Соснин - Автотроника
.pdfГлава 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 С2о (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 Е0а- 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 С2о- |
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