Die Dichte des Elektrolyten in der Batterie

2024 Autor: Trinity Chesterton | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-16 14:54

Die Autobatterie, auch Akkumulator genannt, ist für das Start-, Licht- und Zündsystem eines Autos zuständig. Typischerweise sind Autobatterien Blei-Säure-Batterien, die aus galvanischen Zellen bestehen, die ein 12-Volt-System liefern. Jede der Zellen erzeugt bei voller Ladung 2,1 Volt. Die Elektrolytdichte ist eine kontrollierte Eigenschaft einer wässrigen Säurelösung, die den normalen Betrieb von Batterien sicherstellt.

Zusammensetzung einer Bleibatterie

Zusammensetzung einer Blei-Säure-Batterie

Bleisäure-Batterieelektrolyt ist eine Lösung aus Schwefelsäure und destilliertem Wasser. Das spezifische Gewicht von reiner Schwefelsäure beträgt etwa 1,84 g/cm³, und diese reine Säure wird mit destilliertem Wasser verdünnt, bis das spezifische Gewicht der Lösung 1,2-1,23 g/cm beträgt 3^.

Obwohl in einigen Fällen die Elektrolytdichte in der Batterie je nach Batterietyp, Jahreszeit und klimatischen Bedingungen empfohlen wird. Das spezifische Gewicht einer voll aufgeladenen Batterie nach dem Industriestandard in Russland beträgt 1,25-1,27 g / cm³ im Sommer und für strenge Winter - 1,27-1, 29g/cm^3.

Spezifisches Gewicht des Elektrolyten

Einer der Hauptparameter der Batterie ist das spezifische Gewicht des Elektrolyten. Es ist das Verhältnis des Gewichts einer Lösung (Schwefelsäure) zum Gewicht eines gleichen Volumens Wasser bei einer bestimmten Temperatur. Normalerweise mit einem Hydrometer gemessen. Die Dichte des Elektrolyten dient als Indikator für den Ladezustand einer Zelle oder Batterie, kann aber nicht die Kapazität der Batterie charakterisieren. Beim Entladen nimmt das spezifische Gewicht linear ab.

Vor diesem Hintergrund ist es notwendig, die Größe der zulässigen Dichte zu klären. Der Elektrolyt in der Batterie sollte 1,44 g/cm³ nicht überschreiten. Die Dichte kann zwischen 1,07 und 1,3 g/cm^{3 liegen. Die Temperatur der Mischung beträgt dann ca. +15 C.}

Elektrolyt mit erhöhter Dichte in seiner reinen Form zeichnet sich durch einen ziemlich hohen Wert dieses Indikators aus. Seine Dichte beträgt 1,6 g/cm3.

Ladezustand

Im vollgeladenen Dauerzustand und im Entladezustand gibt die Messung des spezifischen Gewichts des Elektrolyten einen ungefähren Hinweis auf den Ladezustand der Zelle. Spezifisches Gewicht=Leerlaufspannung - 0,845.

Beispiel: 2,13V - 0,845=1,285g/cm3.

Das spezifische Gewicht nimmt ab, wenn die Batterie auf ein Niveau entladen wird, das dem von reinem Wasser nahe kommt, und steigt während des Wiederaufladens. Die Batterie gilt als vollständig geladen, wenn die Dichte des Elektrolyten in der Batterie den maximal möglichen Wert erreicht. Spezifischdas Gewicht hängt von der Temperatur und der Elektrolytmenge in der Zelle ab. Wenn sich der Elektrolyt in der Nähe der niedrigen Markierung befindet, ist das spezifische Gewicht höher als der Nennwert, es fällt ab und Wasser wird in die Zelle gefüllt, um den Elektrolyten auf das erforderliche Niveau zu bringen.

Das Volumen des Elektrolyten dehnt sich bei steigender Temperatur aus und zieht sich bei fallender Temperatur zusammen, was sich auf die Dichte oder das spezifische Gewicht auswirkt. Wenn sich das Elektrolytvolumen ausdehnt, nimmt der Messwert ab und umgekehrt steigt das spezifische Gewicht bei niedrigeren Temperaturen.

Bevor Sie die Elektrolytdichte in der Batterie erhöhen, müssen Sie Messungen und Berechnungen durchführen. Das spezifische Gewicht der Batterie wird durch die Anwendung bestimmt, in der sie verwendet wird, unter Berücksichtigung der Betriebstemperatur und der Batterielebensdauer.

% Schwefelsäure	% Wasser	Spezifisches Gewicht (20°C)
37, 52	62, 48	1, 285
48	52	1, 380
50	50	1, 400
60	40	+1, 500
68, 74	31, 26	1, 600
70	30	1, 616
77, 67	22, 33	1, 705
93	7	1, 835

Chemische Reaktion in Batterien

Sobald eine Last über die Batterieklemmen angeschlossen wird, beginnt ein Entladestrom durch die Last zu fließen und die Batterie beginnt sich zu entladen. Während des Entladevorgangs nimmt der Säuregeh alt der Elektrolytlösung ab und führt zur Bildung von Sulfatablagerungen sowohl auf der positiven als auch auf der negativen Platte. Bei diesem Entladevorgang erhöht sich die Wassermenge in der Elektrolytlösung, wodurch sich deren spezifisches Gewicht verringert.

Batteriezellen können bis zu einer bestimmten Mindestspannung und spezifischen Dichte entladen werden. Eine voll aufgeladene Blei-Säure-Batterie hat eine Spannung und ein spezifisches Gewicht von 2,2 V bzw. 1,250 g/cm³, und diese Zelle kann normalerweise entladen werden, bis die entsprechenden Werte 1,8 V und 1,1 nicht erreichen g/cm^3.

Elektrolytzusammensetzung

Der Elektrolyt enthält eine Mischung aus Schwefelsäure und destilliertem Wasser. Die Daten sind nicht genau, wenn sie gemessen werden, wenn der Fahrer gerade Wasser nachgefüllt hat. Sie müssen eine Weile warten, damit sich frisches Wasser mit der vorhandenen Lösung vermischen kann. Bevor Sie die Dichte des Elektrolyten erhöhen, müssen Sie daran denken: Je höher die Konzentration an Schwefelsäure ist, desto dichter wird der Elektrolyt. Je höher die Dichte, desto höher die Ladung.

Für die Elektrolytlösung ist destilliertes Wasser die beste Wahl. Das minimiert das MöglicheVerunreinigungen in Lösung. Einige Verunreinigungen können mit Elektrolytionen reagieren. Wenn Sie beispielsweise eine Lösung mit NaCl-Salzen mischen, bildet sich ein Niederschlag, der die Qualität der Lösung verändert.

Einfluss der Temperatur auf die Kapazität

Wie hoch ist die Dichte des Elektrolyten - dies hängt von der Temperatur in den Batterien ab. Das Benutzerhandbuch für bestimmte Batterien gibt an, welche Korrektur angewendet werden sollte. Zum Beispiel im Surrette/Rolls-Handbuch für Temperaturen im Bereich von -17,8 bis -54,4°C unter 21°C subtrahieren Sie 0,04 für jeweils 6 Grad.

Viele Wechselrichter oder Laderegler haben einen Batterietemperatursensor, der an der Batterie befestigt wird. Sie haben in der Regel ein LCD-Display. Auch das Zeigen des Infrarot-Thermometers liefert die notwendigen Informationen.

Dichtemessgerät

Das Elektrolytdichte-Aräometer wird verwendet, um das spezifische Gewicht der Elektrolytlösung in jeder Zelle zu messen. Die Säurebatterie ist voll geladen mit einem spezifischen Gewicht von 1,255 g/cm³ bei 26°C. Das spezifische Gewicht ist eine Messung einer Flüssigkeit, die mit einer Base verglichen wird. Dabei handelt es sich um Wasser, dem eine Basenzahl von 1.000 g/cm zugeordnet ist³.

Die Konzentration von Schwefelsäure im Wasser einer neuen Batterie beträgt 1,280 g/cm³, was bedeutet, dass der Elektrolyt 1,280 g/cm wiegt^{3 mal das Gewicht der gleichen Wassermenge. Eine voll aufgeladene Batterie wird mit bis zu getestet1.280 g/cm}3^{, während die Entladung ab 1.100 g/cm}3^{. zählt}

Aräometer-Testverfahren

Die Ablesetemperatur des Aräometers sollte insbesondere im Hinblick auf die Elektrolytdichte im Winter auf eine Temperatur von 27oC eingestellt werden. Hochwertige Aräometer haben ein internes Thermometer, das die Temperatur des Elektrolyten misst und eine Umrechnungsskala enthält, um die Schwimmerwerte zu korrigieren. Es ist wichtig zu erkennen, dass sich die Temperatur erheblich von der Umgebung unterscheidet, wenn das Fahrzeug gefahren wird. Messreihenfolge:

Gießen Sie den Elektrolyt mehrmals mit einem Gummiball in das Aräometer, damit das Thermometer die Temperatur des Elektrolyts anpassen und Messwerte aufnehmen kann.
Untersuche die Farbe des Elektrolyten. Eine braune oder graue Verfärbung weist auf ein Problem mit dem Akku hin und ist ein Zeichen dafür, dass sich der Akku dem Ende seiner Lebensdauer nähert.
So wenig Elektrolyt in das Aräometer leiten, dass der Schwimmer ohne Kontakt mit der Ober- oder Unterseite des Messzylinders frei schwimmt.
H alte das Aräometer senkrecht auf Augenhöhe und achte auf die Anzeige, wo der Elektrolyt mit der Skala auf dem Schwimmer übereinstimmt.
Addieren oder subtrahieren Sie 0,004 Einheiten zum Ablesen alle 6^oC, wenn die Elektrolyttemperatur über oder unter 27^{oC liegt.}
Wert anpassen, z. B. wenn das spezifische Gewicht 1,250 g/cm³ und die Elektrolyttemperatur 1,250 g/cm beträgt32^oC, ein Wert von 1,250 g/cm³ ergibt einen korrigierten Wert von 1,254 g/cm^{3. Gleichermaßen, wenn die Temperatur 21}o^{C betrug, ziehe 1,246 g/cm}3 ^{ab. Vier Punkte (0,004) von 1,250 g/cm}3^.
Testen Sie jede Zelle und notieren Sie den auf 27oC korrigierten Messwert, bevor Sie die Elektrolytdichte überprüfen.

Beispiele zur Ladungsmessung

Beispiel 1:

Aräometer zeigt 1,333 g/cm an3.
Temperatur ist 17 Grad, 10 Grad weniger empfohlen.
Subtrahiere 0,007 von 1,333 g/cm3.
Das Ergebnis ist 1,263 g/cm3, der Ladezustand liegt also bei etwa 100 Prozent.

Beispiel 2:

Dichtedaten - 1,178 g/cm3.
Die Elektrolyttemperatur beträgt 43 Grad C, was 16 Grad über dem Normalwert liegt.
Addiere 0,016 bis 1,178 g/cm3.
Ergebnis ist 1,194 g/cm3, 50 Prozent geladen.

LADESTATUS	SPEZIFISCHES GEWICHT g/cm3
100%	1, 265
75%	1, 225
50%	1, 190
25%	1, 155
0%	1, 120

Elektrolytdichtetabelle

Die folgende Temperaturkorrekturtabelleist eine Möglichkeit, die abrupten Änderungen der Elektrolytdichtewerte bei verschiedenen Temperaturen zu erklären.

Um diese Tabelle zu verwenden, müssen Sie die Temperatur des Elektrolyten kennen. Wenn die Messung aus irgendeinem Grund nicht möglich ist, ist es besser, die Umgebungstemperatur zu verwenden.

Die Elektrolytdichtetabelle ist unten dargestellt. Diese Daten basieren auf der Temperatur:

%	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

Wie Sie dieser Tabelle entnehmen können, ist die Elektrolytdichte in der Batterie im Winter deutlich höher als in der warmen Jahreszeit.

Batteriewartung

Diese Batterien enth alten Schwefelsäure. Bei der Handhabung sollten immer eine Schutzbrille und Gummihandschuhe getragen werden.

Bei Überlastung der Zellen verändern sich die physikalischen Eigenschaften von Bleisulfat allmählich und es wird zerstört, wodurch der Ladevorgang gestört wird. Daher nimmt die Dichte des Elektrolyten aufgrund der langsamen Geschwindigkeit der chemischen Reaktion ab.

Die Qualität der Schwefelsäure muss hoch sein. Andernfalls kann der Akku schnell funktionsunfähig werden. Niedrige Elektrolytstände tragen dazu bei, die internen Platten des Geräts auszutrocknen, wodurch es unmöglich wird, die Batterie wiederherzustellen.

Sulfatierte Batterien sind leicht an der veränderten Farbe der Platten zu erkennen. Die Farbe der sulfatierten Platte wird heller und ihre Oberfläche wird gelb. Solche Zellen zeigen einen Leistungsabfall. Erfolgt die Sulfonierung über längere Zeit, irreversibelProzesse.

Um diese Situation zu vermeiden, wird empfohlen, Blei-Säure-Batterien längere Zeit mit niedrigem Ladestrom zu laden.

Es besteht immer eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Anschlussblöcke von Batteriezellen beschädigt werden. Korrosion betrifft hauptsächlich Schraubverbindungen zwischen Zellen. Dies kann leicht vermieden werden, indem sichergestellt wird, dass jede Schraube mit einer dünnen Schicht Spezialfett abgedichtet wird.

Beim Aufladen der Batterie besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit von Säurespritzern und Gasen. Sie können die Atmosphäre um die Batterie herum verschmutzen. Daher ist in der Nähe des Batteriefachs eine gute Belüftung erforderlich.

Diese Gase sind explosiv, daher sollten offene Flammen nicht in den Raum gelangen, in dem Bleibatterien geladen werden.

Um zu verhindern, dass die Batterie explodiert, was zu schweren oder tödlichen Verletzungen führen kann, stecken Sie kein Metallthermometer in die Batterie. Sie müssen ein Hydrometer mit eingebautem Thermometer verwenden, das zum Testen von Batterien vorgesehen ist.

Lebensdauer der Stromversorgung

Die Akkuleistung lässt mit der Zeit nach, ob sie verwendet wird oder nicht, sie nimmt auch bei häufigen Lade-Entlade-Zyklen ab. Die Lebensdauer ist die Zeit, die eine inaktive Batterie gelagert werden kann, bevor sie unbrauchbar wird. Es wird allgemein angenommen, dass dies etwa 80 % der ursprünglichen Kapazität ist.

Es gibt mehrere Faktoren, die die Akkulaufzeit erheblich beeinflussen:

Zyklisches Leben. ZeitDie Batterielebensdauer wird hauptsächlich durch die Batterienutzungszyklen bestimmt. Typischerweise 300 bis 700 Zyklen bei normalem Gebrauch.
Entladungstiefe (DOD)-Effekt. Der Verzicht auf höhere Leistung führt zu einer kürzeren Lebensdauer.
Temperatureffekt. Dies ist ein wichtiger Faktor für die Batterieleistung, die H altbarkeit, das Laden und die Spannungsregelung. Bei höheren Temperaturen tritt in der Batterie mehr chemische Aktivität auf als bei niedrigeren Temperaturen. Für die meisten Akkus liegt der empfohlene Temperaturbereich zwischen -17 und 35°C.
Spannung und Ladegeschwindigkeit. Alle Blei-Säure-Batterien geben während des Ladevorgangs Wasserstoff von der negativen Platte und Sauerstoff von der positiven Platte ab. Eine Batterie kann nur eine bestimmte Menge Strom speichern. In der Regel ist der Akku in 60 % der Zeit zu 90 % geladen. Und 10 % des verbleibenden Akkus werden etwa 40 % der Gesamtzeit aufgeladen.

Eine gute Akkulaufzeit beträgt 500 bis 1200 Zyklen. Der eigentliche Alterungsprozess führt zu einer allmählichen Abnahme der Kapazität. Wenn eine Zelle eine bestimmte Lebensdauer erreicht, hört sie nicht plötzlich auf zu arbeiten, dieser Vorgang verlängert sich über die Zeit, es muss überwacht werden, um sich rechtzeitig auf den Batteriewechsel vorzubereiten.