3 Диагностирование аккумуляторной батареи

3.1Основные неисправности стартерных аккумуляторных батарей

Производственные дефекты.

На предприятии-изготовителе залитые и заряженные батареи проходят более полный контроль на работоспособность, чем сухозаряженные.

Возможные отклонения от норм изготовления обнаруживаются на начальном этапе эксплуатации. Снижение работоспособности при пуске двигателя, иногда полный отказ в работе при достаточной плотности электролита или напряжении разомкнутой цепи в АКБ, как правило, связаны с проявлением производственных дефектов. Такие дефекты возникают обычно вследствие сбоев в работе оборудования при сборке батарей. Дефекты, связанные с качеством электродов встречаются реже, так как при их производстве ведется контроль качества на всех этапах от отливки токоотводов до сушки после формирования.

К наиболее типичным производственным дефектам относятся разрыв электрической цепи внутри батареи, в том числе разрушение мостиков и обрыв отдельных электродов, а также короткие замыкания между разноименными электродами внутри аккумулятора.

Полный отказ батареи связан с нарушением целостности разрядной цепи внутри нее. Разрыв внутренней цепи происходит в деталях, скрепляемых сваркой при изготовлении, вследствие отклонения от расчетного режима сварки или при наличии раковин и пустот, возникающих в свариваемых деталях при нарушении режимов их отливки (рис. 3.1). В некоторых случаях обрыв цепи может быть спровоцирован у качественных батарей при продолжительном (затруднительном) пуске двигателя, либо при тряске во время движения. Окончательное заключение о причине обрыва цепи производится на основании вскрытия дефектной батареи и обследования разрушенного соединения.

Вторым дефектом по степени влияния на режим пуска двигателя является короткое замыкание между разноименными электродами (пластинами) внутри аккумулятора. Этот дефект чаще всего связан с повреждениями сепараторов в процессе сборки (рис. 3.2), неправильным размещением сепаратора в блоке пластин, отклонением от заданных чертежами размеров сепаратора, низким качеством материала сепараторов, перекосом отдельных пластин в блоке. При наличии такого дефекта батарея в определенных условиях, например при постоянной эксплуатации в летнее время, может сохранять работоспособность.

Рис.3.1. Разрез дефектного выводного борна с внутренней раковиной, послужившей причиной обрыва цепи батареи

Однако ее пусковая мощность значительно снижается, так как за время бездействия (ночная стоянка) значительная часть энергии в одном из аккумуляторов расходуется на работу в короткозамкнутой паре. При бездействии такой батареи в течение одной-двух недель короткое замыкание в какой-либо банке может быть легко установлено путем измерения плотности электролита. В дефектной банке плотность электролита снижается более интенсивно, чем в остальных банках.

а б в

Рис.3.2. Виды повреждений электродов и сепараторов вследствие дефектов сборки, которые являются причиной коротких замыканий разноименных электродов внутри аккумулятора: а – разрыв сепаратора острой кромкой соседнего электрода; б – разрыв сепаратора вследствие смещения соседнего электрода; в – состояние электрода после длительной эксплуатации в состоянии короткого замыкания через разрыв в сепараторе

Практика показывает, что в батареях не встречаются два и более одинаковых дефекта производственного характера. Влияние короткого замыкания на скорость снижения плотности электролита в значительной мере зависит от прочности образовавшегося контакта между разноименными электродами. В отдельных случаях возникший дефект пропадает (образовавшийся шунтирующий мостик разрушается либо сгорает при разряде) и батарея восстанавливает прежнюю работоспособность.

Наличие короткого замыкания внутри батареи не только снижает ее пусковую мощность. Оно может привести в зимнее время к замерзанию электролита в дефектном аккумуляторе и разрушению корпуса батареи. При стационарном заряде дефектная банка в батарее не выделяет газ и не «кипит». Плотность электролита при заряде поднимается в ней медленнее, чем в остальных банках, либо совсем не поднимается, сколько бы батарея не стояла на заряде. При стартерном разряде (на стенде, на пробник-вилку и т.п.) банка с коротким замыканием интенсивно «кипит», выделяя газ с характерным запахом.

К дефектам производственного характера могут быть отнесены электроды, содержащие неотформированную активную массу (при батарейном формировании). Такие батареи имеют низкие пусковые характеристики, даже при полном заряде попыток пуска бывает две-три, батарея интенсивно «кипит» при заряде и разряде.

К разряду производственных дефектов могут быть отнесены отрывы отдельных пластин из-за низкого качества их сварки с полюсным мостиком. На практике отмечены случаи, когда ушки всех или нескольких положительных пластин в блоке электродов не имеют надежного соединения с мостиком. В процессе эксплуатации между ушком и мостиком образуется зона окисления сопряженных поверхностей, которая под действием электрохимической коррозии непрерывно увеличивается. При этом уменьшается механическая прочность соединения и растет переходное сопротивление между ушками электродов и мостиком. Вследствие увеличения сопротивления усиливается нагрев ушек, что приводит, в конечном счете, к их оплавлению и потере надежного электрического контакта пластин с мостиком и даже к механическому разрушению мостика. При стартерном разряде электролит «кипит» в такой банке, хотя при бездействии батареи плотность электролита в ней не снижается, так как короткого замыкания между разнополюсными пластинами нет.

В результате вытягивания материала сепаратора-конверта при одевании его на пластину и дальнейшей его усадки возникает такой дефект, как укороченный сепаратор (рис. 3.3). Это приводит к короткому замыканию пластин.

а б

Рис. 3.3. Электродный блок (а) и отдельные электроды в сепараторах-конвертах (б), высота которых меньше высоты помещенных в них электродов, что приводит к короткому замыканию

Дефекты от нарушения условий эксплуатации.

Наряду с возможными производственными дефектами в процессе работы в батарее появляются дефекты вследствие негативных условий эксплуатации. Например, длительная работа батареи с низкой степенью заряженности (40–60 %) обязательно приведет к ускоренному оплыванию активного вещества электродов в шлам. При этом снижается запас энергии в батарее, сокращается ее ресурс, электролит приобретает темный цвет.

Отсутствие контроля за уровнем электролита в условиях интенсивной эксплуатации автомобиля создает опасность значительного увеличения плотности электролита, его перегрева при работе в условиях перезаряда. В этих условиях может интенсивно оплывать активное вещество с отрицательных электродов, нарушается структура материала сепаратора. Решетки положительных электродов подвергаются интенсивному разрушению от электрохимической коррозии (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Коррозионное разрушение положительного электрода вследствие эксплуатации в условиях перезаряда

При значительном снижении уровня электролита (оголение верхних кромок электродов, рис. 3.5) под крышками банок накапливается взрывоопасная смесь газов (кислород и водород), которая выходит через вентиляционные отверстия.

а б

Рис. 3.5. Состояние электродов после эксплуатации батареи при значительно пониженном уровне электролита: а – положительный электрод; б – отрицательный электрод

Появление искры или открытого пламени может привести к взрыву этой гремучей смеси и разрушению корпуса батареи (рис. 3.6). Корпус может быть также разрушен в зимнее время, если батарея, разряженная более чем на 50 %, оставлена на холоде. Такие разрушения, как правило, приводят к полному выходу батареи из строя. При замораживании батареи активное вещество электродов выдавливается кристаллами льда из ячеек решеток, осыпаясь в шлам. Попытки промывания не дают положительных результатов: как правило, после таких операций оказываются замкнутыми шламом одна-две банки и батарея становится полностью неработоспособной.

Рис. 3.6. Состояние батареи после взрыва внутри нее гремучей смеси из-за сильного или длительного перезаряда

В табл. 3.1 приведены наиболее характерные причины выхода батарей из строя и их происхождение. Сюда не следует причислять состояние полного разряда, при котором батарея становится также неработоспособной. Полностью разряженная (потенциал составляет 12,0 В и ниже) батарея после полного заряда восстанавливает работоспособность, если ее пребывание в разряженном состоянии не было продолжительным. Глубокому разряду батарея подвергается при эксплуатации автомобиля с неисправными изделиями электрооборудования (генератор, регулятор напряжения, стартер), при бесконтрольном хранении, при длительной стоянке автомобиля с включенными потребителями (в том числе с охранной сигнализацией, часами, компьютером, активной антенной), при наличии тока разряда (утечки) на неисправные потребители. В реальной эксплуатации могут быть случаи состояния батарей, схожие с перечисленными причинами потери работоспособности. Однако такая схожесть может быть только внешней — происхождение их различно. Например, плотность снизилась в одной из банок по причине выплескивания электролита и доливки дистиллированной воды в большем количестве, чем в остальные банки. Разряд на стартер может не происходить, если сильно окислены полюсные выводы, внутренняя поверхность наконечников проводов, неисправен стартер. Батарея при пуске двигателя может быстро «садиться» при неисправном стартере, слабом закреплении «массового» провода с кузова на двигатель.

Таблица 3.1

Причины выхода батарей из строя

Причина потери работоспособности	Способ проявления	Причина возникновения неисправности
Короткое замыкание пластин в аккумуляторе	Снижение плотности электролита в одном аккумуляторе в сравнении с другими банками батареи	Производственная, при сборке батареи (перекос электрода, разрушение, смещение или пропуск сепаратора). Ускоренный износ вследствие интенсивного перезаряда
Обрыв цепи разряда внутри батареи	Потенциал между полюсами батареи есть, а разряд на стартер не происходит	Производственная – некачественная сварка деталей полюсных выводов или межэлементных соединений
Оплывание активного вещества с пластин (отслоение от решеток)	При нормальной плотности электролита батарея при разряде на стартер быстро снижает напряжение (садится)	Нарушение условий эксплуатации: - длительное использование батареи с низкой степенью заряженности (40-60%); - длительная эксплуатация при перезаряде с низким уровнем и высокой плотностью электролита; - после замораживания разряженной батареи в зимнее время
Полная коррозия решеток положительных электродов	Заряжается плохо, при нормальной плотности электролита в начале разряда напряжение быстро снижается	Нарушение условий эксплуатации: - перезаряд вследствие высокого напряжение заряда от генератора. Интенсивная эксплуатация автомобиля (такси)