Аккумуляторный ликбез: общее знакомство с автомобильными аккумуляторами

18.11.13 | Рубрика: Аккумуляторный ликбез, Эксплуатация аккумуляторов. Просмотры: 7 824

При поддержке крупнейшего японского производителя аккумуляторов GS Yuasa мы начинаем публикацию цикла статей под названием «Аккумуляторный ликбез», охватывающих многие аспекты работы и обращения с автомобильными аккумуляторными батареями. Попутно мы развенчаем некоторые популярные мифы, распространенные в аккумуляторной сфере. Мы надеемся, что эта информация, изложенная в доступной форме, будет полезна как обычным автовладельцам, так и профессиональным участникам аккумуляторного рынка.

Что такое аккумулятор?

Во-первых, распространенное среди автовладельцев название «аккумулятор» — не совсем верно. Правильнее говорить «аккумуляторная батарея» или АКБ (профессиональная аббревиатура).

Аккумуляторная батарея – это устройство из нескольких электрических аккумуляторов (в 12В батарее их шесть), объединенных перемычками в единую цепь, предназначенное для хранения электроэнергии в химической форме и дальнейшей ее передачи в виде постоянного тока контролируемым способом.

Все типы электрических аккумуляторов содержат положительные и отрицательные электроды, погруженные в электролит, вся конструкция при этом помещена в контейнер. Наиболее распространенный на сегодняшний день тип батарей, применяемых в автомобилях — свинцово-кислотный. Именно о нем и пойдет речь в наших публикациях.

Свинцово-кислотные АКБ – это тип батарей, у которых положительные и отрицательные электроды произведены из сплава свинца и размещены в растворе серной кислоты (электролите).

Свинцово-кислотные батареи являются перезаряжаемыми АКБ. Это означает, что их можно заряжать снова и снова после того, как они разрядятся. Первичные элементы, напротив, заряжаются всего один раз, а потом выбрасываются (например, — батарейки для фонариков и радиоприемников).

Каков принцип работы АКБ?

Положительный электрод аккумулятора изготавливается из диоксида свинца, отрицательный электрод — из пористого свинца. Когда электрическая нагрузка подается на АКБ (например, при включении фар или вращении стартера), электроток протекает через электролит батареи и внешнюю нагрузку. В результате АКБ разряжается, химический состав электродов меняется, превращаясь в сульфат свинца.

Батарея может быть заряжена при пропускании через нее тока от внешнего источника питания, такого как генератор, динамомашина или зарядное устройство. При этом сульфат свинца превращается в исходный материал – диоксид свинца и пористый свинец.

По мере зарядки АКБ происходит процесс гидролиза, — электричество расщепляет воду в электролите на две составляющие – водород и кислород. Вот почему батарея выделяет газ при ее зарядке.

Из чего изготовлена АКБ?

Решетки

Так как положительные и отрицательные электроды изготовлены из мягких материалов, им нужна связующая механическая опора, в качестве которой служит решетка из сплава свинца. Применение сплавов обусловлено тем, что чистый без примесей свинец имеет также мягкую структуру.

Помимо удержания активной массы электродов решетка выполняет функцию проводника электричества от электродов к внешним потребителям.

Электроды

На первом этапе производства электроды изготавливаются из смеси оксида и сульфата свинца. Затем во время первой зарядки АКБ эта смесь превращается в диоксид свинца в положительном электроде и в пористый свинец в отрицательном. Отрицательный электрод также содержит некоторое количество добавок, улучшающих стартерные характеристики батареи при низких температурах.

Комбинация решетки и электрода обычно называется пластиной.

Электролит

Электролит – это водный раствор серной кислоты. Он служит проводником электрических ионов между положительными и отрицательными пластинами при заряде и разряде АКБ. Кислота также принимает участие в саморазряде батареи, так как сульфат-ионы вступают в химическую реакцию на электродах и образуют сульфат свинца.

Сепаратор

Сепаратор – это изолятор, помещенный между положительным и отрицательным электродом с целью предупреждения короткого замыкания. Сепаратор должен быть микропористым, т.е. иметь маленькие отверстия, для того чтобы ионы могли пройти через сепаратор от одной пластины к другой. Он также должен выдерживать высокие температуры и кислотную среду внутри АКБ.

Большинство современных сепараторов изготавливают из микропористого полиэтилена, свойства которого наиболее подходят для работы в агрессивной среде свинцово-кислотных батарей.

Корпус и крышка

Обычно они изготавливаются из сополимера полипропилена (PP), который легок, но в то же время очень прочен. В отличие от других видов пластика полипропилен не становится хрупким при низких температурах и имеет высокую ударопрочность. Он не разрушается при соприкосновении с кислотой и другими жидкостями, которые используются в автомобиле (бензин, дизельное топливо, тормозная жидкость, антифриз).

1 — решетка положительного электрода; 2 — положительный электрод; 3 — сепаратор; 4 — решетка отрицательного электрода; 5 — отрицательный электрод; 6 — блок отрицательных электродов; 7 — секция аккумуляторной батареи; 8 — блок положительных электродов.

Что такое необслуживаемая АКБ?

30 лет назад аккумуляторы очень быстро теряли воду, и автомобилистам рекомендовалось проверять уровень кислоты в батарее каждую неделю! Современные необслуживаемые АКБ не требуют доливки воды в течение всего срока службы при их эксплуатации в нормальных условиях. В связи с этим срок службы АКБ более чем удвоился – с 2 лет до 4-5 лет.

В прошлом решетки АКБ изготавливали из сплава свинца с добавлением 10% сурьмы. Сурьма увеличивала прочность решетки, так как чистый свинец очень мягок. К сожалению, часть сурьмы растворялась в кислоте, и батарея теряла воду.

По мере усовершенствования аккумуляторных технологий содержание сурьмы снизилось с 10% до 1,5%, такое снижение сделало АКБ малообслуживаемыми, теперь они требовали внимания лишь один раз в год.

Последним усовершенствованием стало добавление вместо сурьмы 0,1% кальция для придания прочности решеткам (так называемые «кальциевые» аккумуляторы). В результате, электролит теперь меньше загрязняется, а потери воды значительно снизились. Такие аккумуляторы получили название необслуживаемые, так как долив воды в них не требуется на протяжении всего срока службы.

МИФ: Необслуживаемый аккумулятор — это аккумулятор, у которого нет заливочных пробок на крышке.

На самом деле, термин «необслуживаемый» относится к отсутствию необходимости доливки воды во время эксплуатации батареи, при этом конструкция крышки может разной — как с пробками, так и без них.

Почему аккумуляторы «умирают»?

Избыточный заряд

Исправная система зарядки современных машин подзаряжает полностью заряженную батарею только малым током. Когда же генератор дает сбой, гораздо больший ток проходит через АКБ при работе автомобиля. Этот ток заставляет АКБ быстро терять воду (это относится даже к необслуживаемым АКБ), ухудшая ее характеристики, а также снижает срок ее службы, повреждая положительные решетки.

Темно-коричневый или черный налет на нижней части вентиляционных пробок – верный признак избыточного заряда.

Если генератор имеет напряжение выше 14,8В при нормальной температуре, это указывает на то, что система зарядки автомобиля неисправна. При широко распространенной неисправности диода в выпрямителе, зарядное напряжение в АКБ будет составлять 16В. В этом случае генератор должен быть незамедлительно отремонтирован, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение АКБ.

Примечание: В новейших автомобилях с системой Start-Stop и рекуперацией энергии торможения используется более высокое напряжение (15,2В), чтобы увеличить эффективность и сократить время зарядки от генератора.

Эксплуатация в режиме «глубокого разряда–заряда»

Современные зарядные системы сохраняют АКБ в высокой степени заряженности (SOC) в большинстве случаев обычной эксплуатации автомобиля. Однако, батарея может разрядиться в сложных условиях или если автомобиль будет простаивать с электрической нагрузкой, например с включенными фарами. В современных автомобилях всегда есть постоянная утечка тока из АКБ, благодаря компьютерам, сигнализациям, часам и другим постоянным потребителям энергии. В зависимости от автомобиля на это могут понадобиться недели или месяцы.

Автомобильные АКБ созданы с возможностью принимать ограниченное количество циклов заряда и разряда, но они не созданы для работы в условиях непрерывных циклов заряда и разряда (режим глубокого разряда-заряда). Для таких условий используются специальные «тяговые» батареи.

Продолжительная эксплуатация в условиях глубокого разряда-заряда автомобильных АКБ приведет к выходу их из строя, так как активная масса положительного электрода будет осыпаться на дно АКБ, снижая способность пластин сохранять электричество.

Большое количество маленьких черных и коричневых частиц в электролите указывает на то, что АКБ работает в условиях глубокого разряда-заряда.

Сульфатация

Сульфатация – это неотъемлемая часть в процессе работы АКБ, — она происходит всегда при разряде АКБ. Когда батарея подзаряжается, сульфат свинца снова превращается в активный материал.

Если же АКБ долго хранится разряженной, сульфатация постепенно переходит в такую стадию, когда при зарядке она уже не может быть обращена полностью в активный материал. Поэтому после зарядки батарея не будет иметь своих первоначальных характеристик. При глубокой сульфатации электродов батареи, автомобиль может не завестись.

Недозаряд

Недозаряд происходит, когда АКБ не получает достаточного заряда от генератора. Состояние постоянного недозаряда постепенно приведет к глубокой сульфатации. Эта неисправность может быть вызвана тем, что автомобиль используется редко, часто используется в режиме езды на короткие дистанции или если автомобиль эксплуатируется в режиме Start-Stop в городских условиях. Недозаряд может быть также вызван напряжением генератора ниже рекомендованного уровня в 13,6-13,8 В.

Читайте также:

Источник: GS Yuasa