Автомобильный стартерный аккумулятор представляет собой химический источник электрической энергии, функционирование которого основано на применении обратимых электрохимических реакций. Простой свинцовый аккумулятор состоит из положительного электрода, активным веществом которого служит двуокись свинца (темно-коричневого оттенка), и отрицательного электрода, активным веществом которого является губчатый свинец (серого цвета). Если оба электрода разместить в контейнере с электролитом (раствор серной кислоты в дистиллированной воде), то между электродами возникнет электрическая разность потенциалов.
При подключении нагрузки (потребителя) к электродам в цепи начнет протекать электрический ток, и аккумулятор начнет разряжаться. В процессе разряда из электролита расходуется серная кислота, а в то же время в электролит поступает вода. Поэтому с течением времени разряда свинцового аккумулятора снижается концентрация серной кислоты, что приводит к снижению плотности электролита. При заряде происходят противоположные химические реакции – в электролит поступает серная кислота, а вода расходуется. В этом случае плотность электролита во время заряда увеличивается. Поскольку во время разряда и заряда изменяется плотность электролита, можно по ее значению оценить степень заряженности аккумулятора, что и используется на практике.
Ключевыми электрическими параметрами аккумулятора выступают электродвижущая сила, напряжение и ёмкость.
Электродвижущей силой (э.д.с.) аккумулятора принято называть разницу потенциалов между его электродами при отсутствии замыкания внешней цепи. Параметр э.д.с. исправного аккумулятора зависит от плотности электролита (степени его зарядки) и колеблется в пределах от 1,92 до 2,15 вольта.
Напряжение аккумулятора представляет собой разность потенциалов между его терминалами, измеренную под нагрузкой. Номинальное напряжение свинцового аккумулятора составляет 2 вольта. Напряжение при разряде элемента зависит от величины тока разряда, времени разряда и температуры электролита и всегда ниже значения э.д.с. Разряжать аккумулятор ниже установленного лимита, называемого конечным разрядным напряжением, опасно, поскольку это может вызвать переполюсовку и повреждение активной массы электродов. Напряжение во время заряда зависит, прежде всего, от уровня заряженности аккумулятора, его температуры и всегда превышает значение э.д.с.
Емкость аккумулятора определяется как общее количество электричества, которое полностью заряженный аккумулятор способен отдать при разряде до предельно допустимого конечного разрядного напряжения. Емкость аккумулятора выражается в ампер-часах и рассчитывается как произведение значения разрядного тока (в амперах) на длительность разряда (в часах). Емкость аккумулятора зависит от объема активной массы (количества и размеров электродов), значения разрядного тока, плотности и температуры электролита, а также от срока службы аккумулятора и представляет собой одну из его ключевых эксплуатационных характеристик. При высоких значениях разрядных токов, при низких температурах электролита и в конце срока службы емкость, которая оказывается в распоряжении аккумулятора, уменьшается. Номинальной емкостью аккумулятора считается емкость, которую аккумулятор должен выдавать при разряде током, соответствующим 20-часовому или 10-часовому разряду, то есть при разрядном токе, равном соответственно 0,05 и 0,1 от номинальной емкости.
Стартерный автомобильный аккумулятор состоит из 6 идентичных аккумуляторов, соединенных последовательно. При таком способе соединения номинальное напряжение аккумулятора равно сумме номинальных напряжений каждого из аккумуляторов и составляет 12 вольт, при этом номинальная емкость батареи остается равной емкости одного из аккумуляторов.
Приведение АКБ в рабочее состояние
Необходимая плотность электролита, г/см³. Объем воды, л. Объем раствора серной кислоты, плотностью 1,40 г/см³, л.
| 1,20 | 0,547 | 0,476 |
| 1,21 | 0,519 | 0,500 |
| 1,22 | 0,491 | 0,524 |
| 1,23 | 0,465 | 0,549 |
| 1,24 | 0,438 | 0,572 |
| 1,25 | 0,410 | 0,601 |
| 1,26 | 0,382 | 0,624 |
| 1,27 | 0,357 | 0,652 |
| 1,28 | 0,329 | 0,679 |
| 1,29 | 0,302 | 0,705 |
| 1,31 | 0,246 | 0,760 |
Автомобильные аккумуляторные батареи, которые изготавливаются в сухозаряженном виде, для запуска в рабочий режим требуют заливки электролита, а затем после пропитки электродов нужно измерить плотность электролита и выполнить подзарядку батареи. При температуре воздуха до -15°C в аккумуляторы заливают электролит плотностью 1,24 г/см³. Если температура колеблется от -15°C до -30°C, плотность увеличивают до 1,26, а при температуре ниже -30°C – до 1,28 г/см³.
Электролит нужной плотности можно изготовить непосредственно из кислоты и воды. Тем не менее, удобнее использовать раствор кислоты плотностью 1,40 г/см³. Объем воды и раствора, необходимый для получения 1 л электролита, представлен в таблице 1. Серная кислота измеряется не в литрах, а в килограммах. Для перевода литров в килограммы необходимо применять коэффициент 1,83.
Плотность электролита определяется при помощи ареометра. Этот прибор представляет собой цилиндр с резиновой грушей и трубкой для забора жидкости, а также денсиметр (поплавок). Для того чтобы узнать плотность электролита, нужно сжать резиновую грушу ареометра, поместить конец заборной трубки в электролит и медленно отпустить грушу. Как только денсиметр всплывет, необходимо по его шкале определить плотность электролита в батарее. Во время измерений следует следить за тем, чтобы денсиметр свободно плавал в электролите (не прилипал к стенкам цилиндра).
Измерение плотности электролита при помощи ареометра.
Плотность электролита варьируется в зависимости от температуры. Начальной температурой электролита принимается 25°C. При каждом изменении температуры на 15°C плотность меняется примерно на 0,01 г/см³. Поэтому при определении плотности электролита нужно учитывать его температуру и в необходимых ситуациях корректировать данные ареометра, используя таблицу 2.
Электролит в аккумулятор нужно заливать тонкой струей, используя фарфоровую, полиэтиленовую или эбонитовую кружку и стеклянную, полиэтиленовую или эбонитовую воронку.
Температура электролита, С° Корректировка к данным, г/см³
| От -55 до -41 | -0,05 |
| От -40 до -26 | -0,04 |
| От -25 до -11 | -0,03 |
| От -10 до 4 | -0,02 |
| От 5 до 19 | -0,01 |
| От 20 до 30 | 0,00 |
| От 31 до 45 | +0,01 |
| ОТ 46 до 60 | +0,02 |
Температура электролита не должна быть ниже 15°С и выше 25°С. После заливки электролита и пропитки электродов контроль плотности электролита выполняется не ранее 20 минут и не позднее 2 часов. Если плотность электролита снижается не более чем на 0,03 г/см³ по сравнению с плотностью заливаемого электролита, использование батареи разрешается. Если же плотность электролита уменьшается более чем на 0,03 г/см³, то батарея подлежит подзаряду. Время первого подзаряда зависит от периода хранения батареи в сухом состоянии с момента производства до её подготовки к эксплуатации. Завершение подзаряда определяется по стабильности напряжения аккумулятора и плотности электролита в течение 2 часов.
Заряд аккумуляторных батарей
Аккумуляторные батареи заряжаются при их приведении в рабочее состояние, в ходе контрольно-тренировочного цикла, а также регулярно во время эксплуатации и при разрядах ниже допустимых значений. Перед началом зарядки проводится измерение плотности и уровня электролита во всех аккумуляторах батареи. В тех аккумуляторах, где уровень недостаточен, он доводится до нормы путем добавления дистиллированной воды (но не электролита!).
Заряжать свинцовые аккумуляторы следует от источника постоянного тока. При этом зарядное устройство, предназначенное для одной 12-вольтовой батареи, должно быть способно повысить зарядное напряжение до 16,0-16,5 В, иначе невозможно будет полностью зарядить современный необслуживаемый аккумулятор (до 100% его фактической емкости). Положительный провод (клемма) зарядного устройства подключают к положительному выводу батареи, а отрицательный — к отрицательному. В процессе эксплуатации обычно используют один из двух методов зарядки батареи: заряд с постоянным током или заряд с постоянным напряжением. Оба этих способа равнозначны с точки зрения их влияния на срок службы батареи.
Зарядка при постоянном токе осуществляется током, который составляет 0,1 от номинальной емкости в условиях 20-часового разряда. К примеру, для аккумулятора с емкостью 60 А-ч ток заряда должен составлять 6 А. Для обеспечения стабилизации тока в течение всего процесса зарядки требуется регулирующее устройство. Недостатком такого метода является необходимость постоянного контроля и настройки зарядного тока, а также значительное газовыделение в конце зарядного процесса. Для уменьшения газовыделения и повышения степени заряженности аккумулятора целесообразно осуществлять ступенчатое снижение силы тока по мере увеличения зарядного напряжения. Когда напряжение достигает 14,4 В, зарядный ток следует сократить вдвое (до 3 А для батареи с емкостью 60 А-ч) и продолжать заряд при этом токе до начала газовыделения. При зарядке аккумуляторов без отверстий для доливки воды целесообразно при увеличении напряжения до 15 В снова уменьшить ток в два раза (до 1,5 А для батарей с емкостью 60 А-ч). Аккумулятор считается полностью заряженным, когда ток и напряжение остаются стабильными в течение 1-2 часов. Для современных необслуживаемых батарей такое состояние достигается при напряжении 16,3-16,4 В в зависимости от состава сплавов решеток и чистоты электролита (при его нормальном уровне).
Во время зарядки батарей температура электролита повышается, поэтому важно следить за ее уровнем, особенно к завершению процесса зарядки. Она не должна превышать 45°C. Если температура окажется выше, необходимо уменьшить зарядный ток вдвое или временно прекратить зарядку до тех пор, пока электролит не остынет до 30…35°C.
Если в конце зарядки плотность электролита отличается от стандартной, нужно сделать корректировку, добавив дистиллированную воду, если плотность выше нормы, или раствор серной кислоты плотностью 1,40 г/см³, когда она ниже нормы. Корректировку плотности следует выполнять только в конце зарядки, когда плотность электролита перестает расти, и за счет «кипения» обеспечивается быстрое полноценное перемешивание. Объем изымаемого электролита и добавляемой воды или кислоты для каждого аккумулятора можно определить, опираясь на данные таблицы 3. После коррекции продолжите зарядку в течение 30-40 минут, затем снова измерьте плотность, и если она снова не в норме, проверьте ее еще раз.
| Плотность электролита в АКБ, г/см 3 | Необходимая плотность, г/см 3 | |||||
| 1,24 | 1,25 | |||||
| Отсос электролита | Доливка раствора 1,40 г/см 3 | Доливка воды | Отсос электролита | Доливка раствора 1,40 г/см 3 | Доливка воды | |
| 1,24 | – | – | – | 60 | 62 | – |
| 1,25 | 44 | – | 45 | – | – | – |
| 1,26 | 85 | – | 88 | 39 | – | 40 |
| 1,27 | 122 | – | 126 | 78 | – | 80 |
| 1,28 | 156 | – | 162 | 117 | – | 120 |
| 1,29 | 190 | – | 200 | 158 | – | 162 |
| 1,30 | – | – | – | – | – | – |
| Плотность электролита в АКБ, г/см 3 | Необходимая плотность, г/см 3 | |||||
| 1,26 | 1,27 | |||||
| Отсос электролита | Доливка раствора 1,40 г/см 3 | Доливка воды | Отсос электролита | Доливка раствора 1,40 г/см 3 | Доливка воды | |
| 1,24 | 120 | 125 | – | 173 | 175 | – |
| 1,25 | 65 | 70 | – | 118 | 120 | – |
| 1,26 | – | – | – | 65 | 66 | – |
| 1,27 | 40 | – | 43 | – | – | – |
| 1,28 | 80 | – | 86 | 40 | – | 43 |
| 1,29 | 123 | – | 127 | 75 | – | 78 |
| 1,30 | – | – | – | 109 | – | 113 |
| Для пользования таблицей ее данные необходимо умножить на объем одного аккумулятора батареи, выраженный в литрах. | |||||||||
| Плотность электролита в АКБ, г/см 3 | Необходимая плотность, г/см 3 | ||||||||
| 1,29 | 1,31 | ||||||||
| Отсос электролита | Доливка раствора 1,40 г/см 3 | Доливка воды | Отсос электролита | Доливка раствора 1,40 г/см 3 | Доливка воды | ||||
| 1,24 | 252 | 256 | – | – | – | – | |||
| 1,25 | 215 | 220 | – | – | – | – | |||
| 1,26 | 177 | 180 | – | 290 | 294 | – | |||
| 1,27 | 122 | 126 | – | 246 | 250 | – | |||
| 1,28 | 63 | 65 | – | 198 | 202 | – | |||
| 1,29 | – | – | – | 143 | 146 | – | |||
| 1,30 | 36 | – | 38 | 79 | 81 | – | |||
Уровень электролита в эксплуатации определяется после завершения корректировки плотности и не раньше, чем спустя полчаса после отключения аккумуляторов от зарядки. Если уровень электролита ниже установленного, необходимо в аккумулятор внести электролит с аналогичной плотностью.
При зарядке при неизменном напряжении уровень заряженности аккумулятора в конце процесса напрямую зависит от значения зарядного напряжения, которое создает зарядное устройство. Например, за 24 часа непрерывной зарядки при напряжении 14,4 В полностью разряженная 12-вольтовая батарея будет заряжена на 75-85%, при напряжении 15 В – на 85-90%, а при напряжении 16 В – на 95-97%. Полное восстановление разряженной батареи в течение 20-24 часов возможно при напряжении зарядного устройства 16,3-16,4 В. В начальный момент включения тока его величина может достигать 40-50 А и более, в зависимости от внутреннего сопротивления (емкости) и степени разряда батареи. Поэтому зарядные устройства оснащаются схемами, которые ограничивают максимальный ток зарядки. В процессе зарядки напряжение на клеммах батареи постепенно повышается и приближается к уровню напряжения зарядного устройства, а величина тока зарядки, соответственно, уменьшается и стремится к нулю в конце процесса. Это позволяет осуществлять зарядку без человеческого вмешательства в полностью автоматическом режиме. Ошибочно считать критерием завершения зарядки в таких устройствах достижение напряжения на клеммах батареи при её заряде, равного 14,4±0,1 В. Обычно при этом загорается зеленый индикатор, показывающий достижение установленного конечного напряжения, то есть завершение зарядки. Однако для адекватной (на 90-95%) зарядки современных необслуживаемых аккумуляторов с помощью таких зарядных устройств, имеющих максимальное зарядное напряжение 14,4-14,5 В, потребуется около суток.
Ускоренный комбинированный метод заряда используется, когда требуется полностью зарядить аккумуляторные батареи за короткий промежуток времени. Этот процесс осуществляется в два этапа. В начале заряд батарей выполняется при постоянном напряжении, а на втором этапе – при постоянном значении тока. Переход к зарядке батарей с фиксированным значением тока осуществляется по достижению уровня 1/10 от емкости на первом этапе.
Контрольно-тренировочный цикл
Контрольно-тренировочный цикл осуществляют для проверки технического состояния аккумуляторов, оценки их емкости и исправления аккумуляторов, демонстрирующих низкие результаты. К отстающим относятся аккумуляторы батареи, параметры которых ниже, чем у остальных.
В процессе контрольно-тренировочного цикла осуществляются:
- предварительный полный заряд;
- контрольный (тренировочный) разряд током 10-часового режима;
- окончательный полный заряд.
Тип аккумулятора Ток разряда, А
| 6СТ-45 | 4,2 |
| 6СТ-50 | 4,5 |
| 6СТ-55 | 5,0 |
| 6СТ-60 | 5,4 |
| 6СТ-75 | 6,8 |
| 6СТ-82 | 7,5 |
| 6СТ-90 | 8,1 |
| 6СТ-105 | 9,5 |
Предварительный полный заряд при КТЦ осуществляется зарядным током, равным 1/10 ёмкости аккумулятора. Перед началом контрольного разряда температура электролита должна составлять 18…27°С. Значение разрядного тока для аккумуляторных батарей должно соответствовать данным, приведённым в таблице 4.
Необходимо строго соблюдать постоянство разрядного тока на протяжении всего процесса разряда. Он продолжается до уровня конечного напряжения 10,2 В. При понижении напряжения до 11,1 В замеры проводятся каждые 15 минут, а при достижении напряжения 10,5 В измерения осуществляются непрерывно до завершения зарядки.
Определение емкости, выдаваемой аккумулятором, осуществляется в процентах от номинальной согласно таблице. Реальная емкость, получаемая при тестовом разряде, может быть ниже или выше номинальной. Завершение полного заряда автомобильных аккумуляторов происходит с нормальным зарядным током с учетом всех требований и корректировкой плотности электролита в завершение процесса зарядки.
