Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея — представляет собой химический источник тока, запасающий энергию, необходимую для питания электрического стартера, вращающего двигатель при пуске. Кроме того, она обеспечивает работу электрических приборов автомобиля при недостатке или отсутствии развиваемой генератором мощности.

В зависимости от применения установлены следующие классы батарей:

• класс А - стартерные батареи, применяемые при обычном цитировании и механических нагрузках
• класс В - стартерные батареи, применяемые при значительно более высоких требованиях к циклированию и механическим нагрузкам
• класс С - стартерные батареи, функционирующие при высоких температурах

Самыми распространенными автомобильными стартерными аккумуляторными батареями являются свинцово-кислотные, состоящие из 6 элементов (аккумуляторов), установленных в одном корпусе. Существуют еще: кадмиево-никелевый ламельный, кадмиево-никелевый безламельный, железоникелевый, серебряно-цинковый. Но не смотря на то, что свинцово-кислотные аккумуляторные батареи самые не экологичные из всех перечисленных, они до сих пор используются из-за относительно низкой себестоимости.

Аккумуляторная батарея состоит из шести последовательно соединенных элементов, аккумуляторов. Каждый элемент состоит из блоков положительных и отрицательных пластин. Каждый вид пластин имеет свой полюсный вывод, причем отрицательных пластин в каждом элементе всегда на одну больше. Пластины покрыты намазной пастой, разной для каждого вида.

Все автомобильные свинцово-кислотные стартерные аккумуляторные батареи подразделяются на виды:

• полностью обслуживаемые-архаичная конструкция, позволяющая менять блоки пластин. Сейчас таких батарей становится все меньше, у них низкий стартерный ток (ЗА на 1А*Ч емкости, у более современных этот показатель не менее 5А), моноблоки этих батарей из эбонита, хрупкого на морозе. Практика показывает, что сборка таких батарей должна проходить в заводских условиях, а замена пластин в гараже приводит к их окислению и, соответственно снижению, эксплуатационного срока
• малообслуживаемые- самая распространённая конструкция с дренажным отверстием в каждой пробке или с центральным газоотводом, межэлементные перемычки спрятаны внутри моноблока. Недостаток - повышенный расход воды
• необслуживаемые - но с доступом к банкам
• полностью необслуживаемые — самые экологически чистые, не имеют заливных горловин, все химические процессы происходят в замкнутом пространстве, а испарения рециркулируют обратно в банки с помощью «лабиринтной системы»

По действующему ГОСТу батареи различаются на два вида:

• батарея открытая (с жидким электролитом) — батарея, имеющая общую крышку с одним или несколькими вентиляционным отверстиями, через которые могут выделяться газообразные продукты
• батарея с регулирующим клапаном (с газовой комбинацией) — батарея, у которой при нормальных условиях работы клапан закрыт, но устройство которого позволяет выделяться газу при превышении внутреннего давления заранее установленного значения. В батарею нельзя доливать воду или электролит. В батареях этого типа электролит находится в связанном состоянии.

Емкость аккумулятора определяется количеством электричества, которые может дать заряженный аккумулятор при разряде до допустимого предела. Измеряется емкость ампер-часами. Ампер-часом называется емкость такого аккумулятора, который может давать ток силой в 1 а в течение 1 ч. Емкость зависит от размера пластин и их количества, то есть количества активной массы, соприкасающейся с электролитом, от качества активной массы, величины силы разрядного тока, а также от температуры электролита. Чем больше сила разрядного тока, Чем больше сила разрядного тока, тем меньше становится емкость. Снижение температуры электролита на 1 градус от температуры + 30 градусов снижает емкость примерно на 1%.

Производителем может обозначаться как:

• номинальная 20-часовая емкость: расчетное количество электричества, А*ч, которое может отдать полностью заряженная батарея в течение 20 часов разряда номинальным током в заданных условиях
• фактическая резервная емкость:получившаяся при разряде емкость, используемая для сравнения с номинальной
• номинальная резервная емкость:расчетное времы разряда,мин, в течение которого батарея может иметь разрядный ток 25А до конечного напряжения 10,50 В
• фактическая резервная емкость:получившееся время разряда для сравнения с номинальным

Степень заряженности — отношение емкости батареи к номинальной (умноженное на 100%). Указывает сколькими процентами от номинальной емкости обладает в данный момент батарея. Для обеспечения нормального ресурса аккумуляторной батареи степень заряженности должна находиться в пределах 75-95%.

Ток стартерного разряда (холодной прокрутки) определяет пусковые свойства батареи. Это ток разряда, который способна отдать батарея при температуре электролита 18 градусов в течение 10 секунд с напряжением не менее 7,5В. Чем этот параметр выше, тем лучше двигатель будет пускаться зимой, но из-за увеличения нагрузки на стартер может снизиться его ресурс. При снижении тока холодной прокрутки стартер будет медленнее прокручивать коленвал, что затрудняет пуск двигателя (при условии, что стартер исправен).

Электролиты-это растворы кислоты или щелочи в дистиллированной воде. Состояние электролита характеризуется его плотностью. Плотность щелочи и кислоты больше плотности воды, поэтому определенной концентрации кислоты или щелочи в воде соответствует определенная плотность электролита.

Электродвижущая сила аккумулятора — разность потенциалов положительного и отрицательного электротодов при разомкнутой внешней цепи. Данное значение зависит от состояния активной массы пластин и состава электролита, но не зависит от размера пластин аккумулятора.

Напряжение аккумулятора — разность потенциалов положительного и отрицательного электродов при замкнутой внешней цепи (при этом в цепи протекает ток). Напряжение отличается от электродвижущей силы значением падения напряжения внутри аккумулятора, которое определяется внутренним сопротивлением аккумулятора и током, проходящим через него. При заряде аккумулятора напряжение больше электродвижущей силы, при разряде — меньше. Конечное напряжение аккумулятора при его разряде — напряжение, ниже которого аккумулятор разряжать не рекомендуется исходя из условий длительной эксплуатации.

Для того чтобы аккумуляторная батарея нормально работала, ее температура должна поддерживаться в пределах -30 градусов +50 градусов. Такую температуру должна обеспечивать система охлаждения батареи. Кроме того, система охлаждения должна быть компактной, легкой, доступной по цене и способной работать в разных климатических условиях. Конструктивно батарея состоит из отдельных ячеек, число которых может быть значительным. Вся батарея охлаждается потоком воздуха или жидкостью.

Условное обозначение типов батарей и их исполнений определены ГОСТ Р 53165-2008 (МЭК 60095-1:2006):

• номинальное напряжение (число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее (6), характеризующих ее номинальное напряжение (12В)
• Назначение батарей по функциональному признаку (СТ-стартерная)
• Номинальная емкость в ампер-часах
• Конструкторско-технологическое исполнение (N - с нормальным расходом воды, L — с малым расходом воды, VL — с очень малым расходом воды, VRLA — с регулирующим клапаном)

Пример условного обозначения батарей, состоящих из 6 аккумуляторов номинальной емкостью 55 А*ч, с нормальным расходом воды N, поставляемых в готовом для работы состоянии (залитых электролитом и заряженных) - 6CT-55N

то же с малым расходом воды 6CT-55L

то же с очень малым расходом воды 6CT-55VL

то же с регулирующим клапаном 6CT-55VRLA

На батареи в соответствии с требованиями настоящего стандарта, сверху или на одной из четырех сторон, должны быть нанесены :

• товарный знак или наименование предприятия - изготовителя
• условное обозначение батареи
• знаки полярности: плюс «+» и минус «-»
• дата изготовления (месяц,год)
• обозначение нормативных требований на батареи конкретного типа
• номинальная емкость,А*ч
• номинальное напряжение,В
• ток холодной прокрутки,А
• масса батареи (если она равна 10 кг и более)
• знаки безопасности
• символ переработки

Маркировка батарей, предназначенных для экспорта, должна содержать:

• условное обозначение батареи
• знаки полярности: плюс "+" и минус "-"
• дату изготовления (месяц, год)
• обозначение настоящего стандарта
• номинальную емкость, А·ч
• номинальное напряжение, В
• ток холодной прокрутки, А
• надпись "Сделано в России"
• массу батареи (если она равна 10 кг и более)
• знаки безопасности (см. приложение Б)
• символ переработки (см. приложение В)

Состав и содержание маркировки батарей, предназначенных для экспорта, устанавливают в договоре между предприятием-изготовителем и потребителем (продавцом).

Время бездействия с сохранением рабочего состояния аккумуляторных батарей:

• -батареи с нормальным расходом воды N -10 дней
• -батареи с малой потерей воды L – 14 дней
• -батареи с очень малой потерей воды VL – 49 дней
• -батареи с регулирующим клапаном VRLA — 49 дней

Производственные дефекты, которые проявляются ,как правило, в течение первых месяцев эксплуатации батареи.

Дефект	Признаки	Возможная причина
Разрыв электрической цепи внутри АКБ	Напряжение на выводах батареи есть, но стартер не вращается	Разрушение мостиков* между банками. Плохая сварка полюсных клемм и т. п.
Короткое замыкание между положительными и отрицательными электродами (пластинами)	В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде зарядным устройством дефектная банка не «кипит». При работе стартера в банке происходит интенсивное газовыделение	Повреждение сепаратора или неправильное его размещение в процессе сборки. Низкое качество материала сепаратора или отклонение его размеров от допустимых. Перекос электродов
Недоформованная активная масса электродов	Полностью заряженная батарея не может обеспечить более двух – трех пусков двигателя, а при заряде и разряде интенсивно «кипит»	Нарушена операция формования – процесс заряда электродов
Отрыв электродов (пластин) от соединительных мостиков	При работе стартера электролит в такой банке «кипит». При бездействии батареи плотность электролита не снижается	Низкое качество сварки пластины с мостиком

Эксплуатационные дефекты, которые возникают в результате небрежной эксплуатации батареи на автомобиле. Основные нарушения — не осуществляется контроль за уровнем электролита и состоянием электрооборудования. Дефекты, приведенные в таблице, делают батарею практически непригодной к дальнейшему применению. Исключение составляет только оплывание активной массы электродов, да и то лишь в начальной стадии. Поскольку значительное образование шлама (оплывшей активной массы) приводит к оголению решеток пластин и потере работоспособности АКБ при включении стартера.

Дефект	Признаки	Возможная причина
Сильное окисление полюсных клемм	Напряжение на выводах батареи есть, а стартер не крутится. Клеммы греются	Не проводилась очистка полюсных клемм
Оплывание активной массы – оголение решеток электродов	Темный цвет электролита. Быстрое снижение напряжения батареи при работе стартера	Длительная эксплуатация батареи с низкими степенью заряженности и уровнем электролита. Вибрация незакрепленной батареи
Замерзание электролита при отрицательных температурах	Вздутие стенок корпуса или его разрушение	Очень низкие степень заряженности и плотность электролита из-за глубокого разряда АКБ
Взрыв смеси кислорода и водорода (гремучего газа)	Трещины на крышке и стенках или полное разрушение корпуса	Уровень электролита ниже верхних кромок электродов приводит к накоплению гремучего газа, который взрывается при малейшем искрении
Коррозия (полная) решеток положительных электродов	Батарея плохо заряжается*. Быстрое снижение напряжения батареи при работе стартера	Постоянный перезаряд из-за большого напряжения (более 14,6 В). Интенсивная эксплуатация автомобиля (более 60 тыс км. в год)
Короткое замыкание между электродами	В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде дефектная банка не выделяет газ и не «кипит». При работе стартера в банке происходит интенсивное газовыделение	Большое количество оплывшей активной массы**. Разрушение сепараторов из-за низкого уровня электролита

Причины эксплуатационных дефектов возникают из-за перечисленных ниже факторов.

Низкая степень заряженности (менее 75%) может являться результатом:

• слабого натяжения ремня привода генератора
• неисправности генератора и регулятора напряжения. При работающем двигателе на выводах батареи напряжение составляет менее 13,6 В
• неисправности стартера, приводящие к увеличению силы тока, которую он потребляет, или повторению попыток пуска двигателя
• окисление клемм соединений силовых проводов, что ухудшает работу стартера или заряд батареи
• постоянное использование при стоянии в пробке мощных потребителей электроэнергии (например, обогревателя заднего стекла). Генератор не всегда может обеспечить их работу на холостых оборотах двигателя, поэтому АКБ разряжается
• регулярные многократные прокручивания коленвала двигателя (неудачные попытки пуска) при последующем кратковременном движении. Генератор не успевает достаточно зарядить батарею.

Уровень электролита будет ниже нормы, если:

• своевременно не проводить контроль его уровня. В жаркую погоду желательно производить проверку чаще, поскольку высокая температура способствует быстрому испарению воды
• на выводы батареи подается напряжение более 14,6 В из-за неисправности регулятора напряжения.

При интенсивной эксплуатации автомобиля в режиме «такси» (более 60 тыс. км в год) необходимо как можно чаще (через 3-4 тыс. км пробега) проверять уровень электролита. Также желательно, чтобы напряжение на клеммах АКБ находилось в пределах 13,8 –13,9 В.

Рекомендации Перед зимним сезоном будет не лишним снять батарею с автомобиля и зарядить постоянным током равным 0,1 от численного значения номинальной емкости. Для батареи номинальной емкостью 55 А·ч сила зарядного тока должна составлять 5,5 А.

Заряжать аккумуляторную батарею желательно вне жилого дома, испарения при зарядке могут быть опасны для здоровья жильцов. Если при определенных условиях (например, сильные морозы,отсутствие света в гараже) квартира остается единственным место, где можно заряжать аккумуляторную батарею,следует использовать помещение с хорошей вентиляцией.

Наиболее вредными считаются свинцово-кислотные, любые манипуляции могут иметь серьезные последствия для здоровья. Допускается подзарядка в домашних условиях - никель-кадмиевых аккумуляторных батарей. Наиболее проблемные не обслуживаемые батареи: нельзя проверить уровень электролитов и устранить сбои в работе. Перед зарядкой следует определить его возраст, пятилетние и старше лучше заменить.

Для зарядки используются пуско-зарядные приборы, которые делятся на три типа:профессиональные, бытовые и комбинированные. Зарядно-питающие устройства предназначены для автоматического заряда свинцово-кислотных,щелочных,литий-ионных,гелевых и др. аккумуляторных батарей с номинальным напряжением от 6 до 72 Вольт и емкостью от 1 до 400А/ч. Зарядное устройство необходимо подбирать в зависимости от химического наполнителя аккумуляторной батареи. Определяется '-' (черная клемма) и '+'(красная клемма), при отсутствии цветовых значений ориентируются по гнездам. Время зарядки до 10 часов, в зависимости от типа батареи. Необходимо знать технические характеристики аккумулятора, некоторые батареи нужно периодически заряжать, чтобы поддерживать в рабочем состоянии. Напряжение на клеммах батареи необходимо проверять один раз в 3 месяца, аккумуляторы, которые не подзаряжаются с определенной периодичностью, рискуют выйти из строя навсегда.

При заряде большим током напряжение на клеммах аккумулятора растет относительно быстро и до отключения аккумулятор не успевает набрать необходимую емкость. При малом токе напряжении на клеммах растет более медленно, аккумулятор при этом может набрать 100% емкость. Но этого тока может не хватить для достижения верхнего порога отключения. Аккумулятор начинает кипеть, если не отключить, возможен перезаряд и выход из строя. Избежать этого можно, если использовать генератор постоянного тока с автоматическим реле-регулятором (в начале идет ток большей мощности,чем ближе заряженности аккумулятора,тем меньшая подача тока).