2, 913. doi: 10.1038 / srep00913

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Дж., Хонг, Й., Рю, К. С., Ким, М. Г., и Чо, Дж. (2006). Эффект промывки катода из LiNi _0,83 Co _0,15 Al _0,02 O ₂ в воде. Electrochem. Solid State Lett. 9, A19 – A23. DOI: 10.1149 / 1.2135427

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Дж., Баггетто, Л., Марта, С. К., Вейт, Г. М., Нанда, Дж., Лян, К. и др. (2013). Искусственная граница раздела фаз из твердого электролита позволяет использовать катод LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ 5 В с обычными электролитами. Adv. Energy Mater. 3, 1275–1278. DOI: 10.1002 / aenm201300378

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю Дж. И Мантирам А. (2009). Понимание улучшения электрохимических свойств поверхностно-модифицированного 5 В LiMn _1.42 Ni _0,42 Co _0,16 O ₄ шпинелевые катоды в литий-ионных элементах. Chem. Mater. 21, 1695–1707. DOI: 10,1021 / см

43

Страница не найдена — США

из

• ИБП открыты для бизнеса: влияние на обслуживание, связанное с коронавирусом . .. Еще

Закрыть Перейти к основному содержанию

• Регистрация / Вход
• Войти
• Поиск или отслеживание Поиск или отслеживание
• МенюЗакрыть

Search or TrackGoClosex

• • Филиалы
  • США — английский
    • Estados Unidos — Español
    • США — английский
    Выберите другую страну или территорию
  • Регистрация / Вход
  • Войти
  • Поиск или отслеживание Поиск или отслеживание Поиск или отслеживание Поиск или отслеживание Перейти Закрыть
• Быстрый старт

  Здравствуйте. Начните работу с UPS.

  • Гусеница

    Номера для отслеживания Go
  • Корабль

    Закрыть

  • ups.com/service-selector?loc=en_US»> Найти сервис

    Закрыть

  • Цитата

    Закрыть

  • местоположений

    Закрыть

  • page?»> Посмотреть и оплатить счет

    Закрыть

  • Отслеживание

    Быстрые ссылки на трек

    • Отслеживание посылки
    • Доставка сдачи
    • Управление входящей / исходящей доставкой:
      Quantum View — для крупных предприятий

Окисление и восстановление

Первоначальный взгляд на окисление и восстановление заключается в добавлении или удалении кислорода. Альтернативная точка зрения состоит в том, чтобы описать окисление как потерю электронов и восстановление как получение электронов. Одним из примеров, в котором этот подход является ценным, является высокотемпературная реакция диоксида свинца.

2PbO ₂ -> 2PbO + O ₂

В этой реакции атомы свинца приобретают электрон (восстановление), а кислород теряет электроны (окисление).

Этот электронный взгляд на окисление и восстановление помогает вам справиться с тем фактом, что «окисление» может происходить даже при отсутствии кислорода! Определение окислительно-восстановительных реакций расширено и включает другие реакции с неметаллами, такими как хлор и бром.Например, реакция

Mg + Cl ₂ -> Mg ²⁺ + 2Cl ^—

Магний теряет электроны и поэтому считается «окисленным», тогда как хлор получает электроны и, как говорят, восстанавливается. Еще один способ судить о том, что хлор уменьшился, — это то, что заряд на атомах стал более отрицательным или уменьшился. Рассмотрение этого заряда как «степени окисления» — еще один способ охарактеризовать окисление и восстановление.

Взгляд на окисление и восстановление как на потерю и усиление электронов, соответственно, особенно подходит для обсуждения реакций в электрохимических ячейках.Например, в цинк-медном элементе полуреакции окисления и восстановления равны

.

Zn (s) -> Zn 2+ (водн.) + 2e —

«Полураакция» цинка классифицируется как окисление, так как она теряет электроны. Терминал, на котором происходит окисление, называется «анодом». Для аккумулятора это отрицательная клемма.

Медная «полуреакция» классифицируется как восстановление, поскольку она приобретает электроны.Терминал, на котором происходит восстановление, называется «катодом». Для аккумулятора это положительный полюс.

Cu 2+ (водный) + 2e — -> Cu (s)

Определение уровня заряда аккумулятора

Знание количества энергии, оставшейся в батарее, по сравнению с энергией, которая была у нее, когда она была полной, дает пользователю представление о том, сколько времени батарея будет продолжать работать до того, как ей потребуется подзарядка.Это мера кратковременной емкости аккумулятора. Используя аналогию с топливным баком в автомобиле, оценку состояния заряда (SOC) часто называют функцией «Газомер» или «Датчик уровня топлива».

См. Также «Состояние здоровья» (SOH), которое отражает долговременную работоспособность аккумулятора.

SOC определяется как доступная мощность, выраженная в процентах от некоторого эталонного значения, иногда от номинальной мощности, но более вероятно, от ее текущей (т. е. при последнем цикле зарядки-разрядки), но эта неоднозначность может привести к путанице и ошибкам. Обычно это не абсолютная мера в кулонах, киловатт-часах или ампер-часах оставшейся в батарее энергии, что было бы менее запутанно.

Предпочтительным эталоном SOC должна быть номинальная емкость нового элемента, а не текущая емкость элемента. Это потому, что емкость ячейки постепенно уменьшается с возрастом. Например, к концу срока службы элемента его фактическая емкость будет приближаться только к 80% от его номинальной емкости, и в этом случае, даже если элемент был полностью заряжен, его SOC будет составлять только 80% от номинальной емкости.Влияние температуры и скорости разряда еще больше снижает эффективную емкость. Эта разница в контрольных точках важна, если пользователь зависит от оценки SOC, как это было бы в реальном приложении для измерения уровня газа в автомобиле.

К сожалению, эталон измерения SOC часто определяется как текущая емкость элемента, а не номинальная емкость. В этом случае полностью заряженный элемент, срок службы которого приближается к концу, может иметь SOC, равный 100%, но он будет иметь эффективную емкость только 80% от его номинальной емкости, и для расчетной емкости необходимо будет применить поправочные коэффициенты. сравните его с его новой номинальной мощностью.Использование текущей мощности, а не номинальной, обычно является сокращением или компромиссом при проектировании, чтобы избежать сложности определения и учета корректировок мощности, связанных с возрастом, которые обычно игнорируются.

Основание оценки SOC на текущей емкости аккумулятора, а не на его номинальной емкости в новом состоянии эквивалентно постепенному уменьшению емкости топливного бака в течение срока службы транспортного средства без уведомления водителя.Если требуется точная оценка оставшегося заряда батареи, необходимо учитывать факторы старения и окружающей среды.

Для приложений балансировки ячеек необходимо знать только SOC любой ячейки относительно других ячеек в цепочке батарей. Поскольку все клетки будут подвергаться одинаковым воздействиям в течение своей жизни, для этой цели можно не принимать во внимание корректировки старения и окружающей среды, которые применяются в равной степени ко всем клеткам.

Требования к точности SOC

Знание SOC особенно важно для больших литиевых батарей. Из всех распространенных химических составов элементов литий является наиболее химически реактивным и единственным, которому необходимы электронные системы управления батареями (BMS), чтобы поддерживать батарею в безопасном рабочем интервале и обеспечивать длительный срок службы. Управление SOC — основная функция BMS.Кроме того, автомобильные приложения — одно из основных применений больших литиевых батарей — требуют очень точного контроля SOC для эффективного и безопасного управления потоками энергии.

• В приложениях EV SOC используется для определения дальности. Это должно быть абсолютное значение, основанное на емкости новой батареи, а не в процентах от текущей емкости, которая может привести к ошибке 20% или более из-за старения батареи.

  Как известно, автомобильные датчики уровня топлива неточны, поэтому точность SOC в 5%, если бы она могла быть достигнута, вероятно, была бы удовлетворительной для таких приложений.

• В приложениях HEV SOC определяет, когда двигатель включается и выключается. Ошибки SOC более 5% могут серьезно повлиять на топливную экономичность системы. Поэтому желательна точность, значительно превышающая 5%.

См. «Возможности точности оценки» ниже

Методы определения степени заряда

Было использовано несколько методов оценки степени заряда аккумулятора.Некоторые из них специфичны для определенного химического состава клеток. Большинство из них зависит от измерения некоторого удобного параметра, который зависит от уровня заряда.

Прямое измерение

Это было бы легко, если бы аккумулятор мог разряжаться с постоянной скоростью. Заряд в батарее равен току, умноженному на время, в течение которого он протекал. К сожалению, здесь есть две проблемы.Во всех практических батареях ток разряда непостоянен, но уменьшается по мере разряда батареи, обычно нелинейным образом. Следовательно, любое измерительное устройство должно иметь возможность интегрировать ток с течением времени. Во-вторых, этот метод зависит от разрядки аккумулятора, чтобы узнать, сколько в нем заряда. В большинстве приложений, за исключением, возможно, квалификационных испытаний, пользователю (или системе) необходимо знать, сколько заряда находится в элементе, не разряжая его.

Невозможно также напрямую измерить эффективный заряд аккумулятора, отслеживая фактический заряд, вложенный в него во время зарядки. Это связано с кулоновской эффективностью батареи. Потери в батарее во время цикла заряда-разряда означают, что батарея будет заряжать меньше во время разряда, чем было заложено во время зарядки.

Кулоновский КПД или прием заряда — это мера того, сколько полезной энергии доступно во время разряда по сравнению с энергией, используемой для заряда элемента. На эффективность заряда также влияют температура и SOC.

SOC по измерениям удельного веса (SG)

Это обычный способ определения состояния заряда свинцово-кислотных аккумуляторов.Это зависит от измерения изменений веса активных химикатов. По мере того как аккумулятор разряжается, активный электролит, серная кислота, расходуется, и концентрация серной кислоты в воде снижается. Это, в свою очередь, снижает удельный вес раствора прямо пропорционально степени заряда. Таким образом, фактическая удельная плотность электролита может использоваться как индикатор состояния заряда батареи. Измерения удельного давления традиционно выполнялись с помощью ареометра всасывающего типа, что медленно и неудобно.

В настоящее время электронные датчики, которые обеспечивают цифровое измерение удельного веса электролита, могут быть встроены непосредственно в элементы, чтобы обеспечить непрерывное считывание состояния аккумулятора. Этот метод определения SOC обычно не подходит для другого химического состава клеток.

Оценка SOC на основе напряжения

Использует напряжение аккумуляторной ячейки как основу для расчета SOC или оставшейся емкости.Результаты могут сильно различаться в зависимости от фактического уровня напряжения, температуры, скорости разряда и возраста элемента, и для достижения разумной точности должна быть предусмотрена компенсация этих факторов. На следующем графике показана взаимосвязь между напряжением холостого хода и остаточной емкостью при постоянной температуре и скорости разряда для свинцово-кислотного элемента большой емкости. Обратите внимание, что напряжение ячейки уменьшается прямо пропорционально оставшейся емкости.

Свинцово-кислотная батарея

Проблемы могут возникнуть с некоторыми химическими составами элементов, особенно с литиевыми, которые демонстрируют лишь очень небольшое изменение напряжения в течение большей части цикла заряда / разряда.На следующем графике показана кривая разряда литий-ионного элемента большой емкости. Это идеально для применения в аккумуляторных батареях, поскольку напряжение элемента не падает заметно при разряде элемента, но по той же причине фактическое напряжение элемента не является хорошим показателем SOC элемента.

Быстрое падение напряжения элемента в конце цикла можно использовать как указание на неизбежную полную разрядку аккумулятора, но для многих приложений требуется более раннее предупреждение. Полностью разряженные литиевые элементы резко сократят срок службы, и в большинстве приложений будет накладываться ограничение на DOD, которому подвергается элемент, чтобы продлить срок службы. Хотя напряжение ячейки можно использовать для определения желаемой точки отсечки, для критически важных приложений предпочтительнее использовать более точные измерения.

См. Также, как измерение напряжения элемента во время «периодов покоя» может повысить точность оценок SOC в литиевых батареях на странице «Программно конфигурируемая батарея».

Текущая оценка SOC — (кулоновский счет)

Энергия, содержащаяся в электрическом заряде, измеряется в кулонах и равна интегралу по времени тока, который доставил заряд. Оставшуюся емкость элемента можно рассчитать путем измерения тока, входящего (заряжая) или покидающего (разряженного) элементов, и интегрируя (накапливая) его во времени. Другими словами, заряд, переносимый в элемент или из него, получается путем накопления стока тока с течением времени. Контрольной точкой калибровки является полностью заряженная ячейка, а не пустая ячейка, и SOC получается вычитанием чистого потока заряда из заряда в полностью заряженной ячейке. Этот метод, известный как кулоновский счет, обеспечивает более высокую точность, чем большинство других измерений SOC, поскольку он измеряет поток заряда напрямую. Однако он все еще требует компенсации, чтобы учесть рабочие условия, как в случае метода на основе напряжения.

Можно использовать три метода измерения тока.

• Токовый шунт Самый простой способ определения тока — это измерение падения напряжения на низкоомном, высокоточном, последовательном резисторе считывания между батареей и нагрузкой, известном как токовый шунт. Этот метод измерения тока вызывает небольшую потерю мощности на пути тока, а также нагревает батарею и является неточным для малых токов.
Преобразователи на эффекте Холла
• позволяют избежать этой проблемы, но они более дорогие. К сожалению, они не переносят большие токи и подвержены шумам.
Магниторезистивные датчики
• GMR еще дороже, но они имеют более высокую чувствительность и более высокий уровень сигнала. Они также обладают лучшей термостойкостью, чем устройства на эффекте Холла.

Кулоновский счет зависит от тока, протекающего от батареи во внешние цепи, и не учитывает токи саморазряда или кулоновский КПД батареи.

Обратите внимание, что в некоторых приложениях, таких как автомобильные батареи, «непрерывный» ток батареи не отслеживается. Вместо этого производится выборка тока, и по ним восстанавливается непрерывный ток. В таких случаях частота дискретизации должна быть достаточно высокой, чтобы фиксировать текущие пики и впадины, связанные с ускорением и рекуперативным торможением, соответствующими стилю вождения пользователя.

Оценка SOC по измерениям внутреннего импеданса

Во время циклов заряда-разряда элемента состав активных химических веществ в элементе изменяется, поскольку химические вещества преобразуются между заряженным и разряженным состояниями, и это отражается на изменениях импеданса элемента.Таким образом, измерения внутреннего импеданса ячейки также можно использовать для определения SOC, однако они не используются широко из-за трудностей с измерением импеданса, когда ячейка активна, а также трудностей с интерпретацией данных, поскольку импеданс также зависит от температуры.

Fuzzy Logic и другие аналогичные модели использовались для решения этих проблем, и для этой цели были разработаны ASIC.

Прочие меры государственной ответственности

При постоянной нагрузке и постоянных условиях окружающей среды литиевые элементы имеют линейную характеристику разряда SOC во времени, которая, возможно, позволяет определить SOC по времени работы или, в случае чисто электрического транспортного средства, по пройденному расстоянию. Этот метод зависит от поддержания постоянного режима вождения, и при изменении режима вождения могут возникнуть серьезные неточности. Он также не может применяться, когда используется прерывистая зарядка, как в случае с HEV.

Хотя этот показатель может не подходить в качестве основы для BMS в автомобильной промышленности, его можно использовать для простых приложений, таких как индикаторы запаса хода велосипеда, а также он может обеспечить контрольную проверку прогнозов модели BMS в целях безопасности.

Факторы, влияющие на степень заряда литиевых батарей

К сожалению, ни измерения напряжения, ни подсчета кулонов недостаточно для высокоточного измерения топлива, потому что заряд, который элемент может принять или доставить, зависит не только от основной конструкции элемента, но и от возраста элемента, а также от его краткосрочного и долгосрочного использования. рабочая среда.

Полезная емкость

Оценка

SOC для литиевых элементов усложняется тем фактом, что полезная емкость элемента не постоянна, а значительно варьируется в зависимости от температуры, скорости разрядки заряда и возраста элемента и меньшего влияния на другие параметры, такие как время между зарядками. (из-за скорости саморазряда).

Заряд — скорость разряда

Эффективная емкость элемента зависит от скорости, с которой он заряжается и разряжается, как показано на графике скорости разряда. Это связано с тем, что для завершения электрохимических воздействий в ячейке требуется конечное время, и они не могут мгновенно следовать за электрическим стимулом или нагрузкой, приложенной к ячейке. Это объясняется в разделе о времени зарядки.Если элемент подвергается кратковременным импульсам зарядки и разрядки, как в приложениях EV и HEV, химический эффект импульса зарядки может не быть полностью завершен до того, как последующий импульс разрядки начнет обращать процесс. Даже при подсчете кулонов это может привести к ошибкам в определении SOC клетки, если не принимать во внимание скорость химического воздействия.

Гистерезис

В том же состоянии заряда напряжение холостого хода (OCV) после заряда выше, чем OCV после разряда.Это еще одно проявление постоянной времени, связанное с задержкой химической реакции батареи в соответствии с электрическим стимулом.

Подробнее о гистерезисе и его влиянии на точность измерений SOC.

Температура и скорость разряда

На следующем графике показано, как емкость литиевого элемента зависит от температуры и скорости разряда.Он показывает, что при нормальных рабочих температурах кулоновская эффективность элемента очень высока, но при низких температурах наблюдается значительное падение эффективности, особенно при высоких скоростях разряда, что может привести к серьезным ошибкам в оценке SOC. Это явление не характерно для литиевых элементов, поскольку другие химические элементы элементов также демонстрируют ухудшение характеристик при низких температурах.

На графике показан литиевый элемент, работающий между указанными верхним и нижним пределами отсечки напряжения, равным 4.2. Вольт и 2,5 Вольта соответственно. Они считаются полностью заряженными и пустыми состояниями ячейки. Линия «Полный» — это точка, в которой элемент достигает полного заряда с использованием метода зарядки постоянным током — постоянным напряжением при соответствующей температуре. Показаны две «пустые» линии, соответствующие двум разным скоростям разряда 0,2 ° C и 1,0 ° C.

Емкость ячейки при заданной скорости и температуре — это разница между строкой «Полный» и соответствующей строкой «Пустой».

На практике элемент может заряжаться при одной температуре и разряжаться при другой температуре, и это необходимо учитывать при расчете эффективной емкости элемента. Обратите внимание, что элемент очень неэффективен при отказе от заряда при высоких скоростях разряда и низких температурах. Другими словами, его кулоновская эффективность резко ухудшается при низких температурах. Также обратите внимание, что указанный выше элемент может быть полностью разряжен при высоком уровне тока, но может быть дополнительно разряжен при низком уровне тока на количество миллиампер-часов между двумя «пустыми» точками, которые соответствуют текущей температуре элемента.

Стандартные технические характеристики элемента указывают емкость только при 25 ° C и 0,3 ° C. На приведенном ниже графике показано комбинированное влияние скорости и температуры на эффективную емкость ячейки. Обратите внимание, что доступная емкость уменьшается при высоких скоростях разряда, и хотя есть небольшое уменьшение емкости при работе при высоких температурах, есть существенное снижение при низких температурах. Подобные эффекты вступают в игру во время цикла зарядки.

График выше характеризует производительность литиевого элемента в двух ожидаемых рабочих условиях. Матрица значений емкости, связанная со всеми возможными комбинациями тока и температуры, полезна в качестве справочной таблицы , используемой приведенными ниже алгоритмами оценки заряда.

Эта матрица характеристик аккумулятора аналогична «карте двигателя», в которой хранится множество кривых характеристик двигателя при различных условиях эксплуатации, используемых в системах управления, используемых в современных двигателях внутреннего сгорания.

Старение клеток

График ниже показывает, как старение влияет на емкость элемента. Чтобы учесть это, формулы для расчета остаточной мощности должны иметь возможность динамически изменяться с течением времени, чтобы оставаться точными.

Цикл жизни элемента обычно считается завершенным, когда емкость элемента упала до 80% от своего значения, когда элемент был новым.Обратите внимание, что емкость уменьшается довольно линейно по мере старения элемента и продолжает уменьшаться после указанного срока службы батареи. Внезапной смерти нет, и батареи можно продолжать использовать, хотя и с меньшей емкостью.

Саморазряд

В дополнение к заряду, который вводится в аккумулятор и снимается с него во время нормального процесса заряда-разряда, необходимо также учитывать продолжающийся долгосрочный эффект саморазряда, потребляющий доступную энергию в элементе.

Прочие факторы

Другие факторы, такие как эффективность заряда / разряда, также влияют на емкость элемента.

Расчет SOC литиевых батарей

Как отмечалось выше, измерения напряжения или тока могут дать приблизительное представление о состоянии заряда батареи, но для большей точности, особенно для литиевых батарей, необходимо учитывать другие факторы.

Теоретическая оценка SOC

Можно, но не обязательно, оценить SOC батареи из чисто теоретических соображений. Батарейки нелинейные. SOC можно было бы рассчитать на основе измеренных параметров ячейки и условий эксплуатации, если бы было достаточно данных. К сожалению, это слишком сложно, поскольку существует 30 или более переменных, влияющих на производительность ячейки, некоторые из которых гораздо более значительны, чем другие.Они перечислены ниже только для информации, так как этот метод на практике не используется (если только в сильно урезанном виде) »

Теоретические расчеты основаны на кулоновском подсчете, измененном в зависимости от напряжения и температуры элемента, скорости, с которой элементы заряжались и разряжались, химического состава различных активных химикатов и любого использованного допирования, возможности и воздействия загрязнение, форма и длина физических путей тока в ячейке, объем электролита, толщина электролита и сепаратора, удельное сопротивление компонентов, скорость массопереноса ионов через электролит, скорость химическое воздействие на поверхности электродов или скорость поглощения ионов интеркаляционными слоями, фактическая площадь поверхности электродов, эффективная площадь поверхности электродов с учетом размеров частиц химикатов, эффект пассивации на поверхности электрода, температура окружающей среды, эффект джоулева нагрева, скорость саморазряда ячеек, время между обугливанием ges плюс, возможно, несколько других факторов.

Теоретический расчет SOC всегда будет ограничен числом эффектов, для которых можно разработать уравнения.

Практическая оценка SOC

В качестве альтернативы можно измерить рабочие характеристики типичной ячейки (или ячеек) для образца, а результаты использовать в качестве шаблона для представления производительности остальной популяции.Основывать оценки производительности ячеек на справочных таблицах, построенных на основе данных измерений фактических ячеек, намного проще, чем выполнение теоретических оценок, поскольку они автоматически учитывают большинство, если не все факторы, влияющие на SOC. Справочные таблицы представляют собой пошаговые аппроксимации кривых характеристик и характеристик, которые представляют характеристики разряда элемента как функцию температуры, скорости разряда или других параметров. См. Пример выше. Необходимые справочные таблицы разрабатываются на основе лабораторных измерений в контролируемых условиях.Процесс сбора данных и построения справочной таблицы называется характеристикой ячейки и должен выполняться только один раз, однако новый набор данных или справочная таблица должны быть созданы для каждого варианта химического состава ячейки и используемой конструкции ячейки.

Многоразовое стандартное программное обеспечение, которое можно использовать для обработки различных наборов данных

После того, как элементы были охарактеризованы, следующим шагом будет рассмотрение применения батареи.Кулоновский подсчет используется для получения начальной оценки SOC ячейки, и это значение затем модифицируется, чтобы учесть неиспользуемую емкость ячейки, соответствующую ее рабочей точке, путем обращения к справочной таблице. Таким образом, оценка SOC выполняется путем построения модели батареи, которая воспроизводит характеристики батареи в программном обеспечении, и алгоритма, который предсказывает ее поведение в ответ на различные внешние и внутренние условия.

Для этого метода, конечно же, требуются датчики для предоставления данных измерений текущего состояния батареи, память для хранения модели батареи и микропроцессор для расчета результатов.

Датчики

в батарее обеспечивают аналоговые входы, представляющие температуру, напряжение и ток ячеек, для модели, а прецизионные аналого-цифровые преобразователи переводят эти входные данные в цифровую форму. Дополнительная информация, такая как температура окружающей среды и состояние различных аварийных сигналов, при необходимости, также может быть предоставлена ​​модели. Эти входные данные постоянно контролируются и обновляются по запросу микропроцессора, который управляет моделью. Затем модель может использовать эти входные данные для оценки SOC или другого состояния батареи в любой момент времени.

В динамических приложениях, таких как автомобильные аккумуляторы, входы должны контролироваться не реже одного раза в секунду, чтобы гарантировать, что не будут пропущены значительные потоки заряда или критические события, и прогнозирование SOC для каждой отдельной ячейки в батарее должно быть выполнено в течение интервала выборки. Из-за сложности алгоритма и количества задействованных входов система должна выполнять более миллиона или более вычислений с плавающей запятой в секунду.Для этого нужен мощный микропроцессор. Пример необходимости постоянного обновления оценок SOC в работающей системе приведен в разделе «Системы управления батареями».

Оценка точности оценок SOC на основе справочных таблиц

• Ошибки смещения (количество и значимость учитываемых факторов)

Для точного представления характеристик заряда / разряда ячейки аналогичные справочные таблицы должны быть разработаны для всех известных факторов, которые существенно влияют на емкость элемента (Ач) и импеданс, такие как температура элемента, температура окружающей среды, заряд и разряд. скорости, скорости рассеивания тепла, скорости заряда саморазряда элемента или кулоновского КПД и деградации емкости в течение срока службы элемента.

Если любой из ключевых параметров, влияющих на полезную емкость соты, игнорируется, в оценке SOC будет соответственно большая ошибка смещения.

Ошибка смещения SOC, основанная только на кулоновском подсчете, без компенсирующих факторов, может достигать 30%!

• Размер выборки и ее валидность

Точность может быть ограничена небольшим размером выборки, использованной для построения набора данных, и тем, были ли образцы, использованные для характеристики клеток, действительно репрезентативными для популяции в течение ожидаемого производственного цикла ячеек.

• Точки данных и алгоритмы прогнозирования

Точность также будет напрямую зависеть от количества точек данных в справочной таблице. Для получения более точных оценок на основе ограниченных наборов данных были разработаны различные алгоритмы (примеры ниже). По сути, это означает объединение измеренных точек производительности в наборе данных или справочной таблицы в непрерывную поверхность, чтобы можно было извлечь значения производительности из промежуточных точек.Каждый из этих алгоритмов имеет свою характеристическую точность оценки.

• Кулоновский КПД

Подсчет кулонов также подвержен ошибкам, поскольку все кулоны, закачанные в аккумулятор во время зарядки, не могут быть преобразованы в доступный заряд. Часть энергии неизбежно теряется в процессе химического преобразования, обычно в виде тепла. Точно так же на обратном пути по тем же причинам часть доступного заряда теряется, и только часть сохраненного заряда доступна для выполнения работы.Потери энергии в оба конца для литиевой батареи составляют около 3%. Кулоновский КПД — это соотношение между энергией разряда и энергией заряда.

• Скорость саморазряда

Другая причина, по которой вся энергия, вложенная в батарею, не может выйти снова, — это саморазряд элементов. Саморазряд литиевых батарей обычно составляет менее 3% в месяц, поэтому в течение суток или около того эффект очень мал, но становится тем значительнее, чем дольше периоды между зарядками, и может быть источником накопления ошибок, если только схема контроля батареи регулярно сбрасывается или калибруется.

• Случайные ошибки (точность измерения)

Случайные ошибки возникают из-за неточностей при измерении факторов, которые фактически учитываются при оценке SOC. Это относится как к характеристикам элементов, так и к элементам в работающих батареях, поэтому существует два потенциальных источника подобных ошибок.

• Напряжение элемента
• Температура ячейки
• Сила тока батареи
• Ошибка выборки тока
• Ошибки квантования аналого-цифрового преобразователя
• Скорость саморазряда
• Эффекты гистерезиса
• Возраст батареи / количество оборотов емкости (завершенных циклов)

Обычно чистый эффект серии случайных ошибок, например, из-за неточностей измерений, можно рассчитать с помощью метода «корневой суммы квадратов».

• Накопительное накопление ошибок

Со временем «полностью заряженная» контрольная точка системы батареи может дрейфовать, поэтому систему следует регулярно калибровать для сброса контрольного SOC на 100%, когда батарея полностью заряжена. Регулярная калибровка системы оценки SOC необходима, чтобы избежать накопления кумулятивной ошибки. Это особенно верно для аккумуляторов HEV, которые при нормальных обстоятельствах никогда не достигают своего полностью заряженного состояния, когда систему можно сбросить до известного уровня заряда.

Принимая во внимание все эти факторы, расчет SOC может быть подвержен очень большим ошибкам, которые могут поставить под угрозу приложение, если при проектировании аккумуляторной системы не будут предприняты шаги для уменьшения этих ошибок. Точность, заявленная для расчета SOC, должна соответствовать совокупной точности измерений составляющих параметров плюс любые ошибки смещения. Заявления производителя о точности SOC выше 5% являются типичными, но это кажется трудно оправданным, учитывая факторы, описанные здесь, и ошибки могут расходиться еще больше по мере того, как клетки стареют.

Сравните это с требованиями к точности выше

Алгоритмы оценки заряда

Несколько различных методов, таких как нечеткая логика, фильтрация Калмана, нейронные сети и рекурсивные методы самообучения, были использованы для повышения точности оценки SOC, а также оценки состояния здоровья (SOH).

Нечеткая логика

Fuzzy Logic — это простой способ сделать определенные выводы из расплывчатой, неоднозначной или неточной информации.Он напоминает процесс принятия решений человеком с его способностью работать с приблизительными данными для поиска точных решений.

В отличие от классической логики, которая требует глубокого понимания системы, точных уравнений и точных числовых значений, нечеткая логика позволяет моделировать сложные системы с использованием более высокого уровня абстракции, основанного на наших знаниях и опыте. Это позволяет выразить это знание с помощью субъективных понятий, таких как большой, маленький, очень горячий, ярко-красный, долгое время, быстро или медленно.Это качественное лингвистическое представление экспертных знаний представляет собой естественное, а не числовое описание системы и позволяет относительно легко разрабатывать алгоритмы по сравнению с числовыми системами. Затем выходные сигналы можно сопоставить с точными числовыми диапазонами, чтобы обеспечить характеристику системы. Нечеткая логика широко используется в системах автоматического управления.

Используя этот метод, мы можем использовать всю доступную нам информацию о характеристиках батареи, чтобы получить более точную оценку ее состояния заряда или состояния здоровья.Доступны пакеты программного обеспечения, упрощающие этот процесс.

Фильтр Калмана

Фильтрация Калмана решает давний вопрос: как получить точную информацию из неточных данных? Что еще более важно, как обновить «наилучшую» оценку состояния системы при поступлении новых, но все еще неточных данных? Примером такой ситуации является автомобильное приложение HEV.На SOC аккумулятора влияет множество одновременных факторов, и он постоянно меняется в зависимости от стиля вождения пользователя. Фильтр Калмана предназначен для удаления нежелательного шума из потока данных. Он работает, предсказывая новое состояние и его неопределенность, а затем исправляя это с помощью нового измерения. Он подходит для систем с несколькими входами и широко используется в прогнозирующих контурах управления в системах навигации и наведения. С помощью фильтра Калмана точность модели прогнозирования SOC батареи может быть улучшена, и для таких систем заявлена ​​точность лучше 1%.

Как и в случае с Fuzzy Logic, доступны стандартные пакеты программного обеспечения, облегчающие его реализацию.

Нейронные сети

Нейронная сеть — это компьютерная архитектура, смоделированная на основе взаимосвязанной системы нейронов человеческого мозга, которая имитирует процессы обработки информации, памяти и обучения. Он имитирует способность мозга сортировать шаблоны и учиться методом проб и ошибок, распознавая и извлекая взаимосвязи, лежащие в основе данных, с которыми он представлен.

Каждый нейрон в сети имеет один или несколько входов и производит выход; каждый вход имеет весовой коэффициент, который изменяет значение, поступающее в нейрон. Нейрон математически манипулирует входными данными и выдает результат. Нейронная сеть — это просто нейроны, соединенные вместе, причем выход одного нейрона становится входом для других, пока не будет достигнут окончательный результат. Сеть учится, когда ей представляют примеры (с известными результатами); весовые коэффициенты корректируются на основе данных — либо посредством вмешательства человека, либо с помощью запрограммированного алгоритма, — чтобы приблизить конечный результат к известному результату.Другими словами, нейронные сети «учатся» на примерах (когда дети учатся узнавать собак на примерах собак) и демонстрируют некоторую способность к обобщению за пределами данных обучения.

Таким образом, нейронные сети

напоминают человеческий мозг двумя способами:

1. Нейронная сеть приобретает знания в процессе обучения.
2. Знания нейронной сети хранятся в пределах силы межнейронных соединений, известных как синаптические веса.

Истинная сила и преимущество нейронных сетей заключается в их способности представлять как линейные, так и нелинейные отношения, а также в их способности изучать эти отношения непосредственно из моделируемых данных. Среди множества приложений — системы прогнозного моделирования и управления.

Методы нейронной сети

полезны для оценки производительности батареи, которая зависит от количественной оценки влияния множества параметров, большинство из которых не могут быть определены с математической точностью.Алгоритмы уточняются с помощью опыта, полученного при работе аналогичных батарей.

Двухпараметрическая оценка SOC и повышение точности

В то время как изменение напряжения ячейки только от SOC недостаточно велико для обеспечения точного измерения SOC, тем не менее, достаточно предоставить ссылку на проверку ошибок для текущих (кулоновский счет) оценок SOC.Кроме того, поскольку точность SOC, определяемая кулоновским подсчетом, зависит от применения поправочных коэффициентов в зависимости от измеренного заряда батареи, температуры и напряжения, те же измерения напряжения могут использоваться для обеспечения альтернативной оценки SOC без заметного влияния на сложность система.

Общая точность оценки SOC затем может быть улучшена путем объединения подходящих взвешенных значений оценок SOC на основе тока и напряжения в одно значение.

Индикаторы состояния аккумуляторной батареи

Малые первичные элементы теперь доступны с аналоговыми индикаторами SOC на ячейках, известными как тестеры батарей или указатели уровня топлива. На боковой стороне ячейки имеется печатная полоса, напоминающая термометр, которая дает приблизительное представление об оставшейся емкости батареи.

На основе термохромных и проводящих чернил тонкий слой проводящих чернил наносится в форме клина.Самая узкая точка указывает на самый низкий уровень заряда, а самая широкая область указывает на полный заряд. Когда цепь замыкается, и ток течет через проводящие чернила, а сопротивление чернил вызывает их нагрев. Небольшое количество тока может генерировать достаточно тепла, чтобы повлиять на наименьшую область клина, но по мере того, как область расширяется, требуется больше тока, чтобы поднять его температуру. Термохромные чернила, напечатанные поверх проводящих чернил, меняют цвет в зависимости от температуры, а степень изменения цвета вдоль клина указывает величину тока и, следовательно, напряжение батареи.

Дизайн завершен маскирующим слоем из обычных чернил, который создает иллюзию термометра или аналогового указателя уровня топлива.

Точность измерения зависит от температуры окружающей среды.

SOC конденсаторов

Состояние заряда конденсатора определяется напряжением на его выводах.

Срок службы батареи и SOC

Узнайте больше о том, как эксплуатация SOC влияет на срок службы батареи.

Аккумуляторы GMDSS: тесты / проверки, которые должен знать моряк

Аккумуляторы

GMDSS обеспечивают питание оборудования GMDSS в случае отказа основного и аварийного питания судна.Требования к батареям ГМССБ регулируются Правилом 13, Глава 4 СОЛАС.

Согласно СОЛАС, батареи ГМССБ должны обеспечивать питание для работы ГМССБ для

1. 1 час при питании ГМССБ от аварийных генераторов
2. 6 часов в случае отсутствия питания от аварийных генераторов ГМССБ.
3. Батареи необходимо зарядить до необходимого минимума менее чем за 10 часов.
4. Емкость батарей необходимо проверять не реже, чем через 12 месяцев.

Поддержание аккумуляторных батарей ГМССБ в отличном состоянии важно для их готовности к чрезвычайным ситуациям. Аккумуляторы GMDSS обычно проводятся по трем типам испытаний / техобслуживания.

1. Ежедневный тест под нагрузкой / без нагрузки
2. Годовой тест производительности
3. Общее обслуживание, необходимое для аккумулятора.

1. Ежедневный тест под нагрузкой / без нагрузки

Испытание под нагрузкой / без нагрузки выполняется, чтобы убедиться, что

1. Оборудование GMDSS может питаться от батареи.Это гарантирует, что все соединения от аккумулятора к оборудованию GMDSS не повреждены.
Батарея
2. может обеспечивать питание во время работы оборудования GMDSS. То есть, когда на аккумулятор ставится нагрузка, он не разряжается слишком быстро.

Для теста под нагрузкой / без нагрузки необходимо следовать следующей процедуре

1. Сначала отключите подачу переменного тока на станцию ​​GMDSS. Кнопка включения обычно находится под панелью GMDSS или на некоторых кораблях в радиорубке (если она у вас еще есть).Если у вас есть другой источник переменного тока для зарядки аккумулятора, его тоже необходимо отключить. Это связано с тем, что, если аккумулятор находится в непрерывном режиме зарядки, это не покажет никакого падения напряжения, которое мы собираемся обнаружить с помощью теста под нагрузкой / без нагрузки.

Однако в большинстве случаев источником питания ГМССБ является питание переменного тока от батарей для оборудования ГМССБ. Автоматическое отключение питания переменного тока гарантирует, что батареи не будут заряжаться непрерывно во время теста. Итак, после того, как оборудование GMDSS будет работать от батарей, запишите напряжение батарей.

2. Нажмите кнопку PTT для передачи на частоте R / T без сигнала бедствия и в режиме ожидания. Запишите напряжение под нагрузкой, пока нажата кнопка PTT.

3. Падение напряжения не должно быть более 1,5 вольт.

2. Проверка емкости

Все батареи имеют срок службы. Емкость аккумулятора может уменьшаться с возрастом. Должен быть способ измерить емкость. И с тестом емкости мы делаем именно это.

Мы можем понять испытание емкости при сравнении с резервуаром для воды.Мы не знаем, сколько воды он может вместить. Единственный способ измерить его емкость — заполнить резервуар для воды до отказа и затем измерить его путем слива. Измерение может производиться с помощью расходомера или меньших мерных ведер / контейнеров.

С помощью теста емкости мы измеряем емкость аккумулятора тем же методом. Заряжаем аккумулятор до полного заряда, а затем измеряем его разряд. Чтобы разрядить аккумулятор, мы прикладываем известную нагрузку, чтобы измерить его емкость. Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах (Ач).Таким образом, 200 Ач означает, что батарея может выдавать ток 200 ампер в течение одного часа или 20 ампер в течение 10 часов и так далее.

Прежде чем мы продолжим, давайте согласимся с этими двумя этапами

1. Напряжение не является мерой емкости аккумулятора.
2. Аккумулятор заряжен на 100% (полностью заряжен) не означает, что он будет или может обеспечить номинальную емкость.

Глядя на первое утверждение, если напряжение не является мерой емкости, то что? Как мы уже обсуждали, мера емкости батареи — это «сколько тока она может выдавать за сколько часов».Это то, что мы стремимся измерить с помощью теста емкости.

Второе утверждение будет легче понять на примере ноутбука. Новый компьютер со 100% аккумулятором может проработать 8 часов. Через несколько лет 100% заряда одной и той же батареи хватит на 4-5 часов. Это связано со старением аккумулятора. С возрастом аккумулятор теряет место для хранения.

Другая аналогия для понимания второго утверждения — это тот же пример с резервуаром для воды. Если емкость резервуара для воды составляет 2000 литров и он заполнен на 100%, означает ли это, что в нем содержится 2000 литров жидкости.Мы не можем быть уверены в этом, так как знаем, что находится на дне резервуара. Внизу может быть количество камней. Эта цифра может лучше объяснить, что мы здесь имеем в виду

Как избежать глубокого разряда

Существует еще одно требование СОЛАС о глубокой разрядке аккумулятора при выполнении теста емкости. Проще говоря, глубокая разрядка означает наименьшее напряжение, до которого может быть доведена батарея. Если разрядить аккумулятор ниже этого напряжения, аккумулятор может потерять свою емкость до уровня, при котором его нельзя будет использовать снова.Для батарей на основе никеля это напряжение составляет 1,0 В на элемент. Таким образом, для аккумуляторной батареи 24 В (1,2 В x 20 элементов) напряжение глубокого разряда будет 20 В. Во время проверки емкости нельзя допускать, чтобы напряжение батареи опустилось ниже 20 В или 1 В на элемент.

Теперь мы все должны знать основы физики

Мощность = Напряжение x Ток

Аккумулятор GMDSS обычно находится в диапазоне 200 Ач, который требуется для подачи 24 В.

Нам нужно проверить, осталось ли в нем еще 200 Ач.Для этого нам нужно снять батареи с зарядки и имеющуюся нагрузку (подключения к станции ГМССБ) и присоединить к ней какую-то известную нагрузку. Обычно к клеммам аккумуляторов крепится установка, состоящая из ряда последовательно соединенных лампочек мощностью 100 Вт. Скажем, если к аккумулятору подключено 6 лампочек (600 Вт), он потребляет 25 А тока из аккумуляторной батареи. Это потому, что

600 Вт / 24 В = 25 А

После подключения нагрузки к блоку батарей нам нужно измерить напряжение и ток на каждом выводе блока батарей.Делать это нужно как минимум каждый час. Это будет продолжаться, и мы остановим тест, только если

1) Вышел из строя один элемент батареи. То есть падение напряжения в одном элементе батареи отличается от других. В этом случае нам нужно изолировать эту неисправную ячейку, а затем продолжить тест.

2) Напряжение достигло напряжения глубокого разряда. СОЛАС требует, чтобы при проведении испытания емкости не допускалась глубокая разрядка аккумулятора.