АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ
(по материалам из разных источников)
О батареях
Чистый свинец, из которого первоначально делались пластины
АКБ, практически непригоден при современной поточной технологии изготовления
аккумуляторов. Для изготовления решетчатой структуры (обычно литьем) и
последующего нанесения пасты нужен материал с более высокими механическими
свойствами. Для их достижения в свинец добавляли сурьму.
Легирование свинца сурьмой, обычно от 6 до 12 %, приводит к
тому, что гидролиз воды (электролитическое разложение на водород и кислород)
происходит уже при 12 вольтах. Это означает, что даже при нормальном состоянии
электрической системы автомобиля вода постоянно расходуется, улетучиваясь в
воздух в виде газа.
Если количество сурьмы свести к минимуму или заменить ее
другим элементом, то аккумулятор можно сделать практически необслуживаемым.
Американцы из фирм Delco Remy и GNB в 50-е годы реализовали так называемый
кальциевый свинец, а европейцы - малосурьмянистый (Baren, Varta, Bosch).
Полученные в результате конструкции обеспечивали стойкость к гидролизу при
напряжениях до 16 В и выше, а значит при нормально работающей электросистеме
(напряжение в пределах 14 В) вода практически не испаряется и аккумулятор можно
сделать герметично закрытым на все время его эксплуатации.
Таким образом, сегодня различают четыре основных
разновидности аккумуляторов - "классические" обслуживаемые
(сурьмянистый свинец), малосурьмянистые, кальциевые и гибридные
(комбинированные). В последних отрицательные пластины делают из кальциевого
свинца, а положительные из малосурьмянистого (“Calcium plus”). Такой выбор не
случаен. При всех достоинствах кальциевых аккумуляторов, при длительной
глубокой разрядке их положительные пластины покрываются сульфатом кальция,
блокирующего электрохимические реакции. Этот процесс, в отличие от образования
знаменитого сульфата свинца, необратим.
Аккумуляторы одинаково боятся перезаряда и глубокой
разрядки. В первом случае происходит интенсивное окисление, разрушение и
осыпание материала положительных пластин, а во втором начинается оплывание
пасты с отрицательных решеток. Перезаряд может наступить как на работающем
автомобиле в случае неисправности электросистемы, так и при стационарной
зарядке аккумулятора, когда вы отвлеклись, забыли, в общем прозевали момент,
когда он начал бурлить, интенсивно разлагая воду. Кальциевые и гибридные
аккумуляторы в гораздо меньшей степени подвержены этой угрозе потому, что
состав их свинца обеспечивает свойства своеобразной
"самовыключаемости" - они перестают принимать ток, когда заряжены на
95-97 %%.
Чтобы аккумулятор не взорвался, сбоку или сверху пробок
должна быть система для выхода газов. В самых простых (и самых дешевых)
аккумуляторах делают просто маленькое отверстие, которое быстро может
забиваться грязью. В более дорогих батареях пробки изготавливаются наподобие
клапана, не дающего электролиту выплескиваться, с полостью для конденсации
паров. Лучше всего, если пробки не имеют отверстий, а в крышке батареи есть
система полостей для конденсации воды, а также единый газоотводный канал, как в
необслуживаемых аккумуляторах.
Необслуживаемые АКБ требуют долива воды не чаще одного раза
в год при условии использования их на автомобилях с исправным
электрооборудованием и среднегодовым пробегом 15-20 тыс. км. Встречаются конструкции,
исключающие всякое вмешательство на всем протяжении срока службы, но они
особенно критичны к состоянию автомобильного электрооборудования.
Большинство необслуживаемых батарей выпускаются
заводами-изготовителями, залитыми электролитом. Так как эти батареи имеют
значительно меньший саморазряд, они могут храниться от 6 месяцев до 1 года без
подзаряда. Саморазряд новых необслуживаемых батарей за 12 месяцев может
составить до 50% от номинальной емкости.
Покупка
Первое и, пожалуй, главное: на аккумуляторе обязательно
должны быть указаны страна-изготовитель и выпускающий завод, лучше если с
адресом. Второе -- должна быть указана дата изготовления, что очень важно, если
аккумулятор залитый. К каждой батарее должен прилагаться технический паспорт, а
вот наличие инструкции необязательно. Это связано с тем, что на Западе
аккумуляторы почти не продают в розницу, их устанавливают специалисты на
сервисных станциях. Третье -- качественный аккумулятор немыслим без
качественного корпуса, хороших пробок и гладких выводных клемм, нередко
смазанных технической защитной смазкой от окисления и накрытых сверху цветными
пластмассовыми колпачками.
Не спешите отдать деньги! Вы вправе требовать проверки
аккумулятора. Напряжение на клеммах должно быть не менее 12,5 вольт. Плотность
во всех 6-ти банках не менее 1,25 г/смз (лучше 1.27) и одинаковой во всех
банках. Если же замер плотности в магазине связан с определенными трудностями,
можно ограничиться измерением напряжения вольтметром. Оно должно быть не ниже
12.5 вольт.
При имитации стартерного разряда нагрузочной вилкой (ток
около 160 А) напряжение батареи на протяжении 5-8 с должно оставаться в
пределах 10,5-11,0 вольт.
Маркировка аккумулятора должна иметь ссылку на стандарт
(DIN, SAE, En или другие). В маркировке по стандарту SAE не указывается
значение емкости в ампер-часах (Ач). Указание емкости в Ач в стандарте SAE -
косвенный признак подделки.
Пересчет значения тока стартерного разряда по европейскому
стандарту DIN в ток холодной прокрутки по американскому стандарту SAE может
производиться с помощью экспериментальных коэффициентов. Для батарей емкостью
до 90 Ач используется коэффициент 1,7, т. е. SAE = 1,7 DIN. Для батарей
емкостью от 90 до 200 Ач используется коэффициент 1,6, т. е. SAE = 1,6 DIN.
Большинство фирм-изготовителей кодирует дату выпуска АКБ.
Современные необслуживаемые батареи допускают достаточно длительное хранение
без существенной потери своих потребительских свойств, поэтому дата
изготовления менее актуальна. Предпочтительнее приобретать залитый качественным
заводским электролитом аккумулятор. Он готов к работе, легко поддается
проверке. Не залитый сухозаряженный аккумулятор требует дополнительного времени
и затрат на подготовку к эксплуатации.
В большинстве стран Европы аккумуляторы маркируются
пятизначным номером по стандарту DIN (в Великобритании принята трехзначная
кодировка). Этот стандарт дает, в частности, удобный способ определения
ампер-часовой характеристики. Если вычесть 500 из первых трех цифр номера, то
вы получите искомое значение. Например, номер 54532 означает, что это
аккумулятор емкостью 45 Ah.
Установка
Перед установкой батареи обязательно полностью удалите с нее
полиэтиленовую пленку. Газоотводные отверстия должны быть открытыми. Обратите
внимание на правильность подключения. Клеммы АКБ рекомендуется зачистить и
после закрепления смазать либо смазкой WD-40. При небрежном обращении с
выводами батареи между ними и гнездами крышки могут появиться зазоры, через
которые электролит попадает на контактные поверхности, что ускоряет окисление.
Старайтесь не допускать возникновения подобных зазоров, а если уж они
появились, то попробуйте замазать их эпоксидным, ацетатным или силикатным
клеем. После соединения зачищенных наконечников проводов с выводами батареи и те,
и другие лучше покрыть защитной пленкой из смазки ПВК, защитными
водовытесняющими составами типа "Унисма", WD-40. Можно покрыть
полюсные выводы Литолом-24, моторным маслом или мовилем, обработанные ими
контактные поверхности долго не окисляются.
Методы заряда АКБ
Метод заряда током постоянной
силы. Полный заряд АКБ происходит при подключении ее к источнику
тока постоянной силы с напряжением до 16,2 В. Сила тока при 20-часовом заряде
берется равной 1/20 Ср, а при 10-часовом - 1/10 Ср (где Ср - номинальная
емкость АКБ) Преимуществом заряда током постоянной силы является возможность
полного заряда батареи. 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. Наоборот, при очень большом токе батарея
"закипит" значительно быстрее, но при этом не успеет зарядиться на
все 100%
К недостаткам данного метода относятся:
необходимость стабилизации силы тока, обильное газовыделение, возможность
повышения температуры. Для снижения указанных отрицательных эффектов применяют
двухступенчатый режим заряда. В течение 1-й ступени производят заряд током 0,1Ср
до достижения АКБ напряжения 14,4 В. Затем продолжают заряд током, уменьшенным
в 2 раза.
Метод заряда при постоянном
напряжении. Данным методом можно зарядить АКБ до 90-95%
номинальной емкости Недостаток метода - значительный нагрев батареи из-за большой
силы тока в начале заряда.
Напряжение источника, к которому
подключена АКБ, выдерживается постоянным. В зависимости от величины напряжения
ток может достигать в начале процесса значительной силы, а затем по мере заряда
снижается до нуля Обычно напряжение источника равно 14,4-15 В.
Есть и неклассические способы.
Форсированный метод заряда. Этот
метод применяют для быстрого восстановления работоспособности сильно
разряженной батареи. Рекомендуемый режим заряда:
|
Сила
зарядного тока, А |
Время
заряда, мин |
|
0,7Ср |
30 |
|
0,5Ср |
45 |
|
0,3Ср |
90 |
При повышении температуры заряд
прекращают. Недостаток - сокращение срока службы аккумулятора.
Метод подзаряда малым током. Величина
тока от 0,03 А до 0,5 А. Используется для компенсации тока саморазряда и
поддержания АКБ в заряженном состоянии, также для восстановления ее емкости в
тренировочном цикле.
Автоматический метод заряда. Современный,
оптимальный метод заряда батарей, состоящий из двух этапов. На первом этапе
производится заряд АКБ током постоянной силы 0,1Ср, после того как напряжение
АКБ возрастет и достигнет 14,4-14,8 В (напряжения ограничения), дальнейшая
подзарядка происходит при постоянном напряжении с автоматически уменьшающимся
током. Этот метод исключает отрицательные эффекты, присущие вышеперечисленным
способам. Он обеспечивает автоматическое поддержание оптимальной скорости
заряда, не допуская опасного для батареи перенапряжения, приводящего к
обильному газовыделению и кипению электролита. При правильно выбранном
напряжении величина силы тока уменьшается до значения, компенсирующего
саморазряд АКБ. В этой стадии режим может длиться неограниченно долго,
поддерживая постоянную готовность АКБ при ее 100-процентной степени
заряженности. За счет автоматического управления всем процессом данный метод не
требует какого-либо контроля.
К главной и наиболее важной для
потребителя тенденции относится построение ЗУ с двухступенчатой процедурой
заряда, предусматривающей на первом этапе заряд АКБ током постоянной силы, а на
втором - заряд при постоянном напряжении. Такие устройства не нуждаются в
контроле над процессом. В лучших из ЗУ внедрен и третий этап - режим хранения,
при котором напряжение на АКБ снижается до 13,5-13,7 В (оптимальном для
длительного хранения) и автоматически устанавливается ток, компенсирующий
саморазряд, что позволяет вообще не заботиться о процедуре заряда и хранения.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Необслуживаемые батареи следует
заряжать только от ЗУ, имеющих ограничение (стабилизацию) зарядного напряжения
14,5-14,8 В.
Современные ЗУ «Сонар», «Кулон» и
им подобные, обеспечивают двух-трех-ступенчатый цикл заряда АКБ. В начале
зарядки устанавливается ток около 5А, который будет автоматически снижаться по
мере зарядки аккумуляторной батареи, исключая "кипение" электролита
(режим поддержания постоянного тока). При полной зарядке аккумуляторной батареи
устройство переключается в режим поддержания постоянного напряжения. В
этом случае зарядный ток установится равным току собственных потерь
аккумуляторной батареи. В этом режиме аккумуляторная батарея может храниться
сколь угодно долго, ее можно оставить включенной на зарядку и не беспокоиться о
том, что она перезарядится, даже если вы о ней забыли. Конечно, при условии,
что ЗУ исправно, иначе и до пожара недалеко.
Наиболее же оптимальным 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.
Конкретные требования по режиму заряда, эксплуатации и
обслуживанию должны быть изложены в инструкции или гарантийном талоне,
прилагаемом к батареям.
Эксплуатация и обслуживание
Обслуживание АКБ в процессе эксплуатации сводится к проверке
и приведению в соответствие с требованиями: уровня и плотности электролита;
чистоты и надежности крепления электрических соединений батареи с корпусом
автомобиля, параметров электрооборудования, крепления батареи. Необходимо также
следить за правильным натяжением ремня генератора, очищать и смазывать выводы и
клеммы, содержать батарею в чистоте. Протирайте верхнюю поверхность водным
раствором питьевой соды.
При небрежном обращении с выводами батареи между ними и
гнездами крышки могут появиться зазоры, через которые электролит попадает на
контактные поверхности, что ускоряет окисление. Старайтесь не допускать
возникновения подобных зазоров, а если уж они появились, то попробуйте замазать
их эпоксидным, ацетатным или силикатным клеем. После соединения зачищенных
наконечников проводов с выводами батареи и те, и другие лучше покрыть защитной
пленкой из смазки ПВК, защитными водовытесняющими составами типа
"Унисма", WD-40. Можно покрыть полюсные выводы моторным маслом или
мовилем, обработанные ими контактные поверхности долго не окисляются.
Для доведения уровня электролита до нормы недопустимо
использовать электролит. В аккумуляторную батарею доливают только
дистиллированную воду.
Опрокидывание аккумуляторной батареи и слив электролита
приведут к замыканию пластин и выходу ее из строя.
В аккумуляторной батарее плотность электролита во всех
ячейках должна быть одинаковой. Максимально допустимое отклонение высшего и
низшего значения плотности в ячейках ± 0,03 кг/дм3.
Если плотность электролита при 27°C меньше или равна 1,24
кг/дм3, то батарею необходимо зарядить согласно инструкции по эксплуатации и
через час после подзаряда снова проверить плотность электролита!
Следует отметить, что сульфатация пластин АКБ в определенных
пределах - явление нормальное и присутствует всегда. (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. При этом электролит
начинает "кипеть" - происходит разложение воды на кислород и водород
и понижение уровня электролита.
Вот почему необходимо следить за зарядным напряжением.
Нормальный зарядный режим батареи обеспечивается в диапазоне 14±0.5В. Если
напряжение меньше - стоит проверить натяжение ремня, надежность контактных
соединений цепей системы электроснабжения. Если же это не помогает -
неисправность нужно искать в регуляторе напряжения. Точно также вина ложится на
регулятор, если напряжение превышает 14.5В. Если цвет кислоты интенсивно
коричневый, подзарядка сопровождается значительным “выкипанием” электролита -
проверьте реле-регулятор.
А что же нужно предпринять, чтобы продлить жизнь новой АКБ
до 4...5 лет?
В первую очередь, следует залить электролит, точно
соответствующий не только климатической зоне, но и сезону эксплуатации (в
средней полосе России АКБ не требуют корректировки плотности электролита при
смене сезонов).
На срок службы АКБ значительно влияет средняя степень
заряженности, которая зависит от исправности реле-регулятора. Необходимо, чтобы
эта величина поддерживалась не ниже 75%. Установлено, что отклонение
регулируемого напряжения на 10...12% вверх или вниз от оптимального сокращает
срок службы батареи в 2...2,5 раза. Отрегулируйте реле-регулятор, чтобы
напряжение было в пределах 13,8...14,4 В. Это одно из важнейших условий.
Систематический недозаряд АКБ
ведет к снижению ее срока службы. Таким образом, уменьшение степени
заряженности аккумулятора рано или поздно заставляет прибегать к необходимости
восстановления ее заряда. Делать это необходимо, по крайней мере, 1-2 раза в
год (а то и чаще, если АКБ преклонного возраста).
Простейшая проверка заключается в
измерении напряжения АКБ при неработающем двигателе и измерении плотности
электролита. При этом можно руководствоваться следующей таблицей.
|
Состояние
АКБ |
Плотность
электролита, г/см3 |
Напряжение,
В |
|
Полностью
заряжена |
1,27-1,29 |
12,3-12,9 |
|
Заряжена
на 70% |
1,23-1,25 |
12,0-12,1 |
|
Заряжена
на 50% |
1,16-1,18 |
11,8-12,0 |
|
Разряжена |
1,11-1,13 |
- |
Наиболее информативная - проверка
нагрузочной вилкой. Например, при токе 100 А в течение 5-7 секунд напряжение не
должно быть ниже 10,5 В.
Отрегулируйте двигатель так, чтобы он легко заводился с
пол-оборота. Это предохранит АКБ от глубокого разряда. Сокращение времени
работы стартера вдвое при шести-восьми ежедневных пусках повышает срок службы
аккумуляторной батареи приблизительно в 1,5 раза.
Никогда не позволяйте снизиться уровню электролита в банках
ниже требуемого. Несвоевременная доливка в аккумуляторы дистиллированной воды
может снизить срок службы батареи на 30%.
Кроме этого, специалисты советуют при наличии зарядного
устройства при любой возможности (например, на ночь) ставить аккумуляторную
батарею на подзарядку малым током -- около 1...2 А (для этого удобно
использовать те же ЗУ «Сонар», «Кулон» и им подобные). При этом можно не снимать АКБ с
автомобиля. Только эта операция, если ее проделывать регулярно, не реже одного
раза в месяц, увеличивает срок службы батареи по крайней мере на год.
Уровень электролита
Очистив батарею, вымойте и вытрите насухо ее боковые стенки
и дно. Это продлит срок службы кронштейна, на котором она устанавливается, и
расположенных по соседству металлических деталей. Еще лучше защитить кронштейн
от попадания на него электролита полоской резины или хлорвиниловой изолентой.
После очистки наружной поверхности обслуживаемых аккумуляторов нужно проверять
уровень электролита. Это нетрудно сделать стеклянной трубкой с внутренним
диаметром 3-5 мм. Трубку нужно опустить в заливное отверстие аккумулятора до
упора в предохранительную сетку, зажать пальцем верхнее ее отверстие и
аккуратно извлечь. Высота столбика электролита, оставшегося в нижней части
трубки, должна быть в пределах 10-15 мм. Если уровень электролита меньше нормы,
в аккумулятор нужно долить дистиллированную воду. Доливать водопроводную
нельзя, так как она содержит соли и органические вещества, вызывающие быстрое
разрушение пластин и ускоренный саморазряд батареи. Если дистиллированной воды
нет, то можно использовать дождевую воду: ее нужно собрать в стеклянную посуду
и перед заливкой прокипятить.
Зима
При изменении температуры от +25
до -40°С вязкость электролита увеличивается в 13 раз, а электропроводность
уменьшается примерно в 7 раз. При низких температурах по ряду причин
(увеличение момента сопротивления двигателя, вязкости смазочных масел,
ухудшение воспламенения топлива и т.п.) мощность, потребляемая пусковой
системой, возрастает в 2-3 раза, а время пуска в 10-20 раз. В то же время отдача
аккумуляторных батарей по энергии с понижением температуры снижается в 3-4 раза
и более. При этом температура электролита АКБ может достигать таких значений,
при которых батареи не могут обеспечить стартерный пуск двигателя. Кроме того,
при температурах электролита батареи ниже -20...-25°С, резко снижается
интенсивность заряда от генератора при допустимых значениях регулируемого
напряжения.
Аккумулятор обладает 100% эффективностью при 27°C. При -18°C
эффективность того же аккумулятора падает до 40%. Теперь для того, чтобы
запустить двигатель, необходимо иметь более чем в два раза больше энергии, чем
это было необходимо при 27°C.
ПОМНИТЕ: Плотность электролита приведена к +15°C. При
измерении на морозе надо вычесть из показаний ареометра 0,01 г/см3 на каждые
15°C (к примеру 0,03 при -30°C)
Как побыстрее и наименее безболезненно для аккумулятора
запустить двигатель на морозе?
Сначала -- очевидное. Своевременно замените масло на зимнее.
Второе -- свечи. На зиму лучше установить новые. Если свечи все же старые --
установите в них необходимый зазор, который постоянно увеличивается из-за
обгорания электродов. В крайнем случае, если двигатель не пускается, зазор
можно установить меньше рекомендуемого, но в этом случае электроды будут
обгорать еще быстрее.
В сильные морозы, перед тем как включить стартер,
"разогрейте" аккумулятор -- включите на пару минут дальний свет. И не
пытайтесь завести двигатель сразу. Сначала несколькими короткими включениями
стартера погоняйте поршни в цилиндрах, чтобы слегка разогнать загустевшее
масло. А уже после этого попытайтесь его запустить.
Если двигатель не запустился с первой попытки, не выключайте
сразу же стартер. Самый оптимальный режим пуска двигателя -- серия
10-15-секундных попыток с трехминутными перерывами.
Хранение
Хранить полностью заряженную батарею целесообразно
при низкой температуре, так как внутренний саморазряд при этом резко снижается.
Перед длительной зимней стоянкой также обслужите батарею, но
не храните ее в теплом помещении, а оставьте на автомобиле со снятыми клеммами
(чем ниже температура, тем меньше скорость ее саморазряда).
Недопустимо оставлять на морозе разряженную батарею.
Электролит низкой плотности замерзнет, и кристаллы льда приведут ее в
негодность. Плотность электролита разряженного аккумулятора может снизиться до
1,09 г/смз, что приведет к его замерзанию уже при минус 7°C. Для сравнения -
электролит плотностью 1,28 г/смз замерзает при минус 65°C.
