Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Соснин - Автотроника

.pdf
Скачиваний:
760
Добавлен:
18.02.2016
Размер:
21.19 Mб
Скачать

Глава 3

(3.3) Таблица 3.1

Так, если плотность электролита в банках полностью заряженной батареи при Т = 25°С равна 1,28 г/см3, электродвижущая сила в каждом аккумуляторе Еа = 0,84 + 1,28 = 2,12 В, а ЭДС батареи рав-

на 12,72 В.

Практически электродвижущую силу аккумуляторной батареи можно измерить вольтметром с высоким внутренним сопротивлением.

3.3. Плотность электролита

Электролит в автомобильном свинцово-кислотном

нормальных температурных условиях (Т > 10°С). Та-

аккумуляторе — это 30%-ный раствор серной кисло-

ты H2S04 в дистиллированной воде Н20.

 

ким образом, плотность электролита во всех аккуму-

Аккумуляторная серная кислота, поступающая в

ляторных банках автомобильной стартерной батареи

продажу, содержит 94% химически чистой кислоты

должна поддерживаться одинаковой и в определен-

H2S04. Она прозрачна, не имеет цвета и запаха, ки-

ных границах в соответствии с заданными условиями

пит при

температуре 33°С, имеет

плотность

эксплуатации, которые значительно отличаются для

= 1,83 г/см3. Чаще в торговую сеть поставляется

разных климатических регионов.

электролитный раствор с плотностью уэл

= 1,4 г/см3

ГОСТ 16360-80 определяет климатические регио-

или с плотностью, требуемой для данного климатиче-

ны по среднемесячной температуре tcp°C воздуха в

ского региона.

 

январе. С учетом требований ГОСТа составлена

Под плотностью электролитного раствора (или

таблица 3.1.

кислоты) понимают отношение массы вещества (в

Проводить сезонное изменение плотности элект-!

граммах) к занимаемому им объему (в см3). Таким

ролита необходимо только в широтах, где средняя

образом, плотность — это параметр электролита, по-

температура января ниже -30°С.

добный его удельному весу. Плотности электролита

Электролит приготавливают вливанием кислоты в

1,10...1,30 г/см3 соответствует массовая концен-

воду, а не наоборот. Важно отметить, что в начале

трация серной кислоты в 28...40%.

 

составляют электролит в пропорции 0,42 л 94%-ной

В исправной автомобильной аккумуляторной бата-

кислоты и 0,65 л дистиллированной воды. При этом

рее плотность электролита может находиться в преде-

получается электролит с плотностью 1,4 г/см3 (при

лах от 1,07...1,3 г/см3. Разброс значений плотнос-

Т = 25°С). Далее электролит разбавляют до нужной

ти электролита в банках полностью заряженной

плотности в дистиллированной воде. Для получения

исправной

АКБ не должен превышать

0,01 г/см3. одного литра электролита требуемой плотности при

Если батарея разряжена, значение плотности в эксплуатации батареи в средних широтах России

банках АКБ может быть различным. Это зависит от

0,6 л электролита сплотностью

= 1,40 г/см3

не-

состояния разряженности данного аккумулятора, от

обходимо влить в 0,4 л дистиллированной воды. По-

его технического состояния, а также от плотности

лучится электролит с плотностью

= 1,24

г/см3:

первоначально залитого в него электролита.

После полной зарядки плотность во всех банках АКБ

При выборе плотности электролита для первоначаль-

достигает номинального значения 1,26 г/см3. Для

ной заливки приходится выбирать между продолжитель-

московского региона круглогодичная плотность в

ностью срока службы АКБ, который с уменьшением

полностью заряженной батарее несколько выше —

плотности увеличивается, и емкостью батареи, которая

1,27 г/см3.

 

 

с понижением плотности электролита уменьшается.

Если необходимо повысить плотность электролита

Кроме того, с увеличением плотности электроли-

непосредственно в аккумуляторе,

то доливают не

та до 1,30 г/см3 батарея может храниться при бокислоту, а электролит с плотностью 1,4 г/см3.

 

лее низкой температуре (Т1р30 = -60°С) без причи-

При этом производят также выравнивание плот-

нения ей ущерба (без размораживания активных

ности и уровня электролита в разных банках, что де-

масс электродов).

лают в процессе заряда батареи.

 

 

В рабочем свинцово-кислотном аккумуляторе

Измеряют уровень с помощью стеклянной мерной

плотность ниже 1,07 г/см3 недопустима, и не только

трубочки, а плотность электролита — с помощью ден-

из-за раннего замерзания электролита (Т± 07 = -5°С),

симетра (аэрометра) или с помощью поплавкового

но и по причине падения емкости аккумулятора при

плотномера. Необходимо также наличие градусника.

30

Параметры и характеристики автомобильных аккумуляторных батарей

 

 

 

3.4.Электроднаяхарактеристика

 

 

 

 

аккумулятора

 

 

 

 

 

 

Отличительным

свойством

свинцово-кислотного

 

 

 

аккумулятора является почти линейная зависимость

 

 

 

ЭДС Еа от плотности у. Эта зависимость называется

 

 

 

электродной характеристикой и отображает влияние

 

 

 

плотности электролита на равновесные потенциалы

 

 

 

электродов и на электродвижущую силу аккумулятора

 

 

 

при определенной температуре. Графики функций:

 

 

 

 

 

 

приведены на

рис. 3.2.

 

 

 

В

диапазоне

изменения

плотност

 

Рис. 3.1.

 

(1,05...1,35 г/см3) все три функции абсолютно ли-

 

 

 

нейны и не зависят от конструкции и степени заря-

После измерения плотности и температуры элект-

женности

аккумулятора.

 

 

 

ролита измеренную плотность приводят к температу-

Установлено,

что

ЭДС

Еа

любого

исправного

ре +25°С по формуле

 

 

 

 

 

 

свилинцовос -кислотного аккумулятора при плотности

 

помощью графика, показанного на рис. 3.1, на котоэлектролита

=

1,30

 

г/см3

и

температуре

Тэ =

20°С

 

ром слагаемое 0,0007 (Т-25) обозначено как вели-

равна 2,1В, а при

 

= 1,10 г/см3,

ЭДС

Е„=1,9В

 

чина температурной

поправки

(г/см3).

 

(рис. 3.2). Однако плотность электролита незначи-

 

Из графика видно, что в интервале температур

тельно уменьшается при увеличении температуры

 

(20...30°С) величина поправки Ду

незначительна и

(0,0007 г/см3 на один градус) и очень заметно уве-

 

ею можно пренебречь. Если же плотность электроли-

личивается при повышении степени заряженности

 

та измеряется за пределами указанного диапазона,

аккумулятора. Получается так: в разряженном акку-

 

приведенная плотность определяется с учетом по-

муляторе

с

плотностью

 

= 1,30

г/см3

ЭДС

Еа

=

правки:

 

 

 

, где

— плотность электролита 2,1 В. А

в

заряженном аккумуляторе

с

плотностью

притемпературе измерения Т.

 

 

 

 

= 1,20 г/см3 — ЭДС Еа

= 2,0 В (при одинаковой

 

Например,

если

измеренная

при

температуре

температуре

аккумуляторов

Т = 20°С). Таким обра-

 

Т = -5°С плотность

=

1,28

г/см3, то согласно

гразом, электродная

характеристика

показывает,

что

фику это означает, что при температуре +25°С плот-

электродвижущая сила

Еа

не может служить метро-

 

ностьэлектролита

=

1,28

-

0,02 =

1,26 (г/см3).

логическим параметром для определения степени

 

Возможно и обратное использование графика:

заряженности

(или

 

разряженности)

аккумулятора.

 

если известно, что при температуре +25°С плотность

Как было показано ранее, таким параметром явля-

 

электролита 1,26 г/см3, то при температуре +40°С

ется плотность электролита.

 

 

 

 

 

 

 

 

она изменится и определится

как:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Разность

между

плотностью

полностью

заря-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

женного аккумулятора

и

полностью

разряженно-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

го

при

температуре

25°С

всегда равна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,16 г/см3,

а

 

 

 

 

 

 

 

. Тогда,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

если

известна

начальная

плотность

полностью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

заряженной аккумуляторной батареи, по измерен-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ной

плотности

ут

электролита

можно

определить

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

степень разряженности ДСР (%) каждого аккумуля-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тора

в отдельности:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следует помнить, что серная кислота, входя-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.2.

 

 

 

 

 

 

 

щаявсоставэлектролита,исключительноактив-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ное химическое вещество, способное вызвать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

опасные кислотные ожоги на теле человека. Па- 3.5. Внутреннее сопротивление

 

 

 

 

рами кислоты можно отравиться. Работа с элект-

аккумулятора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ролитом требует особой осторожности, специаль-

Представим

теперь

электрохимическую систему

 

ной химической посуды и индивидуальных

 

средств защиты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аккумулятора в виде эле-

 

31

Глава 3

Рис. 3.3

ментов электрической цепи. На рис. 3.3 показана модель системы, составленная из реальных резистивных масс, имеющих место в аккумуляторе: РЬК — свинцовая масса внутренних электрических соединений с омическим сопротивлением RKl и RK2; Pbp — масса свинцового сплава электродных решеток с со-

Рис. 3.4.

изменяется более чем в 8 раз (аэ - температурный коэффициент сопротивления).

противлением Rpl и Rp2; РЬ„ — активная масса отПри этом более чем в 3 раза изменяется внутрен-

рицательного электрода (губчатый свинец) с сопро-

нее омическое сопротивление R0 аккумулятора

тивлением RMl; ЭК — масса электролита с сопротив-

(см. рис. 3.4).

лением НЭ1 и R32; С — электропроводная масса сепа-

При прохождении тока через аккумулятор к его

ратора — параллельное соединение R3 и Rc, где Rc

внутреннему омическому сопротивлению R0 добавля-

сопротивление материала сепаратора; РЬ02 — ак-

ется сопротивление Rn токовой поляризации, и тогда

тивная масса положительного электрода (пористый

полное внутреннее сопротивление аккумулятора оп-

сульфат свинца) с сопротивлением RM2.

Если допустить, что в объеме перечисленных резистивных масс удельное сопротивление распределе-

но равномерно и по аккумулятору электрический ток не протекает, то сумму внутренних резистивностей

аккумулятора (согласно рис. 3.3) можно представить как последовательное соединение сосредоточенных омических сопротивлений:

где R0 — суммарное сопротивление реальных внутренних резистивностей, которое называется внутренним омическим сопротивлением аккумулятора.

Если слагаемые для R0 объединить по приблизитель-

ному равенству удельных сопротивлений, то в сумме R0 останется четыре слагаемых: R0 = RT + R3 + Rc + RM;

все они — омические сопротивления:

R, — сопротивление внутренних тоководов (RK + Rp);

R3

— сопротивление электролита

(R3l + R32);

Rc

— сопротивление сепаратора [R3 RC/(R3 + RC)];

RM

— сопротивление активных масс (RMl + RM2).

 

Сопротивление R3 электролита в свинцово-кислот-

ном аккумуляторе составляет примерно 50% от внут-

реннего омического сопротивления

R0.

 

При разряде аккумулятора активные массы +РЬ

ределяется как: Ra = R0 + Rn- Поляризационная составляющая Rn полного внутреннего сопротивления Ra

аккумулятора в сильной степени зависит от тока через аккумулятор, а также от температуры (рис. 3.5).

О 100 200 300 400 500 |р,А

Рис.3.6.

3.6. Напряжение аккумуляторной батареи

Напряжение U6 аккумуляторной батареи — это

сумма напряжений Ua от шести последовательно соединенных аккумуляторов. Так как напряжения отдель-

и +РЬ02

частично превращаются в сульфат свинца

ных аккумуляторов равны между собой, то U6 = 6 Ua.

PbS04,

а электролит теряет часть своей кислоты.

При этом под напряжением U6 понимается раз-

Это приводит к увеличению внутреннего омическо-

ность потенциалов на выводах батареи, когда по ней

го сопротивления R0. Еще более заметное влияние

протекает электрический ток la. То же самое отно-

на величину R0 оказывает температура. При изме-

сится и к отдельному аккумулятору.

нении температуры в диапазоне (-40...+30°С) ве-

Напряжение, как и электродвижущая сила, из-

личина

удельного сопротивления электролитамеряется в вольтах, но является более удобным

32

Параметры и характеристики автомобильных аккумуляторных батарей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, зарядное устройство подключа-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ется к АКБ по правилу "плюс с плюсом — минус с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

минусом и т.д.".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из формул 3.5 и 3.6 следует, что напряжение акку-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мулятора при разряде меньше ЭДС Еа, а при заряде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

больше — на величину падения напряжения Ua = laRa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на полном внутреннем сопротивлении Ra аккумулятора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следует заметить, что на формирование текуще-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

го значения напряжения Ua(t) аккумулятора как при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

разряде, так и при заряде большое влияние оказы-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вают переходные процессы токовой поляризации у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

электродных пластин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эти процессы учитываются в формулах 3.5 и 3.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

полным внутренним сопротивлением Ra аккумулято-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ра: Ra = R0 + Rn. В состав Ra входят сопротивление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rn поляризации и омическая составляющая внутрен-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

него сопротивления — R0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поляризация — это явление изменения потенциа-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лов электродов от их значения в обесточенном акку-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

муляторе до значения потенциалов под током.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скорость протекания процессов поляризации на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

электрических эквивалентных схемах замещения учи-

 

 

Рис. 3.6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тывается введением поляризационной емкости Сп.

эксплуатационным параметром. Его принято рас-

Поляризация является основной причиной потерь

сматривать для каждого аккумулятора в отдельнос-

внутри аккумулятора при переходе его из режима

ти и подразделять на напряжение

разряда Uap и разряда в режим заряда или при обратном переходе

напряжение заряда Ua3. (Одним из недостатков не-

(подробно о поляризации см. [2] и [5]).

обслуживаемых АКБ является невозможность из-

 

 

 

мерения напряжения на каждом аккумуляторе в

 

 

 

отдельности.)

 

 

 

 

 

 

 

3.7. Емкость и разрядно-зарядные

Значения Uap и иаз легко определяются по эквива-

характеристики аккумулятора

лентным

электрическим

 

схемам

замещения

(рис. 3.6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сухозаряженная свинцово-кислотная аккумуля-

Когда аккумулятор находится под установившим-

торная батарея (АКБ) после первичной заливки

ся током 1ар

разряда (рис. 3.6, а), то уравнение ба-

электролитом и пропитки электродов практически

ланса потенциалов, согласно второму закону Кирхго-

полностью заряжена и готова к эксплуатации без

фа, имеет вид: Еа = lap (RH

+ Ra) = lapRH + lapRa, где

подзарядки.

RH— внешняя резистивная нагрузка; Ra

— полное

• Если теперь АКБ поставить под разряд, то в те-

внутреннее сопротивление аккумулятора. Тогда

чение некоторого времени батарея будет поддержи-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вать на нагрузке электрический ток разряда. При не-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

изменном сопротивлении нагрузки ток разряда будет

 

 

 

 

 

 

(3.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

постепенно уменьшаться, пока не станет равным ну-

При заряде аккумулятора (рис. 3.6, б) постоянным

лю. Тогда количество электричества, отданное бата-

током 1аз баланс потенциалов в замкнутом контуре

реей в нагрузку, можно определить как:

зарядной цепи определяется как равенство алгебра-

, где Сп — полная емкость аккумуля-

ической суммы ЭДС и суммы падений напряжений

тора; l(t) — ток разряда на постоянную нагрузку; t —

(тот же второй закон Кирхгофа):

 

 

 

 

 

продолжительность полного разряда.

ЕВ - Еа =

URa + la3RB. ЗДвСЬ Ев,

RB

ЭДС И ВНуТЗа время t произойдет полный, т.е. предельно глу-

реннее сопротивление выпрямительного устройства.

бокий, разряд батареи (до 1Р = О), что в реальных ус-

Так как Ев - la3RB = Ua3, то

 

 

 

 

 

ловиях эксплуатации недопустимо из-за дальнейшей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

непригодности батареи к работе. Поэтому на практи-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ке емкость аккумулятора определяют при его частич-

 

 

 

 

 

 

(3.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ном, например при 60%-ном разряде постоянным то-

В алгебраической сумме ЭДС (Ев - Еа) знак минус

ком 1Р, а время разряда tp ограничивают достижени-

означает, что Ев и Еа при заряде должны быть вклю-

ем наперед заданной величины напряжения UpH раз-

чены встречно, и Ев должна быть больше Еа.

ряда на клеммах аккумулятора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

 

2 Авготроника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величина нормированной емкости батареи, вы-

 

 

 

 

бранная в качестве паспортного параметра, называ-

 

 

 

 

ется номинальной емкостью батареи.

 

 

 

 

 

Согласно российскому стандарту ГОСТ 959-91Е па-

 

 

 

 

раметрами, по которым определяется номинальная

 

 

 

 

емкость

новой

батареи,

являются

температура

 

 

 

 

Т = 25°С, конечное напряжение разряда UPK = 10,2 В,

 

 

 

 

время разряда tp

= 20 ч, ток разряда 1Р

= 0,05 С(А),

 

 

 

 

где C20 — емкость батареи при 20-ти часовом разря-

 

 

 

 

де при температуре измерения Т = 25°С до значения

 

 

 

 

Ср = 0,4СП. Полная емкость С„ определяется экспери-

 

 

 

 

ментально на этапе конструктивной разработки и ис-

 

 

 

 

пытаний новой модели аккумуляторной батареи. (В

 

 

 

 

обычных обслуживаемых АКБ полная емкость Сп в 3-

 

Рис. 3.7.

 

 

 

 

(3.7)

4 раза меньше теоретически возможной (конструк-

Тогда: С„ = lp tp,

тивной) емкости Ск, которая рассчитывается по коли-

где tp — время разряда (в часах) постоянным током

честву активных масс реагентов, затрачиваемых на

получение одного ампер-часа количества электриче-

разряда 1р (в амперах) до заданного напряжения

ства при разряде.) АКБ паспортизуется по номиналь-

разряда ир„ (в вольтах); С„ — нормированная раз-

ной емкости, которую часто указывают как С20.

рядная емкость батареи (в ампер-часах).

Однако для оценки пусковых качеств стартерной

Так как нормированная емкость Сн

определяется на-

батареи ее номинальная емкость С20

малоинформа-

перед заданными величинами — разрядным током 1Р и

тивна. При стартерных токах разряда 200...500 А и

конечным напряжением разряда UpK, то время разряда

особенно при температурах ниже -18°С количество

tp является метрологическим параметром, по которому

электричества, которое может отдать батарея элект-

при заданных 1Р и Up,, можно определить емкость.

ростартеру, ограничивается из-за ускоренной суль-

В формуле 3.7 конечное напряжение разряда в

фатации электродов под действием больших токов, а

явном виде не присутствует, но именно по нему оп-

при понижении температуры еще и за счет загусте-

ределяется конечное время разряда. Таким обрания электролита.

 

 

 

зом, величины 1Р, tp, UPK являются исходными пара-

Для стартерных режимов разряда ГОСТ 959-91Е

метрами выбора для определения величины норми-

рекомендует определять пусковую способность бата-

рованной емкости батареи, которая в разных стра-

реи

при

двух

различных

значениях

температуры

нах выбирается

по-разному.

Общий

подход такой: (25°С и -18°С) и не по номинальной емкости С20, а

нормированная

емкость

С„

должна

быть

меньше по току разряда 1Р = 3 С20 и по заданному конечному

полной емкости Сп на столько, чтобы при разряде напряжению разряда UpK.

 

 

новой полностью заряженной батареи на величину

Так, для необслуживаемой батареи разряд током

С„ она не теряла бы своей способности к полному

3 С20

при температуре +25°С до напряжения 9 В

восстановлению

при заряде. Кроме того, имеется

должен длиться не менее 30 с. Это означает, что ба-

в виду, что конечное напряжение разряда не мотарея

номинальной

емкостью С20

до

стартерного

жет быть меньше 6 В, так

как

иначе нарушается разряда была полностью заряжена при температуре

работоспособность бортовых электрических и элек-

+25°С.

Если батарея разряжается током 3 С20 при

тронных устройств автомобиля. Для определения

температуре -18°С, то за время 30 с она должна

номинальной емкости

батареи

разряд

проводят разрядиться до напряжения

В.

 

при постоянном токе 1Р

= 0,05С20. В процессе экс-

Немецкий стандарт DIN несколько ужесточаем

плуатации значение нормированной емкости бата-

требования к автомобильным АКБ, вводя нормиро-

реи принимается за номинальное (рабочее) значе-

вание по току холодной прокрутки. Это такой ток

ние С„. При этом переменной величиной является

(близкий к значению 1Р = ЗС20), при котором в кон-

напряжение разряда. Зависимость основных пара-

це 30-й секунды разряда при температуре -18°С ко-

метров аккумулятора от продолжительности разря-

нечное напряжение разряда становится равным за-

да называется

временными

разрядными

характеданной величине (для DIN UPK = 7,2 В). Добавляется

ристиками (рис.

3.7).

 

 

 

 

 

также

требование

обеспечения

напряжения

Обычно считается (при Т = 25°С и 1Р = 0,05 С20),

UpK = 6 В в конце 150-й секунды разряда при темпе-

что при достижении конечным напряжением разря-

ратуре +25°С.

 

 

 

да значения UpK = 10,2 В (1,7 В на отдельном аккуму-

Английский (BSR) и американский (ASR) стандар-

ляторе) батарея полностью разряжена, хотя до пол-

ты по основным требованиям близки к немецкому,

ного истощения ее емкости еще далеко (С„ = 0,4 Сп).

стандарту DIN.

 

 

 

34

Параметры и характеристики автомобильных аккумуляторных батарей

Если на импортной батарее не указана номиналь-

будет длиться 8...9

ч (при I3

= 0,1 Сн) до тех пор, по-

ная емкость С20, ее можно ориентировочно опреде-

ка активные массы на поверхности электродов пол-

лить по току IХП холодной

прокрутки:

 

 

 

ностью не восстановятся. Напряжение заряда на

• Для оценки способности батареи к восприимчи-

аккумуляторе станет равным 2,4 В, и далее при рос-

вости заряда введено понятие зарядной емкости С3.

те L)3

ток заряда будет "работать" на газообразова-

Этаемкостьопределяется какколичествоэлектричест-

ние и разложение воды. Достигнув значения 2,7 В в

ва, которое необходимо сообщить каждому аккумуля-

обслуживаемой батарее, рост зарядного напряже-

тору, чтобы в его электрохимической системе произо-

ния прекратится, и U3 будет оставаться постоянным

шлополноевосстановлениехимическихреагентов, ра-

на протяжении всего времени последующего заря-

нее израсходованных на прямое токообразование.

 

да. Участок зарядной характеристики U3 = f (t3), на

Существуют два основных способа заряда АКБ:

котором параметры U3, , I3

длительно не изменяют-

при постоянном токе заряда (I3 = const) и при посто-

ся,соответствуетпроцессуперезарядааккумулято-

янном напряжении (U3

= const).

 

 

 

 

ра. Обычно перезаряд продолжают 2...3 ч с целью

При постоянном токе заряда емкость определяет-

более полного восстановления

активных реагентов

ся как С3 = I3I3, где IЭ — время заряда до заданного

в порах электродных масс; в этом случае перезаряд

конечного напряжения заряда U3K.

 

 

 

выполняет функции ремонтно-восстановительного

В отличие от разрядной, зарядную емкость норми-

заряда, выравнивающего в аккумуляторах батареи

ровать невозможно. Ее можно только приблизитель-

значения величин

и Е- Во время перезаряда эле-

но оценить по количеству электричества, отданного

ктролит бурлит в аккумуляторах от газовых пузырь-

зарядным устройством аккумулятору.

 

 

 

ков. Газы, выделяющиеся из заливных отверстий,

Для всех свинцово-кислотных аккумуляторов но-

взрывоопасны.

 

 

 

 

минальным

током

заряда

являются

значения

• Принципиальным отличием современных акку-

I3 = 0,1С2о и I3

= 0,05 С-

Конечное

напряжение

муляторных батарей является отсутствие в них актив-

заряда для различных конструкций АКБ может не-

ного газовыделения, а также участка перезаряда на

сколько отличаться. Для обслуживаемых батарей

зарядной характеристике. Это позволяет делать АКБ

U3 K = 16,2 В, для необслуживаемых U3K

= 14,5 В.

необслуживаемыми (без заливных пробок) и даже мо-

Однако окончание заряда контролируют не только

нолитными (без аккумуляторных банок).

 

по конечному напряжению U3K, но и по интенсивно-

Достигнутое реализовано исключением из актив-

му газовыделению у обслуживаемых батарей или по

ных масс электродов и конструктивных свинцовых

резкому падению тока заряда у необслуживаемых.

сплавов веществ, способствующих образованию га-

В стационарных условиях АКБ чаще заряжают в

зовыделения.

 

 

 

 

режиме постоянного тока (I3

= 0,05 С20). На автомо-

Очень важную роль, как положительную, так и от-

билях

- -

в

режиме

постоянного

напряжения рицательную, в прежних конструкциях аккумуляторов

(U3K = 14,5 В), при ограничении максимального тока

играла сурьма. Она вводилась в состав свинцового

заряда значением Iзтах

= (0,2...0,3) С20.

 

 

сплава решеток (до 6%) для придания им требуемой

Время заряда непосредственно зависит от степе-

жесткости. Но, попадая в электролит, сурьма пони-

ни разряженности батареи до начала заряда и изме-

жает

напряжение

начала

газовыделения (до U3=

ряется в процессе заряда в часах. Время заряда пол-

2,3 В), которое наступает задолго до полного заряда

ностью разряженной батареи током I3 = 0,05С20 рав-

аккумулятора. В современных аккумуляторах про-

но 20-ти часам, а током I3

= 0,1С20 — 10-ти часам.

центное содержание сурьмы значительно снижено

• Зависимости всех основных параметров акку-

(не более 1,2%). Это позволило приблизить напряже-

мулятора от продолжительности заряда (от времени

ние

начала газовыделения (U

3=2,4B) к

напряже-

заряда I3) при постоянном токе заряда называются

нию окончания заряда (U3

= 2,41 В). При

достиже-

временными

зарядными

характеристиками.

На

нии

зарядным

напряжением

значения

14,5 В

рис. 3.7

приведены

такие характеристики

для

(2,416 В на один аккумулятор) даже при попытке

lз = 0,1 С20 с продолжительностью заряда 12...13 ч.

удерживать U3 постоянным и равным 2,45 В ток за-

В момент включения зарядного устройства на-

ряда начинает падать. Это приводит к эффекту запи-

пряжение U3

= Еа0 + I3Ro устанавливается

мгновен-

рания процесса заряда; газообразования при этом

но. Далее начинается переходный процесс токовой

не происходит.

 

 

 

 

поляризации (нелинейный участок на зарядной ха-

Разрушительный перезаряд необслуживаемой ба-

рактеристике) и

 

 

 

 

, где

 

 

тареитакможет иметь место при длительном ее заряде

называемая

электродвижущая

сила

поляризации.

напряжением U3 более 14,6...15 В.

 

После этого равновесная электродвижущая сила Еа0

То, что касается жесткости пластин, которая при

аккумулятора начинаетлинейно возрастать из-за ли-

уменьшении содержания сурьмы ослабевает, то она

нейного возрастания плотности эле^ролита под

компенсируется как внесением в конструктивные свин-

действием постоянного тока заряда. Этот процесс

цовые сплавы новых добавок, так и новым конструк-

35

Глава 3

 

 

 

 

тивным исполнением электродов, например помеще-

АКБ. В такой батарее естественный саморазряд свя-

нием пластин электродов в сепараторные конверты, в

зан со следующими причинами:

которых некоторое коробление пластин неопасно.

а)

оседание серной кислоты в электролите (име-

 

 

 

 

ет место перераспределение плотности электролита

 

 

 

 

по высоте, и как следствие — возникновение внут-

3.8. Саморазряд аккумуляторной батареи

ренних токов разряда);

 

 

 

 

б) проникновение электролита к свинцовым ре-

Саморазрядом называют разряд бездействую-

шеткам через трещины в активных массах (вспучи-

щей аккумуляторной батареи, от которой на борту

вание активных масс внутренней сульфатацией и

автомобиля отключены все потребители или которая

возникновение разрядных токов между решеткой и

снята с автомобиля для хранения. Саморазряд мож-

активной массой);

но подразделить на случайный, ускоренный и естест-

в)

появление поверхностной сульфатации на эле-

венный. Случайный и ускоренный протекают непо-

ктродах и на внутренних тоководах (возникновение

средственно на автомобиле и являются следствием

крупных кристаллов сульфата свинца и образование

нарушения правил эксплуатации АКБ.

 

поверхностных токов утечки);

Случайный саморазряд— это неучтенный разряд

г)

наличие примесей в химически активных ве-

АКБ скрытым током утечки на корпус автомобиля, на-

ществах на электродах и в свинцовых сплавах реше-

пример

слаботочной

утечкой через

неисправные ток (образование мелких узлов сульфатации и микро-

бортовые электронные схемы, которые постоянно

токов разряда вокруг них).

подключены к АКБ.

 

 

Все эти причины приводят к медленному, но неот-

Ускоренный саморазряд — это преждевремен-

вратимому разряду запасенной в батарее емкости.

ный разряд токами утечки через грязевые мостики

Они же являются причинами сокращения срока

снаружи батареи между ее клеммами или внутри ак-

службыАКБ.

кумуляторов из-за наличия случайно попавших посто-

Показателем случайного и ускоренного самораз-

ронних примесей, а также из-за замыкания между

ряда является самопроизвольный разряд батареи на

пластинами при осыпании активных масс.

борту автомобиля за непродолжительное время, на-

Естественный саморазряд — это неотвратимое,

пример за одну ночь, который проявляется по мед-

присущее любому ХИТ падение его заряженности

ленной прокрутке ДВС стартером в обычных услови-

при длительном пребывании в обесточенном состоя-

ях пуска.

нии. Применительно к автомобильной АКБ, естест-

Естественный саморазряд неустраним. Он нор-

венный саморазряд имеет место главным образом

мируется ГОСТом 959-91Е по среднесуточному раз-

не на автомобиле, а при хранении на складе. Естест-

ряду в процентах от номинальной емкости полностью

венный

саморазряд

есть проявление

постоянного

заряженной батареи. Для обычной батареи средне-

взаимодействия химически активных реагентов аксуточный разряд, рассчитанный за 14 дней хране-

кумулятора, как между собой, так и с окружающей ния, не должен быть более 0,5% от С20 и не более

средой. В естественном саморазряде проявляется

0,7%, рассчитанный за один месяц.

физическая природа активных химических веществ

Для новых необслуживаемых батарей самораз-

терять со временем свою активность.

ряд в течение одного года не превышает 40% от но-

Если АКБ не заправлена электролитом, она под-

минальной емкости. Это в среднем около 0,1% само-

вержена воздействию кислорода воздуха, его темпе-

разряда в сутки от величины С20

и не менее четырех

ратуры и влажности. Как следствие, электроды сухо-

лет надежной работы при правильной эксплуатации.

заряженных АКБ могут утратить свою активность, а

По рекламным данным фирм, выпускающих моно-

свинцовые решетки и внутренние электросоедине-

литные трубчатые АКБ, их саморазряд за один год

ния — окислиться. Такая батарея при ее заливке эле-

хранения не превышает 25...30% от С2о, а срок

ктролитом не наберет номинальной емкости даже по-

службы, выраженный в пусковых циклах, равен

сле тренировочного зарядного цикла.

10...12 тыс. (7-8 лет ежедневной эксплуатации.)

Чтобы свести к минимуму вредное влияние атмо-

На рис. 3.8 показано, как снижается скорость са-

сферного воздуха на батареи, хранящиеся в сухоза-

моразряда и увеличивается срок службы по мере со-

ряженном состоянии, в последнее время заводы-из-

вершенствования конструкций аккумуляторных бата-

готовители стали поставлять свою продукцию потре-

рей. На рисунке цифрами 1, 2, 3, 4 соответственно

бителю только в герметичной целлофановой упаков-

обозначены обслуживаемая,

малообслуживаемая,

ке и в картонной коробке. В таком состоянии сухоза-

необслуживаемая и монолитная батареи.

ряженная АКБ может храниться до 3-х лет на складе

Следует заметить, что при любой конструкции АКБ

при пониженной температуре.

суточный саморазряд протекает медленнее при

Но особенно сложно защитить от саморазряда

уменьшении плотности электролита и при понижении

уже залитую электролитом и полностью заряженную

его температуры.

 

36

Параметры и характеристики автомобильных аккумуляторных батарей

Рис. 3.8.

С уменьшением плотности электролита уменьшается концентрация серной кислоты, что понижает ин-

тенсивность растворения свинца на отрицательных пластинах. Саморазряд батареи замедляется. При изменении плотности в интервале от 1,3 до 1,15 г/см3 суточный саморазряд уменьшается на 10. ..15%. Срок службы батареи при этом увеличивается.

При падении температуры ниже 0°С саморазряд резко ограничивается. Из этого следует практическая рекомендация хранить залитые электролитом батареи при минусовой температуре и в полностью заряженном состоянии.

При температуре хранения Т = -30°С естественный саморазряд практически прекращается. Батарея может храниться достаточно долго (более 8... 10 лет) и в сухозаряженном, и в залитом состоянии.

Так же, как и при обычном разряде, плотность электролита может служить достоверной мерой саморазряда батареи . Именно по плотности электролита в заряженной и залитой батарее определяют состояние ее разряженности при хранении в складских условиях.

Следует отметить, что по мере углубления саморазряда скорость его возрастает. Это приводит к необходимости постоянного подзаряда АКБ во время хранения. Скорость саморазряда возрастает и к концу срока службы батареи. Батарея, потерявшая при хранении более 30...40% своей номинальной емкости, непригодна для установки на автомобиль без проведения полного цикла зарядно-разрядной тренировки в стационарных условиях.

Если после такой процедуры АКБ не набирает больше 60% от номинальной емкости, она подлежит утилизации.

В заключение приведена сводная таблица 3.2 основных параметров необслуживаемых АКБ.

Таблица 3.2. Основные параметры аккумуляторных батарей

37

Глава четвертая

СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

АВТОМОБИЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Предыдущие главы по автомобильным аккумуляторам, вторая и третья, представляют собой краткое учебное пособие АЛЯ самостоятельной подготовки специалиста частного автосервиса, имеющего желание углубить свои теоретические познания. Настоящая глава завершает тему практическими рекомендациями по техническому обслуживанию аккумуляторных батарей в условиях частного автосервиса.

4.1. Общие сведения

Современные автомобильные аккумуляторные батареи (АКБ) имеют малообслуживаемую или полностью необслуживаемую конструкцию и, в отличие от прежних, ремонту с разборкой не подлежат.

Тогда эксплуатационно-технические мероприятия

по сервисному обслуживанию АКБ нового поколения сводятся к следующему:

-Хранение новых батарей, сухозаряженных или залитых.

-Первичная заливка малообслуживаемых сухозаряженных АКБ.

-Снятие АКБ с автомобиля на временное хранение.

-Профилактический подзаряд АКБ.

Восстановительно-ремонтный (уравнительный) заряд АКБ.

Контрольно-тренировочный зарядно-разряд-

ный

цикл.

 

 

 

 

 

— Сезонное обслуживание АКБ.

 

 

 

 

Сервисное обслуживание предполагает проведе-

 

 

 

ние работ в условиях аккумуляторного участка на

 

 

 

станции технического обслуживания или на авто-

 

 

 

транспортном предприятии. Если имеются необходи-

 

 

 

мые технические средства, то перечисленные меро-

 

 

 

приятия могут проводиться и в условиях частного ав-

 

 

 

тосервиса. В этом случае необходимо иметь набор

 

 

 

следующих технических средств:

 

 

 

 

а) Специально отведенное место, поближе к вы-

 

 

 

тяжке или к свежему воздуху, где следует оборудо-

 

Рис. 4.1.

 

вать небольшой аккумуляторный стенд. На стенде

 

 

 

в неприспособленном под аккумуляторный участок

в) Набор аксессуаров, в который входят: часы t

помещении можно проводить техническое обслу-

со звуковым сигналом; аэрометр у (денсиметр), или

живание

только одной

аккумуляторной

батареи. поплавковый плотномер; лабораторный термометр

Приготовление электролита в таких условиях про-

Т (Ю...50)°С; нагрузочная вилка НВ с удлиненным

водить не следует.

 

 

гибким проводом; три аптечные бутыли с притерты-

б) Зарядно-разрядное устройство с сетевым

ми пробками из толстого стекла разных оттенков

трансформатором ТС

мощностью

не менееемкостью не более 2...3 литров (для хранения дис-

300...400 ВА, с комплектом измерительных прибо-

тиллированной воды, доливочного и готового к упо-

ров V, А и реостатом R (рис. 4.1).

 

треблению электролита); мерная посуда М и лейки Л

38

Сервисное обслуживание автомобильных аккумуляторных батарей

Рис.4.2.

из пластмассы; захватные щипцы Щ для переноса

АКБ (рис. 4.2).

г) Комплект индивидуальных средств защиты от кислотных ожогов и отравления: фартук, резиновые перчатки, защитные очки и респиратор, мыло и емкость (8...10 л) с питьевой водой (рис. 4.3).

Рис. 4.3.

4.2.Хранение батарей

Срок хранения до начала эксплуатации и условия хранения малообслуживаемых сухих и необслуживае-

мых залитых АКБ, как правило, указаны в сервисной книжке или в прилагаемой инструкции.

Стандартныеусловияхраненияследующие:

а) Не следует вскрывать заводскую целлофановую упаковку батареи до начала эксплуатации. Упаковка

предохраняет АКБ от прямого контакта с атмосферным воздухом, кислород и влага которого ускоряют

«старение» активных реагентов и токовых выводов аккумуляторной батареи. Герметично упакованная сухозаряженная АКБ может храниться до 3-х лет.

б) В летнее время хранить АКБ лучше в прохлад-

ном помещении, защищенном от прямых солнечных лучей. Зимой температура в хранилище может быть

минусовой. При этом следует иметь ввиду, что АКБ с плотностью электролита у < 1Д5 может замерзнуть

уже при -14°С. Замерзший электролит несет в себе угрозу растрескивания и последующего оползания активных масс аккумуляторов.

в) Умеренно пониженные температуры благоприятны для хранения АКБ, залитых электролитом (необслуживаемых и снятых с эксплуатации), так как при этом резко ограничивается саморазряд АКБ.

г) Общего тока саморазряда для всех аккумуляторов в АКБ быть не может, так как саморазряду подвергается каждый аккумулятор в отдельности. Если

при этом в один из них случайно попадает частица грязи или металла, процесс саморазряда в этом ак-

кумуляторе заметно ускоряется. Как следствие, в АКБ, снятой с эксплуатации после длительного ее хранения без подзаряда, наблюдается неравномерность плотности электролита, а значит, и степени разряженности аккумуляторов в разных банках. Если

такую

АКБ не подвергнуть уравнительному заряду,

она быстро выходит из строя.

д)

Саморазряд проходит медленнее при пониже-

нии температуры. Так, если заряженная АКБ хранится при температуре 0°С, то она разряжается на 0,5% за 8-9 месяцев. При температуре +15°С саморазряд протекает в 4 раза быстрее. При хранении АКБ без

подзаряда в жарких регионах она полностью разрядится за один год и придет в негодность.

Из сказанного ясно, что хранить любую аккумуляторную батарею лучше при пониженной температуре.

в) Хранение снятых с эксплуатации АКБ более трех месяцев, а необслуживаемых более шести месяцев в обычных условиях без подзаряда может стать причиной заметного снижения их емкости и ускоренного старения. Подзарядка новых необслужи-

ваемых АКБ при хранении не разрешена заводом-из- готовителем. Поэтому срок хранения новых залитых

электролитом необслуживаемых батарей не может быть более полугода. При покупке новой необслуживаемой АКБ это надо иметь в виду.

ж) Снятые с эксплуатации АКБ для хранения в обычных условиях должны быть сразу полностью за-

ряжены и в дальнейшем регулярно подвергаться профилактическому подзаряду не реже одного раза

в 3 месяца.

39

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]