Все стартерные батареи, выпускаемые в настоящее время для автомобилей, являются свинцово-кислотными. В основу их работы заложен известный еще с 1858 г., и по сей день остающийся практически неизменным принцип двойной сульфатации. 

При разряде аккумулятора происходит взаимодействие активной массы положительных и отрицательных пластин с электролитом (раствором серной кислоты), в результате образуется сульфат свинца, осаждающийся на поверхности отрицательно заряженной пластины и вода. В итоге плотность электролита падает. При заряде аккумулятора от внешнего источника происходят обратные электрохимические процессы, что приводит к восстановлению на отрицательных электродах чистого свинца и на положительных - диоксида свинца. 

Одновременно с этим повышается плотность электролита. Любая автомобильная батарея представляет из себя корпус - контейнер, разделенный на шесть изолированных ячеек - банок. Каждая банка аккумулятора является законченным источником питания напряжением порядка 2.1 V. В банке аккумулятора находится набор положительных и отрицательных пластин, отделенных друг от друга сепараторами. Как известно из школьного курса физики, две разнозаряженные пластины уже сами по себе являются источником постоянного напряжения, параллельное же их соединение увеличивает ток. Последовательное соединение шести банок составляет 12.6-12.8 V. Любая из пластин, как положительная, так и отрицательная, есть не что иное, как свинцовая решетка, заполненная активной массой. Активная масса имеет пористую структуру с тем, чтобы электролит заходил в как можно более глубокие слои и охватывал больший ее объем. Роль активной массы в отрицательных пластинах выполняет свинец, в положительных - диоксид свинца. 

Вес залитой АКБ ёмкостью 55 Ач составляет около 16.5 кг. Эта цифра складывается из массы электролита - 5кг (что соответствует 4 л.-4,5 л.), массы свинца и всех его соединений - 10 кг, а также 1 кг, приходящегося на долю бака и сепараторов. 

Основные характеристики аккумуляторных батарей. 

Электродвижущая сила (ЭДС) 

 Зависимость ЭДС (грубо говоря, напряжение на выводах аккумулятора) от плотности электролита выглядит так: 

 Е = 6 * (0,84 + р), где Е - ЭДС аккумулятора, V 
 р - приведенная к температуре 5°С плотность электролита, г/см3 

Например: Плотность электролита составляет 1,27 г/см3 

P = 1,27 

12.66 = 6*(0.84+1,27) ЭДС = 12,66 

Расход воды 

Показатель, имеющий непосредственное отношение к степени обслуживаемости батареи. Определяется в лабораторных условиях. Батарея считается необслуживаемой, если она имеет очень низкий расход воды в эксплуатации. Необслуживаемые батареи не требуют доливки дистиллированной воды в течение года и более при условии исправной работы регулятора напряжения. 

На расход воды прямое влияние оказывает процентное содержание сурьмы в свинцовых решетках пластин. Как известно, сурьма добавляется для придания пластинам достаточной механической прочности. Однако у каждой медали есть обратная сторона. 

Содержащаяся в сплаве положительных токоотводов сурьма постепенно, по мере их коррозии, через раствор переходит на поверхность отрицательного электрода. Осаждение большого количества сурьмы на поверхности отрицательной активной массы снижает напряжение на электродах батареи, при котором начинается разложение воды на водород и кислород. В батареях предыдущего поколения содержание сурьмы доходило до 10%, в современных аккумуляторах этот показатель снижен до 1.5 %. 

За последние 20-25 лет, по мере развития технологии и совершенствования оборудования, появилось несколько разновидностей батарей так называемого "необслуживаемого" исполнения. Их основная отличительная особенность - использование сплавов с пониженным содержанием сурьмы или вовсе без нее для производства токоотводов. 

Первоначально такие батареи начали выпускать в США на базе свинцово-кальциевого сплава для токоотводов, положительного и отрицательного электродов. Это снизило газовыделение, что обеспечило эксплуатацию АКБ без доливки воды в течение как минимум двух лет. При этом саморазряд батарей замедлился более чем в 6 раз. Однако, при нескольких глубоких разрядах такие АКБ быстро теряют емкость и их стартерные характеристики резко снижаются, из-за чего они не нашли широкого распространения в Европе и России. 

В это же время в США появились батареи системы "кальций плюс" (гибридные) с содержанием до 1,5-1,8% сурьмы и 1,4-1,6% кадмия в положительном токоотводе и свинцово-кальциевым отрицательным токоотводом. Характеристики этих батарей по расходу воды и саморазряду вдвое лучше, чем у малосурьмяных, но все ещё не такие хорошие, как у свинцово-кальциевых. 

К началу 80-х годов производство необслуживаемых батарей стало быстро развиваться в странах Европы. Но там пошли по пути применения сплавов с пониженным до 2,5-3,0% содержанием сурьмы. В некоторых публикациях такие батареи иногда называют "малообслуживаемыми"; у них расход воды и саморазряд в 2-3 раза выше, чем у батарей с кальциевыми токоотводами. Позже и в Европе появились так называемые гибридные батареи. 

Наконец, в конце 90-х годов и в США, и в Западной Европе началось производство батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с добавкой новых легирующих компонентов, в том числе серебра, которые не боятся глубоких разрядов. Расход воды у этих батарей так мал, что конструкторы убрали из крышек отверстия для доливки воды. 

Кальций в решетке является веществом нейтральным по отношению к воде, не снижая при этом механической прочности решеток. А потому разложения воды не происходит и уровень электролита остается неизменным. 

Долговечность аккумулятора 

Средний срок службы современных аккумуляторных батарей при условии соблюдения правил эксплуатации - а это недопущение глубоких разрядов и перезарядов, в том числе по вине регулятора напряжения - составляет от 2 до 4 лет, однако мы настоятельно рекомендуем менять аккумуляторную батарею не реже одного раза в 2 - 3 года.

Помните, что аккумуляторная батарея - это такой же расходный материал, как и автошины, поэтому аккумулятор необходимо менять раньше, чем он износится до предела.  

Наиболее губительными для батарей являются глубокие разряды. Оставленные на ночь включенными световые приборы, либо другие потребители способны разрядить ее до плотности 1.12 - 1.15 г/см3, т.е. практически до плотности воды, что приводит к главной беде аккумуляторов - сульфатации свинцовых пластин. Пластины покрываются белым налетом, который постепенно кристаллизуется, после чего батарею практически невозможно восстановить. Отсюда вытекает главный вывод - необходимо постоянно следить за состоянием батареи, периодически замерять плотность электролита. Особенно актуально это в зимнее время. Следует отметить, что сульфатация в определенных пределах - явление нормальное и присутствует всегда. (Вспомните - на основе теории двойной сульфатации построен принцип работы батарей). Но при малом разряде и последующей зарядке батарея легко восстанавливается до исходного состояния. Это возможно и при глубоком разряде батареи, но только в том случае, если следом сразу, же последует заряд. Если же разряжать батарею длительное время, не давая ей "подпитки", то падение плотности, ниже критического значения неизбежно приводит к образованию кристаллов сульфата свинца, не вступающих в реакцию ни при каких обстоятельствах. А это означает, что начался необратимый процесс сульфатации. 

Не менее опасен для батареи и перезаряд. Это происходит при неисправном регуляторе напряжения. При этом электролит начинает "кипеть" - происходит разложение воды на кислород и водород, и понижение уровня электролита. Вот почему необходимо следить за зарядным напряжением. Естественно, это не составляет труда, если на панели приборов присутствует вольтметр. Ну а если его нет? В этом случае также можно довольно просто оценить зарядное напряжение. Для этого запустите и прогрейте двигатель, установив средние обороты и подключите тестер (в режиме вольтметра) между "+" и "массой" аккумуляторной батареи. Нормальный зарядный режим батареи обеспечивается в диапазоне 14±0.5V. Если напряжение меньше - стоит проверить натяжение ремня, надежность контактных соединений цепей системы электроснабжения. Если же это не помогает - неисправность нужно искать в регуляторе напряжения. Впрочем, точно также вина ложится на регулятор, если напряжение превышает 14.5V. 

В последнее время широкое распространение получили сепараторы карманного типа - т.н. конвертные сепараторы. Один из аккумуляторных электродов помещают в сепаратор-конверт, который изготовлен из микропористого полиэтиленового материала с низким электросопротивлением. В этом случае замыкание электродов различной полярности, при отсутствии сбоев в работе сборочного оборудования, практически исключено. Такая конструкция увеличивает срок службы батареи, так как осыпающаяся в процессе эксплуатации активная масса остается в конверте, тем самым предотвращается замыкание пластин. 

Рекомендации по эксплуатации 

Батарея, не эксплуатировавшаяся в течение длительного времени (4-5 мес.) нуждается в подзарядке. Связано это с тем, что батареям свойственно такое явление, как саморазряд. В первом случае - это снижение плотности от времени хранения, во втором - падение напряжения. Впрочем, зачастую подзарядки требует и находящаяся в эксплуатации аккумуляторная батарея. Плотность полностью заряженной батареи составляет 1.27- 1.28 г/см3, напряжение - 12.5 V. 
О степени разряженности аккумулятора судят по плотности электролита. Чем ниже плотность электролита, тем сильнее аккумулятор разряжен. Уменьшение плотности на 0.01 г/см3 по сравнению с номинальной означает, что батарея разрядилась примерно на 6 - 8%. Используя график (см. рис.4) можно оценить зависимость степени разряженности батареи от плотности. Степень разряженности определяют по той банке аккумулятора, в которой плотность электролита минимальная. 
Всем известно правило, тем не менее, позволим повторить это правило еще раз – аккумуляторную батарею, разряженную летом более чем на 50%, а зимой разряженную более чем на 25%, необходимо снять с автомобиля и зарядить. При этом следует помнить, что пониженная плотность электролита зимой более опасна, так, как кроме всего прочего низкая плотность электролита может привести к замерзанию электролита. Так, при плотности электролита 1,20 г/см3 температура его замерзания составляет около -20°С. 

Также необходимо подзарядить батарею, если плотность электролита в разных банках отличается более чем на 0,02 г/см3. Оптимальной является зарядка аккумулятора током, равным 0,05 от его ёмкости. Для аккумулятора ёмкостью 55 ампер часов эта величина составляет 2,75 ампера. Чем меньше зарядный ток, тем глубже заряд. Однако не стоит впадать в крайность - при совсем низком токе батарея просто не «закипит», к тому же время зарядки будет несравнимо большим. И наоборот, при очень большом токе электролит в аккумуляторе «закипит» значительно быстрее, но при этом аккумулятор не успеет зарядиться на все 100%. Признаками окончания заряда аккумулятора служит бурное выделение газа (т.н. "кипение") и неизменяющаяся на протяжении 1-2 часов плотность электролита. 

Для ориентировочной оценки времени, требуемого на зарядку батареи, можно воспользоваться следующим алгоритмом. Первоначально, необходимо определить степень разряженности аккумулятора, исходя из реальной плотности АКБ, замеренной ареометром. Далее по степени разряженности определяем потерянную ёмкость (или ёмкость, которую необходимо принять батарее). Затем, выбрав величину зарядного тока, вычисляем ориентировочное время зарядки по формуле: 

T=2xC3/I3 

где T - время зарядки 
      С - требуемая емкость 
       I - ток зарядки

 Тут следует отметить, что не вся энергия идет на повышение ёмкости. КПД процесса составляет 40-50%, остальное тратится на нагрев, а также связанные с этим электрохимические процессы. Потому реальное время увеличивается примерно вдвое от расчетного (что и учитывается коэффициентом "2" в формуле). 

Нужно сказать, что использование данного алгоритма оправдано лишь для облегчения процедуры, но, ни в коей мере не избавляет вас от контроля за ходом заряда аккумулятора. Процесс заряда, а особенно его окончание Вам необходимо контролировать самому, что бы не пропустить начало бурного «кипения». 

Другой вариант - использование для этих целей автоматических зарядных устройств, отличающихся тем, что зарядка идет при постоянном напряжении, но автоматически изменяющемся в зависимости от степени заряженности батареи токе. При этом зарядное устройство перестает давать ток, если батарея полностью заряжена. Принцип, используемый в подобных устройствах аналогичен зарядке от генератора на автомобиле. 

Для примера определим время зарядки батареи ёмкостью 55 Ач током в 5А, плотность которой составляет 1.25 г/см3. При данной плотности батарея разряжена на 25%, что означает потерю ёмкости на величину 

55A/h x 25% / 100% = 14A/h 

Таким образом, примерное время зарядки

T = 2 x 14 A/h / 5 A = 5.6 часа

Оптимальным же способом зарядки батареи, и это подтверждают результаты проводимых испытаний, является ее заряд от бортовой сети автомобиля (естественно, при условии исправности последней). При данном способе, во первых, невозможен перезаряд, а во-вторых, происходит постоянное перемешивание электролита и наиболее полное его проникновение во внутренние слои активной массы. 

Однако было бы ошибочным полагать, что заряд батареи начинается сразу же после пуска двигателя и продолжается все время, пока двигатель в работе. Исследования показывают, что батарея начинает принимать заряд только после прогрева электролита до положительной температуры, что при эксплуатации в зимних условиях происходит примерно через час после начала движения. Именно этим и опасен довольно распространенный, по крайней мере, в нашем автомобильном городе, способ эксплуатации транспортных средств. Холодный запуск зимой с получасовым движением до работы, и затем редкие непродолжительные поездки на протяжении рабочего дня не дают прогреться электролиту и, следовательно, зарядиться Вашей батарее. Тем самым разряженность АКБ увеличивается изо дня в день и в итоге может привести к печальному результату.

Физические процессы, происходящие при пуске двигателя, отличаются от процессов при разряде батареи потребителями. При пуске участвует не весь объем активной массы и электролита, а лишь та ее часть, которая находится на поверхности пластин и соприкасающийся с поверхностью пластин электролит. Поэтому, после неудачной попытки запустить двигатель, следует подождать некоторое время для того, чтобы электролит перемешался, плотность его выровнялась, он проник в поры активной массы. Нормальный запуск двигателя при однократном вращении стартера в течение 10с забирает ёмкость 300А х 10с = 3000 Ас = 0.83 Ач, что составляет около 1.5% от ёмкости аккумулятора.

При медленном же разряде участвуют не только поверхностные слои активной массы, но и глубинные, потому и разряд происходит более глубокий. Однако это не означает, что стартерные режимы не так губительны для батареи - стартером точно также можно разрядить батарею до критической величины. 

Каковы же признаки выхода из строя батареи? Батарея не заряжается, плотность низкая и не повышается в процессе заряда. Большой саморазряд - батарея зарядилась, но не держит заряд. Можно попытаться потренировать батарею, однако если произошло осыпание активной массы пластин, либо кристаллизация сульфата свинца, то это уже не исправить. 

Вообще, освоить способ оценки степени возможной разрядки батареи от каких-либо действий (в том числе и осознанных) не составит большого труда. Необходимо усвоить несколько истин и запомнить несколько цифр. 

1. Батарея начинает принимать заряд лишь только после прогрева электролита до положительной температуры (как вы понимаете, при температуре воздуха -20°С температура электролита в батарее хранящегося на свежем воздухе автомобиля будет примерно такой же.) 
2. Коэффициент полезного действия процесса зарядки составляет примерно 50%. 
3. Каждый автомобильный генератор характеризуется следующими показателями: o ток отдачи генератора при работе двигателя на холостом ходу. o ток отдачи генератора при работе двигателя на номинальных оборотах. 

Для ВАЗовских автомобилей эти цифры имеют следующие значения: 

Модель автомобиля	2101-2106	2108-2109, 1111	2110
ток отдачи на холостом ходу	16	24	35
ток отдачи на номинальных оборотах	42	55	80

Как видно из таблицы, на последних моделях автомобилей Волжского автозавода устанавливаются генераторы, имеющие характеристики тока отдачи, в два раза превосходящие по величине характеристики генераторов первых моделей. 

И наконец, примерное потребление энергии автомобильными потребителями: 

потребитель	ток в амперах
зажигание	2
габариты	4
ближний свет	9
дальний свет	10
обогрев заднего стекла	10-11
вентилятор отопителя	5-11
стеклоочистители	3-5
аудиосистема	5
ИТОГО	38-48

 Таким образом, оставленные включенными габариты за три часа "съедят" 4А х 3ч= 12 Ач ёмкости батареи, что соответствует разряду приблизительно на 20%. Это не страшно для одного раза. Однако повторив это ещё раз, Вы уже рискуете не завести свою машину, особенно, если дело происходит зимой, т.к. разряд составит порядка 40% (тем более, что к тому же зимой батареи, как правило, эксплуатируются заряженными далеко не на 100%). 

Аналогично можно прикинуть, что Вы имеете при продолжительной работе двигателя на холостом ходу. Как уже показано выше, ток отдачи генератора автомобиля ВАЗ-2108 на холостом ходу составляет 24А. Вычитаем из этой величины 2А, необходимые для обслуживания системы зажигания. Остается 22А. Используя таблицу 2, нетрудно прикинуть, что можно включать с тем, чтобы хоть немного досталось бы и аккумулятору (при этом помните про КПД зарядки, составляющий 50%). 

Для владельцев иномарок с автоматической коробкой передач картина ещё более сложная. Обычно, стоя в пробке или на светофоре, Вы не переключаетесь на нейтральную передачу, а давите ногой на тормоз. Это понижает обороты двигателя от стандартных 800-900 об./мин. до 600-700 об./мин., что, соответственно понизит ток, выдаваемый генератором, а стоп-сигналы добавят ещё пару ампер потребления тока. Да и обогрев заднего стекла, к примеру у немецких автомобилей, например, существенно мощнее, чем у отечественных автомобилей. 

Следует знать, что зимние условия эксплуатации автомобиля в принципе очень тяжелы для аккумуляторной батареи. Наверняка будут полезны следующие данные. Результаты проводимых независимых исследований говорят о том, что при эксплуатации автомобиля в очень тяжелых условиях (испытания по так называемому режиму "город-зима-ночь") аккумулятор получает порядка 1Ач в час 

Терминология 

Аккумуляторная батарея - один из основных элементов электрооборудования автомобиля, поскольку она накапливает и хранит электроэнергию, обеспечивает запуск двигателя в различных климатических условиях, а также питает электроприборы при неработающем двигателе. 

Автомобильные свинцово-кислотные 12-вольтовые АКБ состоят из 6-ти последовательно соединенных элементов (банок), объединенных в общий корпус. Каждая банка имеет газоотвод, конструкции которого могут сущес

Примечание

---

Рейтинг: Нет оценки

--Голосовать-- 0 1 2 3 4 5

Комментарии

Отсутствуют

Комментировать

У вас нет полномочий для комментирования. Пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте также в нашем каталоге: