Характеристики автомобильных аккумуляторов

Без аккумулятора автомобиль превращается в бесполезную недвижимость — лишь редкие современные машины допускается заводить с толчка. Аккумулятор служит источником питания не только для стартера, но и для многочисленных электронных устройств, отвечающих за безопасность либо комфортабельность транспортного средства. Именно поэтому к подбору батареи стоит относиться очень серьёзно — неподходящее устройство может стать причиной отказа автомобиля в неподходящий момент либо даже его повреждения. Чтобы не допускать подобных ошибок, стоит внимательно рассмотреть основные характеристики аккумулятора для автомобиля.

Совместимость

Современные аккумуляторы максимально унифицированы, что позволяет облегчить их выбор, но между батареями всё же имеется немало различий. Главной отличительной чертой аккумулятора является его номинальное напряжение. Выделяют три основных вида батарей:

• 6 Вольт — для мопедов, багги, некоторых квадроциклов и прочей лёгкой техники;
• 12 Вольт — все легковые автомобили, большинство мотоциклов и квадроциклов;
• 24 Вольт — тяжёлые дизельные грузовики, спецтехника.

Конечно, существуют и нестандартные аккумуляторы, однако ими комплектуется только техника, изготовленная в единичном экземпляре.

Большинство современных батарей по-прежнему имеет классическую свинцово-кислотную компоновку. Её нельзя назвать наиболее эффективной, однако такая технология позволяет достичь оптимального баланса между характеристиками аккумулятора и его стоимостью. В последнее время начали набирать популярность гелевые батареи. Принцип их действия аналогичен, однако такие аккумуляторы содержат очень густой электролит, который не допускает выхода газов наружу — это позволяет улучшить характеристики устройства и сделать его максимально безопасным. Существуют батареи, созданные с применением никель-металлгидридной технологии и литиевые аккумуляторы (литий-ионные, литий-полимерные, литий-фосфатные) — обычно они предназначаются для гибридных транспортных средств и несовместимы с электросетью обычного автомобиля.

При покупке аккумулятора необходимо обращать внимание на его клеммы, которые различаются по толщине и полярности. В отечественных и европейских автомобилях применяется прямая полярность батарей, что предполагает расположение плюсовой клеммы справа. Японские и некоторые американские автомобили требуют установки батарей с обратной полярностью — теоретически, можно использовать и другой аккумулятор, но для этого понадобится существенно удлинить провода. Толщина клемм может соответствовать двум стандартам — наиболее распространён европейский, которому соответствует диаметр 19,5 мм у контакта «+» и 17,9 мм у «-». Альтернативой ему служит азиатский стандарт, у которого диаметр клемм равен 12,7 и 11,1 мм соответственно.

Нельзя забывать о наружных габаритах батареи, например, в лёгких грузовиках могут использоваться 12-вольтовые приспособления с крупным корпусом, которые точно не подойдут для установки на легковушку. Покупателю рекомендуется обращать внимание и на тип крепления аккумулятора, который может быть верхним либо нижним. Закрепить батарею можно и с помощью самодельного фиксатора, но никто не даст гарантию надёжности электросистемы в этом случае. Чтобы не допустить ошибки при покупке, лучше перепишите всю информацию со старого аккумулятора либо возьмите с собой инструкцию по эксплуатации транспортного средства. Продавец поможет вам разобраться в условных обозначениях и подберёт подходящую батарею.

Электротехнические параметры

Главной характеристикой любого аккумулятора — в том числе и не автомобильного, является его ёмкость, которая измеряется в Ампер-часах (Ач). Подбор оптимальной батареи в этом случае осуществляется по рекомендациям производителя — в инструкции по эксплуатации транспорта должна указываться минимально допустимая ёмкость для гарантированного запуска мотора. Специалисты дают следующие рекомендации по выбору аккумуляторов:

• До 40 Ач — малолитражные легковые авто, использующиеся в тёплом климате;
• До 60 Ач — бензиновые авто в умеренном климате;
• До 80 Ач — бензиновые и некоторые дизельные авто в холодном климате;
• До 100 Ач — любые бензиновые и дизельные легковые машины;
• Свыше 100 Ач — коммерческая и специальная техника.

Покупать батарею чрезмерно большой ёмкости не рекомендуется, поскольку генератор не будет успевать подзаряжать её и со временем произойдёт накопление серы в ячейках. В условиях суровой зимы неполная зарядка мощного аккумулятора способна уменьшить срок его службы почти вдвое.

Перед покупкой следует внимательно изучить характеристики аккумулятора

Очень большое значение имеет ток холодной прокрутки — он показывает, какой будет отдача аккумулятора при попытке завести автомобиль после ночи, проведённой под открытым небом на морозе. Существует два стандарта измерения этого показателя, которые отличаются базовыми условиями — DIN и EN. Продавцы иногда идут на махинации, пытаясь выдать ток по EN за DIN и привлечь клиента завышенными характеристиками аккумулятора — чтобы избежать этого, нужно самостоятельно взглянуть на изделие и найти соответствующие буквы после обозначения тока холодной прокрутки. Нормальным значением согласно DIN является ток выше 250 А, в соответствии с EN — 420 А и выше.

Рассматривая характеристики автомобильного аккумулятора, обязательно обратите внимание на резервную ёмкость такого компонента. В отличие от основного параметра, она измеряется не в Ампер-часах, а минутах, в течение которых батарея сможет работать без подзарядки с нагрузкой в 25 А. Такой стандарт измерения соответствует ситуации, в которой генератор выходит из строя холодной зимней ночью. Показатель позволяет узнать, хватит ли заряда, чтобы доехать домой либо до СТО с включёнными фарами, обогревом салона и всеми электронными системами. Резервная ёмкость батареи должна превышать 40 минут — оптимальным вариантом считаются модели с показателем, составляющим 60–120 минут непрерывной автономной работы автомобиля.

Технологии

Наибольшее распространение на территории России получили обслуживаемые аккумуляторы, которые требуют регулярного долива дистиллированной воды для поддержания свойств электролита. Главное преимущество подобной технологии — невысокая себестоимость изделия, а также его превосходная надёжность. Обслуживаемый аккумулятор не боится глубокого разряда и может быть восстановлен после длительного хранения автомобиля под открытым небом на морозе. Очень популярная модификация таких батарей — малообслуживаемые устройства, которые требуют восполнения запаса дистиллированной воды примерно один раз в год против 2–3 раз у обычных обслуживаемых аккумуляторов. Такие приспособления имеют увеличенный срок эксплуатации и большую морозостойкость.

Однако в последнее время на российский рынок вышли необслуживаемые батареи, которые вовсе не требуют долива электролита и могут работать без вмешательства человека в течение всего срока годности. Жидкость в их банках может быть впитана в специальный стекловолоконный наполнитель, который препятствует её испарению. Кроме того, недавно были разработаны и гелевые аккумуляторы, технические характеристики которых также позволяют называть их необслуживаемыми. Благодаря добавлению кремния в электролит, он превращается в густой гель, не испаряющийся и не меняющий своего объёма даже под воздействием сильного нагрева. Гелевые аккумуляторы считаются наиболее безопасными — благодаря полному отсутствию газообразования их можно хранить даже в жилых помещениях.

Поскольку свинец достаточно плохо переносит длительное пребывание в агрессивной среде, которую представляет собой электролит на базе серной кислоты, его необходимо легировать для получения требуемых параметров надёжности. Чаще всего используется сурьма, которая делает батарею намного более устойчивой к таким воздействиям, как нагрев и переохлаждение. Однако аккумуляторы с большим количеством сурьмы имеют достаточно серьёзный недостаток, который представлен закипанием электролита при значительных отклонениях электротехнических параметров от нормы. Чтобы устранить этот недостаток, были разработаны батареи с другими легирующими веществами — наибольшую популярность получил кальций.

Кальциевые батареи очень надёжны и долговечны, а также практически не подвержены разрушению при воздействии на них ударных нагрузок и вибраций. Образующийся при контакте с серной кислотой сульфат кальция покрывает свинцовые пластины аккумулятора, защищая их от коррозии и чрезмерного перегрева при перезарядке. Как результат, устройства кальциевого типа выдерживают скачки напряжения в пределах 25% без существенных повреждений. Казалось бы, кальциевые батареи, эффективные и недорогие в производстве, должны полностью вытеснить с рынка устройства другого типа. Однако стоит обратить внимание на значительные недостатки таких аккумуляторов:

• Потеря половины ёмкости при первом глубоком разряде без возможности её последующего восстановления;
• После потери 70% ёмкости существует вероятность полного выхода из строя батареи — это может произойти, если автомобиль долгое время будет стоять с включённым электрооборудованием;
• Кальциевые устройства запрещается использовать в автомобилях с неисправным электрооборудованием — это гарантированно нарушает их нормальную работу;
• При температуре ниже -30 градусов хранить кальциевый аккумулятор лучше в тёплом помещении — иначе гарантию его исправности получить не удастся;
• Для перезарядки такого приспособления потребуется дорогостоящее зарядное устройство с электронным управлением.

Чтобы избавиться от недостатков кальциевых и сурьмянистых аккумуляторов, многие крупные компании начали выпуск гибридных батарей, в которых используется оба легирующих элемента. Они имеют умеренную надёжность и ёмкость, но не повреждаются при глубоком разряде и не требуют соблюдения столь же строгих правил. Существуют и альтернативные гибридные батареи, в которых вторым легирующим элементом кроме кальция является серебро. Такие устройства очень надёжны и долговечны, а также невосприимчивы к быстрому глубокому разряду, но по понятным причинам дороги. Выпускаются и малосурьмянистые аккумуляторы, в которых содержание легирующего элемента не превышает 3% — они невосприимчивы к нагреву и глубокому разряду, но имеют ограниченный срок пригодности.

Дополнительная информация

Обслуживаемые аккумуляторы позволяют контролировать уровень электролита без малейших проблем — достаточно открутить пробку одной банки, чтобы увидеть, требуется ли долив дистиллированной воды. Однако малообслуживаемые и необслуживаемые устройства такой возможности не предоставляют — без помощи специалиста получить доступ к внутренним компонентам таких батарей не удастся. Контроль плотности электролита осуществляется в них с помощью специального индикатора, называемого «магическим глазком». В зависимости от степени износа батареи он меняет свой цвет с зелёного на красный, сигнализируя о необходимости обслуживания либо замены источника питания. В моделях с белыми стенками уровень электролита удаётся замерить, посветив на них фонариком.

Многие современные аккумуляторы оснащены полиэтиленовым пористым сепаратором, который устанавливается внутри их корпуса — такое приспособление предотвращает замыкание пластин между собой и существенно повышает срок эксплуатации устройства. Сепаратор улучшает характеристики источника питания, предотвращая его разрушение при длительном воздействии вибраций или сильных ударов. Ещё одним защитным компонентом для батареи является отсекатель пламени, который предотвращает возгорание и взрыв при попадании на корпус искры. Он применяется в качественных устройствах обслуживаемой и малообслуживаемой компоновки, повышая уровень защиты автомобиля.

При сильном нагреве батареи серная кислота, содержащаяся в электролите, способна испаряться, образуя едкий аэрозоль. Его появление представляет собой угрозу для безопасности транспорта, а также снижает остаточный срок эксплуатации приспособления. Чтобы устранить эти проблемы, аэрозоль необходимо улавливать и осаждать обратно в резервуары. Для этого применяют крышки аккумуляторов с лабиринтной формой — она позволяет осаждать электролит в форме конденсата, стекающего в банки через специальные каналы.

Аккумуляторы могут комплектоваться защитными крышками и колпачками, которые предотвращают случайный контакт клемм с металлическими деталями автомобиля или проводами — с их помощью удаётся избежать появления серьёзных неполадок электросистемы. Некоторые модели нестандартных размеров, например, азиатские батареи либо изделия для специальной техники, могут комплектоваться набором переходников. В них часто включены накладки, обеспечивающие фиксацию широких клемм на тонких стержнях, а также провода увеличенной длины для быстрой смены полярности. Среди особенностей батарей нужно назвать и наличие ручки для переноски — она выручает автомобилистов, которым приходится поднимать источник питания на высокий этаж многоквартирного дома для его прогрева.

Оптимальный выбор

При подборе аккумуляторной батареи обязательно обратите внимание на её совместимость с вашим автомобилем — достаточно перепутать напряжение или полярность, чтобы устройство не подошло для транспортного средства. Оцените объём двигателя и климатические условия, в которых будет эксплуатироваться автомобиль — от этих параметров зависит ёмкость и сила тока холодной прокрутки. Только после определения этих характеристик приступайте к выбору аккумулятора по технологии его изготовления. Если автомобиль будет использоваться в тёплом климате, стоит отдать предпочтение кальциевой модели, а в холодном — гибридной либо малосурьмянистой. Не забывайте проверять, соответствует ли выбранная вами батарея стандартам надёжности и безопасности.

Источники: http://365cars.ru/tovari/harakteristiki-avtomobilnyih-akkumulyatorov.html

Для безопасной эксплуатации аккумуляторных батарей необходимо придерживаться следующих правил:

· Не создавать цепь короткого замыкания между клеммами батареи, поскольку значительный ток короткого замыкания заряженной батареи способен расплавить контакты клемм и нанести термический ожог.

· Не хранить аккумуляторные батареи в разряженном состоянии. В этом случае происходит сульфатация электродов и батареи значительно снижают свою емкость.

· Подключать аккумуляторную батарею в устройство только в правильном соответствии с полярностью. Заряженная батарея имеет значительный запас энергии и способна при неправильном подключении вывести устройство из строя.

· Не вскрывать корпус батареи. Содержащийся внутри гелеобразный электролит способен вызвать химический ожог кожи.

· Утилизировать отслужившую свой срок батарею в соответствии с правилами утилизации для изделий, содержащих тяжелые металлы.

Разрядные характеристики аккумуляторных батарей

Наиболее важными показателями качества АБ являются: емкость, напряжение, габариты, вес, стоимость, допустимая глубина разряда, срок службы, КПД, диапазон рабочих температур, допустимый ток заряда и разряда. Также, необходимо учитывать, что все характеристики производитель дает при определенной температуре - обычно 20 или 25 °С. При отклонениях от этого напряжения, характеристики меняются, и обычно в худшую сторону.

Значения напряжения и емкости обычно входят в название модели батареи. Например:RA12200DG - батарея напряжением 12 вольт и емкостью 200 ампер*часов, гелевая, глубокого разряда. Это значит, что батарея может выдать в нагрузку энергию 12 х 200 = 2400 Вт*ч при 10 часовом разряде током в 1/10 от емкости. При больших токах и быстром разряде емкость батареи понижается. При меньших токах - обычно увеличивается. Это можно видеть на графике разрядных характеристик аккумуляторных батарей. Также, нужно смотреть на разрядные характеристики на конкретные батареи. Иногда производители в названии пишут завышенную емкость аккумулятора, которая имеет место только в идеальных условиях - так, например, делает Haze (у аккумуляторов Haze реальная емкость процентов на 10-20 ниже, чем указано в названии батареи).

При разряде током в 0,1 С время работы составляет 10 часов и батарея полностью выдаст в нагрузку аккумулированную энергию. При разряде током 2 С (в 20 раз большим) время работы будет около 15 минут (1/4 часа) и при этом батарея выдаст в нагрузку только половину аккумулированной энергии. При больших токах разряда это значение еще меньше. Зачастую в источниках бесперебойного питания аккумуляторные батареи работают в еще более тяжелых режимах, при которых токи разряда достигают 4 С. При этом время разряда сравнимо с 5 минутами и батарея выдает в нагрузку менее 40% энергии.

Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее емкостью. Она измеряется в ампер-часах. Одна АБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.п., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 2000 Ач.

Для увеличения срока службы свинцово-кислотной АБ желательно использовать только малую часть ее емкости до повторной зарядки. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом, причем не обязательно полностью разряжать аккумулятор. Например, если вы разрядили аккумулятор на 5 или 10% и затем снова зарядили его - это тоже считается как 1 цикл. Конечно, количество возможных циклов будет сильно отличаться при различной глубине разряда (см. ниже). Если возможно использовать более 50% энергии, запасенной в АБ до ее заряда, без заметного ухудшения ее параметров, такая батарея называется батареей "глубокого разряда".

Можно повредить батареи, если перезарядить их. Максимальное напряжение кислотных АБ должно быть 2,5 вольта на элемент, или 15 В для 12-ти вольтовой батареи. Многие фотоэлектрические батареи имеют мягкую нагрузочную характеристику, поэтому при увеличении напряжения ток заряда снижается значительно. Поэтому всегда необходимо использовать специальный контроллер заряда для солнечных батарей. В случае применения ветроэлектрических станций или микроГЭС, такие контроллеры также обязательны.

Напряжение на аккумуляторе зачастую является основным параметром, по которому можно судить о состоянии и степени заряженности аккумулятора. Особенно это относится к герметизированным аккумуляторам, у которых не возможно измерить плотность электролита.

Напряжение при заряде, разряде и отсутсвии тока очень сильно отличаются. Для определения степени заряженности аккумулятора измеряют напряжение на его клеммах при отсутствии как зарядного, так и разрядного токов в течение как минимум 3-4 часов. За это время напряжение обычно успевает стабилизироваться. Значение напряжения при заряде или разряде ничего не скажет от состоянии или степени заряженности АБ. Примерная зависимость степени заряженности аккумулятора от напряжения на его клеммах в режиме холостого хода, приведена в таблице ниже. Это типичные значения для стартерных аккумуляторов с жидким электролитом. Для герметизированных аккумуляторов (AGM и гелевых) обычно эти напряжения немного выше (нужно запрашивать производителя) - например, AGM батареи полностью заряжены, если напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В).

Степень заряженности зависит от очень многих факторов, и точно ее могут определить только специальные зарядные устройства с памятью и микропроцессором, которые отслеживают как заряд, так и разряд конкретного аккумулятора в течение нескольких циклов. Этот метод наиболее точный, но и наиболее дорогой. Однако он сможет сэкономить много денег при облуживании и замене аккумуляторов. Применение специальных устройств, контролирующих работу аккумуляторов по степени их заряженности, позволяет очень сильно повысить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов. Ряд предлагаемых нами контроллеров для солнечных батарей имеют встроенные устройства вычисления степени заряженности аккумулятора и регулируют заряд в зависимости от ее величины.

Для определения степени заряженности можно использовать также следующие 2 упрощенных метода.

1. Напряжение на аккумуляторе. Этот способ наименее точный, но требует только наличия цифрового вольтметра, способного измерять десятые и сотые доли вольта. Перед измерениями нужно отсоединить от аккумулятора всех потребителей и все зарядные устройства и подождать как минимум 2 часа. Затем можно измерить напряжение на терминалах аккумулятора. Ниже в таблице приведены напряжения для аккумуляторов с жидким электролитом. Для полностью заряженной новой AGM или гелевой батареи напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В). По мере старения аккумуляторов это напряжение снижается. Можно измерять напряжение на каждой банке аккумулятора, чтобы найти неисправную банку (разделите напряжение для 12В на 6 для того, чтобы определить нужное напряжение на одной банке).

2. Второй метод определения степени заряженности - по плотности электролита. Этот метод подходит только для аккумуляторов с жидким электролитом. Также, нужно подождать 2 часа перед измерениями. Для измерения используется ареометр. Обязательно наденьте резиновые перчатки и защитные очки! Держите рядом пищевую соду и воду на случай, если вода попадет на кожу.

Срок службы аккумуляторов

Срок службы аккумуляторных батарей в циклах

Неправильно определять срок службы аккумуляторов в годах или месяцах. Срок службы батареи определяется числом циклов заряд-разряд и значительно зависит от условий ее эксплуатации. Чем глубже разряжается батарея, чем большее время она находится в разряженном состоянии, тем меньшее число возможных циклов работы.

Само понятие «количество рабочих циклов «заряда-разряда» аккумулятора» относительное, так как сильно зависит от различных факторов. Кроме того, значение количества рабочих циклов, например для одного типа аккумулятора, не является универсальным понятием, так как зависит от технологии, различной у каждого из производителей.Срок службы аккумуляторов определяется в циклах, поэтому время работы в годах - приблизительное и рассчитано для типичных условий работы. Поэтому, если, например, в рекламе указано, что срок службы аккумуляторов составляет 12 лет, это значит, что производитель посчитал срок службы для буферного режима с средним числом циклов заряд-разряд 8 в месяц. Например, для AGM аккумуляторов Haze указывается срок службы 12 лет и максимальное число циклов 1200 при разряде на 20%. В год получается 100 таких циклов, в месяц - около 8.

Еще один важный момент - в процессе эксплуатации полезная емкость аккумулятора уменьшается. Все характеристики по количеству циклов обычно приводятся не до полной смерти аккумулятора, а до момента потери им 40% своей номинальной емкости. Т.е, если производителем приведено количество циклов 600 при 50% разряде, это значит, что через 600 идеальных циклов (т.е. при температуре 20С и разряде током одной величины, обычно 0,1С) полезная емкось аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.

Свинцово-кислотные АБ, предназначенные для использования в системах автономного электроснабжения имеют, срок службы от 300 до 3000 циклов в зависимости от типа и глубины разряда. В системах на базе ВИЭ батарея может разрядиться гораздо сильнее, чем при буферном режиме. Для обеспечения длительного срока службы, в типичном цикле разряд не должен превышать 20-30% емкости АБ, а глубокий разряд - не более 80% емкости. Очень важно сразу же после разряда заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы. Длительное нахождение (более 12 часов) в разряженном или не полностью заряженном состоянии приводит к необратимым последствиям в аккумуляторах и снижению их срока службы.

Как определить, что аккумулятор уже близок к окончанию своего срока службы? Очень просто - у аккумулятора повышается внутреннее сопротивление, это приводит к более быстрому росту напряжения при заряде (и, соответственно, снижению времени, требуемого для заряда), и более быстрому разряду аккумулятора. Если заряд производится током, близким к предельно допустимому, умирающий аккумулятор будет нагреваться при заряде сильнее, чем раньше.

Источники: http://lektsii.org/3-7804.html

Основные характеристики аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

ЭДС аккумулятора представляет собой разность электродных потенциалов, измеренную при разомкнутой внешней цепи. Электродный потенциал при ра­зомкнутой внешней цепи состоит из равновесного электродного потенциала и потенциала поляризации. Равновесный электродный потенциал характеризует состояние электрода при отсутствии переходных процессов в электрохимиче­ской системе. Потенциал поляризации определяется как разность между потен­циалом электрода при заряде и разряде и его потенциалом при разомкнутой внешней цепи. Электродная поляризация сохраняется в аккумуляторе и при отсутствии тока после отключения на­грузки от зарядного устройства. Это связано с диффузионным процессом выравнивания концентрации электро­лита в порах электродов и пространст­ве аккумуляторных ячеек. Скорость диффузии невелика, поэтому затуха­ние переходных процессов происходит в течение нескольких часов и даже су­ток в зависимости от температуры электролита. Учитывая наличие двух составляющих электродного потенци­ала при переходных режимах, разли­чают равновесную и неравновесную ЭДС аккумулятора.

Равновесная ЭДС свинцового акку­мулятора зависит от химических и фи­зических свойств активных веществ и концентрации их ионов в электролите. На величину ЭДС влияет плотность электролита и очень незначительно темпе­ратура. Изменение ЭДС в зависимости от температуры составляет менее 3-10-4 В/град. Зависимость ЭДС от плотности электролита в диапазоне 1,05-1,30 г/см 3 выглядит в виде формулы:

где £ - ЭДС аккумулятора, В:

р - приведенная к температуре 5°С плотность электролита, г/см 3 .

С повышением плотности электролита ЭДС возрастает (рис 2.19).

При рабочих плотностях электролита 1,07-1,30 г/см э ЭДС не дает точного представления о степени разряженности аккумулятора, так как ЭДС разряжен­ного аккумулятора с электролитом большей плотности будет выше.

ЭДС не зависит от количества заложенных в аккумулятор активных матери­алов и от геометрических размеров электродов. ЭДС аккумуляторной батареи увеличивается пропорционально числу последовательно включенных аккуму­ляторов т:

Плотность электролита в порах электродов и в моноблоке одинакова у акку­муляторов, находящихся в состоянии покоя. Этой плотности соответствует ЭДС покоя. Вследствии поляризации пластин и изменения концентрации электроли­та в порах электродов относительно концентрации электролита в моноблоке, ЭДС при разряде меньше, а при заряде больше ЭДС покоя. Основной причиной изменения ЭДС в процессе разряда или заряда является изменение плотности электролита, участвующего в электрохимических процессах.

Напряжение аккумулятора отличается от его ЭДС на величину падения на­пряжения во внутренней цепи при прохождении разрядного или зарядного то­ка. При разряде напряжение на выводах аккумулятора меньше ЭДС, а при за­ряде больше.

где £_п - ЭДС поляризации, В; /р - сила разрядного тока. А; г- полное внутреннее сопротивление. Ом; г₀ - омическое сопротивление аккумулятора, Ом.

где /₃ - сила зарядного тока, А.

ЭДС поляризации связана с изменением электродных потенциалов при про­хождении тока и зависит от разности концентраций электролита между элект­родами и в порах активной массы электродов. При разряде потенциалы элект­родов сближаются, а при заряде раздвигаются. Изменением разности концент­раций электролита обусловлено нелинейное снижение напряжения на началь­ном участке b - с (рис. 2.20) разрядной характеристики Up = f(x).

При включении аккумулятора с начальной ЭДС Е₀ на разряд происходит резкий спад напряже­ния на величину ди₀ (участок а - b разрядной характеристики), равную паде­нию напряжения на омическом сопротивлении г₀. Линейному участку с - d раз­рядной характеристики соответствует постоянная разность концентраций элек­тролита между электродами и в порах активной массы электродов. Уменьшение напряжения связано со снижением плотности электролита в моноблоке. На ли­нейном участке ЭДС поляризации име­ет максимальное значение Е_Пт-

При постоянной силе разрядного то­ка в единицу времени расходуется оп­ределенное количество активных ма­териалов. Плотность электролита уменьшается по линейному закону (рис. 2.21, а).

В соответствии с изменением плотности электролита уменьшается ЭДС и напряжение аккумулятора. К концу разряда сернокислый свинец за­крывает поры активного вещества , препятствуя притоку электролита из сосуда и увеличивая электросопротивления электродов. Равновесие нарушается и напряжение начинает резко падать. Аккумуляторные батареи разряжаются только до конечного напряжения U_K р, соответствующего перегибу разрядной характеристики Up=f(T). Разряд прекращается, хотя актив­ные материалы израсходованы не полностью. Дальнейший разряд вреден для аккумулятора и не имеет смысла, так как напряжение становится неустойчивым.

После отключения нагрузки напряжение аккумулятора повышается до значе­ния ЭДС, соответствующего плотности электролита в порах электродов. Затем в течение некоторого времени ЭДС возрастает по мере выравнивания концентра­ции электролита в порах электродов и в объеме аккумуляторной ячейки за счет диффузии. Возможность повышения плотности электролита в порах электродов во время непродолжительного бездействия после разряда используется при пу­ске двигателя. Пуск рекомендуется осуществлять отдельными кратковременны­ми попытками с перерывами в 1-1,5 мин. Прерывистый разряд способствует также лучшему использованию глубинных слоев активных веществ электродов.

В режиме заряда (рис. 2.21, б) напряжение U₃ на выводах аккумулятора воз­растает вследствие внутреннего падения напряжения и повышения ЭДС при увеличении плотности электролита в порах электродов. При возрастании на­пряжения до 2,3 В активные вещества восстанавливаются. Энергия заряда идет на разложение воды на водород и кислород, которые выделяются в виде пу­зырьков газа. Газовыделение при этом напоминает кипение. Его можно умень­шить за счет снижения к концу разряда величины зарядного тока.

Часть положительных ионов водорода, выделяющихся на отрицательном электроде, нейтрализуются электронами. Избыток ионов накапливается на по­верхности электрода и создает перенапряжение до 0,33 В. Напряжение в конце заряда повышается до 2,6-2,7 В и при дальнейшем заряде остается неизменным. Постоянство напряжения в течение 1-2 ч заряда и обильное газовыделение яв­ляются признаками конца заряда.

После отключения аккумулятора от зарядного устройства напряжение падает до значения ЭДС, соответствующе­го плотности электролита в порах, а затем снижается, пока выравниваются плотности электролита в порах пла­стин и в аккумуляторном сосуде.

Напряжение на выводах аккумуля­торной батареи при разряде зависит от силы разрядного тока и температуры электролита.

При увеличении силы разрядного тока 1р напряжение снижается быст­рее (рис. 2.22, а) вследствие большей разности концентраций электролита в аккумуляторном сосуде и в порах электродов, а также большего внут­реннего падения напряжения в бата­рее.

Все зто приводит к необходимости более раннего прекращения разряда батареи. Во избежание образования на электродах крупных нерастворимых кристаллов сульфата свинца разряд батарей прекращают при конечном на­пряжении 1,75 В на одном аккумулято­ре при 20-часовом номинальном ре­жиме. В стартерном режиме разряда током силой ЗС20 при температуре 25°С U_K р = 1,5 В, а при температуре - 18°С U_K р = 1 В.

При понижении температуры увели­чивается вязкость, удельное электро­сопротивление электролита и умень­шается скорость диффузии электро­лита из аккумуляторного сосуда в по­ры активных веществ электродов. По­этому разрядные характеристики U_P = f(x) проходят ниже (рис. 2.22, б, в). При температурах от -40 до -10°С сопро­тивление электролита в 2-3 раза

больше, чем при температуре 25°С. На

рис. 2.23 показано изменение напряжения U₃₀ на 30-й секунде разряда батареи емкостью 55 А-ч с изменением силы разрядного тока.

Среднее значение раз­рядного напряжения за время Тр

Сопро­тивление аккумулятора склады­вается из сопротивления поляризации, электродов, электролита, сепараторов, межэлементных перемычек и других токоведущих деталей. Сопротивление электродов и токоведущих деталей мало изменяется с изменением температуры.

Полным внутренним сопротивлением аккумулятора принято называть сопро­тивление, оказываемое прохождению через аккумулятор постоянного разряд­ного или зарядного тока:

где г_п - сопротивление поляризации.

Сопротивление поляризации уменьшается с увеличение силы тока и возрас­тает с понижением температуры (рис. 2.24).

Омическое сопротивление аккуму­лятора складывается из сопротивле­ний электродов, электролита, сепара­торов, межэлементных перемычек и других токоведущих деталей.

Сопротивление электродов и токове­дущих деталей мало изменяется с изме­нением температуры. Рост внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи с понижением температуры (рис. 2.25) связан, в основном, с увеличением со­противления электролита (рис. 2.26, 2.27 и табл. 2.2) и пропитанных электро­литом сепараторов (рис. 2.28). При тем­пературах от -40 до -10°С сопротивле­ние электролита в 2-3 раза больше, чем при температуре 25°С.

Удельное электросопротивление электролита с увеличением концентрации раствора серной кислоты до определенного уровня снижается, а затем возрас­тает. Так, минимальное удельное электросопротивление 1,33 Ом-см при темпе­ратуре 20°С наблюдается у раствора серной кислоты с концентрацией 30,6%. При дальнейшем увеличении концентрации (или плотности) восстанавливают­ся ионные связи, скорость диссоциации уменьшается, токопроводящих ионов становится меньше и электросопротивление электролита увеличивается.

Начальная концентрация электролита заряженных свинцовых аккумулято­ров обычно составляет 35-42%, т.е. несколько больше концентрации, при ко­торой электросопротивление минимально. Это связано, прежде всего, с необ­ходимостью обеспечения запаса серной кислоты, требуемого для разряда.

Учитывается также снижение концен­трации серной кислоты в электролите в процессе разряда. Слишком малая концентрация электролита в конце разряда ведет к росту внутреннего со­противления, более быстрому паде­нию разрядного напряжения и, как следствие, снижению разрядной ем­кости. Ограничения по повышению концентрации серной кислоты в элек­тролите связаны с ускоренной пасси­вацией электродов при разряде и в процессе хранения аккумуляторов с электролитом.

Сопротивление сепараторов зави­сит от их толщины, пористости и со­противления электролита в порах. Материал и конструкция сепараторов играют особо важную роль при разря­де аккумуляторной батареи стартерными токами в условиях низких тем­ператур.

Омическое сопротивление решеток электродов толщиной 1,5-2 мм нахо­дится в пределах 1,8-2,3 мОм. Губча­тый свинец отрицательных электро­дов имеет удельное электросопроти­вление 1,83-10"* Ом-см, а двуокись свинца положительных электродов - 74-Ю - ' Ом-см. Электросопротивление решеток электродов стартерных ба­тарей толщиной 1,5-2,6 мм находится в пределах 1,8-3,0 мОм. В заряжен­ном состоянии сопротивление отри­цательного электрода составляет 62- 70%, а положительного - 92-98% со­противления решеток. В процессе разряда на электродах откладывает­ся сульфат свинца с удельным сопротивлением 1-Ю 7 Ом-см, и сопротивление электродов приближается к сопротивлению решеток.

Распределение сопротивления и соответственно потерь напряжения (рис. 2.29) по элементам внутренней цепи аккумуляторной батареи зависит от многих факторов.

В начале стартерного разряда при температуре -18°С сопротивление пластин и токоведущих деталей приблизительно составляет 20-30%, электро­лита и сепараторов - 34-48%, сопротивление поляризации - 32-45% от сум­марного внутреннего сопротивления батареи. С понижением температуры доля сопротивления поляризации, электро­лита и сепараторов возрастает.

Сопротивление заряженных стартерных аккумуляторов и даже бата­реи последовательно соединенных аккумуляторов составляет от не­скольких тысячных до нескольких со­тых долей ома. Сопротивление уменьшается с увеличением числа параллельных электродов в полубло­ках, т.е. с увеличением емкости акку­муляторной батареи. В процессе раз­ряда в результате химических реак­ций на пластинах образуется плохопроводящий сульфат свинца. Плот­ность электролита снижается от 1,22 - 1,30 до 1,06-1,14 г/см 3 . Поэтому сопротивление разряженной аккумулятор­ной батареи выше.

При разряде и заряде аккумулятор отдает во внешнюю цепь или получает от зарядного устройства определенное количество электричества.

Количество электричества, отдаваемое аккумуляторной батареей в пределах допустимого разряда, называют разрядной емкостью:

где т₃ - продолжительность заряда.

Разрядная емкость зависит от количества заложенных в аккумуляторе ак­тивных материалов и степени их использования. Количество активных матери­алов в стартерных аккумуляторных батареях даже при номинальных разрядных токах в 2-3 раза превышает теоретически необходимое. Полное использование заложенных в батареи активных материалов невозможно, так как обеднение электролита в порах и резкое снижение напряжения происходит раньше, чем израсходуются внутренние слои пористых активных веществ электродов и сер­ная кислота электролита в моноблоке.

Коэффициент использования активных материалов свинцового аккумулятора зависит от условий разряда. Его снижение происходит при увеличении плотно­сти разрядного тока и понижении температуры. При длительных режимах раз­ряда свинцовых аккумуляторов в течение 20-50 ч использование активных ма­териалов составляет 50-60%, тогда как при коротких стартерных разрядах - 5-10%. С увеличением электропроводности электролита, пористости активных веществ, с уменьшением толщины электродов и плотности тока использование активных материалов выше.

При равных значениях начальной и конечной пористости лучше используется активное вещество положительных электродов.

При высоких плотностях активного вещества имеют место неравномерное распределение поляризации по толщине электродов и замедление процесса по­ступления серной кислоты в зоны реакции. Вследствие закупорки пор сульфа­том свинца, разрядный процесс протекает в основном на наружной поверхности электродов, где плотность тока может быть более чем в 10 раз выше ее значе­ния в толще активного вещества.

Неполное (на 60-65%) использование активных веществ при малых плотно­стях разрядного тока связано с изоляцией отдельных участков пористого веще­ства электродов сульфатом свинца и. как следствие, отсутствием единого электронопроводящего каркаса электрода.

6 аккумуляторах, предназначенных для работы в стартерных режимах разря­да, использование активных материалов и отдача по емкости могут быть повы­шены за счет снижения толщины электродов.

Емкость аккумулятора определяется суммарной емкостью электродов. При стартерных разрядах емкость, как правило, уменьшается из-за пассивации отри­цательного электрода. Особенно это характерно для низких температур. При длительных режимах разряда влияние обоих типов разнополярных электродов на отдачу батареи по емкости соизмеримо. При длительных режимах разряда поло­жительный электрод может лимитировать отдачу по емкости, если запас элект­ролита недостаточен. Причиной ограничения емкости положительным электро­дом при коротких режимах разряда может быть замедление диффузии электролита в поры активного вещества. Использование активных материа­лов зависит от конструкции электро­дов, материала сепараторов, плотно­сти и температуры электролита, силы тока и режима разряда (прерывистый, непрерывный, ступенчатый). Разрядная емкость уменьшается с увеличением разрядного тока, так как большее количество и более плотная масса сульфата свинца откладывается на поверхности электродов, изолируя активное вещество от контакта с электролитом (рис. 2.34 - 2.36). Ис­пользование активных веществ при большой силе тока составляет 5-10%.

Разрядная емкость уменьшается также с понижением температуры. При низких температурах увеличива­ется вязкость электролита и замедля­ется скорость поступления серной ки­слоты в поры активных веществ. Нап­ряжение разряда падает быстрее и большая часть активного вещества остается неиспользованной. Напря­жение аккумуляторной батареи с по­нижением температуры падает также вследствие замедления электролити­ческой диссоциации и уменьшения ионной проводимости электролита. При малой силе тока до 0,1 С₂₀ А и температурах выше 0°С снижение ем­кости на 1°С приводит к уменьшению разрядной емкости на 0,6-0,7%. При низких температурах (ниже 0°С) в стартерных режимах разряда сниже­ние емкости на 1°С достигает 2%. Свинцовые аккумуляторные батареи работоспособны при стартерных раз­рядах до температуры -(30-35)°С. Степень снижения емкости с уменьшением температуры меньше при использо­вании электролита с большей концентрацией серной кислоты.

Разрядная емкость может быть увеличена за счет пористой структуры элект­родов. При разряде пористость уменьшается, так как удельный объем сульфата свинца больше удельных объемов губчатого свинца (в 2,68 раза) и диоксида свин­ца (в 1,86 раза). Уменьшение сечения пор при разряде затрудняет проникновение серной кислоты в поры электродов и ограничивает использование активных ма­териалов, особенно при разряде большими токами. Активную поверхность элект­родов увеличивают, устанавливая большее число электродов меньшей толщины.

Так как разрядная емкость зависит от условий разряда, номинальной для стартерных свинцовых аккумуляторных батарей емкостью, гарантируемой за­водом-изготовителем, считается емкость 20-часового режима разряда. Разряд батарей при испытании на емкость 20-часового режима разряда проводят не­прерывно током силой 1р=0,05С₂₀ А до конечного разрядного напряжения на клеммах 5,25 В у 6-вольтовой и 10,5 В у 12-вольтовой батареи. Температура электролита при разряде должна находиться в интервале от 18 до 27°С.

Емкость вычисляют по формуле:

где Cf - емкость, отданная батареей в пределах допустимого разряда, А-ч; tp - продолжительность разряда до конечного разрядного напряжения, ч.

Полученную емкость C_t приводят к емкости при температуре 25°С:

Перед проверкой на емкость 20-часового режима батарею полностью заря­жают. Заряд проводят током силой 1₃=0,1С₂₀ А до напряжения не менее 2,4 В на каждом аккумуляторе, после чего ток уменьшают на 50% от первоначального и доводят до состояния полного заряда. Заряд проводят до достижения обильно­го газовыделения и постоянства напряжения и плотности электролита в тече­ние 2 ч, после чего при непрекращающемся заряде корректируют плотность электролита в аккумуляторах до (1,28±0,01) г/см 3 при 25°С и уровень электро­лита в соответствии с технической документацией по эксплуатации. Заряд при температуре, превышающей 45°С, не допускается.

Необслуживаемые батареи заряжают при температуре окружающей среды (25±5)°С при постоянном напряжении (14,4±0,1) В не менее 24 и не более 30 ч, причем сила тока не должна превышать l₃=0,05C₂₀ А.

Емкость батарей, определяемая при 20-часовом режиме разряда не позже четвертого цикла, должна быть не менее 95%, а необслуживаемых - 100% от номинального значения.

Важным для эксплуатации показателем является «резервная емкость». По этому показателю можно оценивать способность аккумуляторной батареи обес­печить необходимый минимум электрической нагрузки на автомобиле в случае выхода из строя генератора. Минимум электрической нагрузки складывается из токов, потребляемых системами зажигания и освещения, стеклоочистителем контрольно-измерительными приборами в режиме движения «зима, ночь», и составляет величину порядка 25 А.

Резервная емкость определяется временем разряда в минутах полностью за­ряженной батареи при температуре (27±5)°С током силой (25±0,25) А до конеч­ного напряжения на аккумуляторе, равного 1,75 В. Нормативный показатель «резервная емкость» обеспечивает большее соответствие режима испытания батареи условиям эксплуатации ее на автомобиле.

Характеристики стартерного разряда аккумуляторной батареи удобно оцени­вать по силе тока холодной прокрутки. Он представляет собой максимальный разрядный ток, который батарея может обеспечить при температурах -18°С и -29°С в течение 30 с, сохраняя напряжение не менее 1,2 В на каждом аккуму­ляторе (7,2 В в случае 12-вольтовой батареи). Показатель «ток холодной про­крутки» позволяет упростить подбор аккумуляторной батареи для автомобилей на стадии их проектирования: определив силу тока, потребляемую электро­стартером при пуске двигателя, можно подобрать батарею из условия, чтобы эта сила тока не превышала силу тока холодной прокрутки.

Разряженность батареи по величине измеренной плотности определяют с уче­том начальной плотности электролита полностью заряженной батареи в соот­ветствующем климатическом районе (табл. 2.6).

Ориентировочно состояние заряженности батареи можно определить из условия, что при изменении на 0,01 г/см 3 плотности электролита происходит изменение степени заряженности примерно на 6,25% (при сроке службы до 75% от установленного для батареи).

Плотность электролита измеряют денсиметром 3 (рис. 2.49, а), помещенным в сте­клянной пипетке 2, или плотномером (рис. 2.49, б). При измерении плотности полость пипетки 2 или плотномера заполняется электролитом из аккумулятора с помощью груши 1. Плотность электролита отсчитывают по делению шкалы денсиметра, кото­рое устанавливается на уровне поверхности электролита. Цена деления шкалы ден­симетра 0,01 г/см 3 . Денсиметр не должен касаться стенок пипетки. Точность пока­заний денсиметра повышается, если пе­ред измерением 2-3 раза наполнить пи­петку электролитом и вылить его. При использовании плотномера плотность определяют по последнему из всплыв­ших поплавков 7, против которого на прозрачном корпусе 6 находится надпись с большим значением плотности. Чтобы учесть температурную поправку, одновременно с измерением плотности pj измеряют температуру электролита t_3n. Для приведения плотно­сти к температуре 25°С используют график на рис. 2.50.

Аккумуляторные батареи, степень разряженности которых больше 50% летом и 25% зимой, необходимо снять с эксплуатации и зарядить в стационарных ус­ловиях.

Подготовка аккумуляторных батарей к эксплуатации.

Аккумуляторные батареи в сухозаряженном исполнении выпускаются без элек­тролита. По согласованию с потребителем допускается поставка несухозаряженных батарей, а также батарей, залитых электролитом и полностью заряженных.

Электролит готовят из серной кислоты и дистиллированной воды. Концентри­рованная серная кислота представляет собой прозрачную жидкость без цвета и запаха с плотностью 1,83 г/см 3 и содержанием в ней чистой серной кислоты 94%. Точка кипения ее - 33°С.

Температура заливаемого в аккумуляторы электролита не должна выходить за пределы 15 - 30°С. В зависимости от климатических районов эксплуатации батареи заливают электролит различной плотности

Батарея готова к эксплуатации, если через 0,3 - 2 ч плотность залитого электролита снижается не более, чем на 0,03 г/см 3 . В противном случае бата­рею необходимо подзарядить. Температура электролита не должна быть выше 35°С при подключении батареи к зарядному устройству и 45°С в процессе под- заряда. Если в конце заряда плотность отличается от нормы, ее корректируют добавлением дистиллированной воды или раствора серной кислоты плотно­стью 1,4 г/см 3 .

Таблица 2.5. Температура замерзания электролита различной плотности

электролита, г/см 3 .

электролита, г/см 3 ,

при температуре 25°С

при температуре 25°С

Допускается установка на автомобиль сухозаряженной батареи после 20-ми­нутной пропитки электролитом, если батарея находилась на хранении больше года, а температура заливаемого электролита не превышала 15°С. Однако при первом перерыве в работе автомобиля рекомендуется батарею полностью за­рядить и довести плотность электролита до нормы.

Большинство сухозаряженных батарей, которые хранились со дня изготовле­ния меньше года, не требуют подзаряда при подготовке к эксплуатации. При сроках хранения, больших 1 года, батареи необходимо зарядить. При вводе в эксплуатацию необходимо также заряжать и несухозаряженные батареи.

Сухозаряженные батареи, хранившиеся при отрицательных температурах до -30°С, при необходимости срочного ввода их в действие можно заполнять подогретым электролитом с температурой +(40±2)°С и плотностью (1,27±0,01) г/см 3 . Такой электролит готовят в следующей последовательности. Во-первых, заранее приготавливают электролит плотностью 1,20-1,21 г/см 3 при температуре 15 С С

(0,245 дм 3 концентрированной серной кислоты плотностью 1,83 г/см 3 на 1 л ди­стиллированной воды) и затем оставляют его на хранение в отапливаемом по­мещении. Перед заливкой в холодную батарею к 1 л заранее приготовленного электролита плотностью 1,20-1,21 г/см 3 доливают 0,13 литра серной кислоты плотностью 1,83 г/см 3 , получая электролит плотностью 1,26-1,28 г/см 3 и с тем­пературой 40°С. Подогретый электролит заливают в батарею, которую выдер­живают в течение 1 ч и устанавливают на транспортное средство, если срок хранения батареи менее 1 года. При большем сроке хранения проверяется плот­ность электролита и в случае ее снижения на 0,03 г/см 3 батарею подзаряжают.

Батареи, срок хранения которых без электролита превысил установленные инструкциями по эксплуатации сроки (3 и 5 лет), после пропитки электролитом должны быть полностью заряжены в номинальном режиме током силой 0,05 .

Источники: http://spargalki.ru/transport/11-spargalki-electrooborudovanie.html?start=3