| |||
| Аккумуляторы |
|
Про аккумулятор чаще всего мы вспоминаем тогда, когда не заводится автомобиль, а чтобы такая "приятная неожиданность" наступила с бОльшим опозданием, неплохо было бы соблюдать некоторые простые правила и кое-что знать об аккумуляторе.
Самая распространенная ошибка при появившихся сомнениях в аккумуляторе - это когда из-за низкой плотности электролита сразу возникает огромное желание добавить электролита. Однако, сделать это никогда поздно, поэтому не нужно торопиться. Попробуем перед доливкой ответить на вопросы: - заряжен ли полностью аккумулятор? - электролит какой плотности нам нужен? - когда добавить лучше всего? - сколько добавить? - с помощью чего долить? Кроме того, существует несколько простых правил "хорошего отношения" к аккумулятору, общий смысл которых сводится к "не навреди!" Чаще всего (так показала практика), несмотря на простоту вопроса, совершаются одни и те же ошибки. Как их избежать? Для упрощения изложения сути проблем примем ряд допущений. Под аккумулятором будем понимать всю "коробку в целом", а не отдельные части (в автомобильном аккумуляторе их шесть), как это принято в специальной литературе. Отдельные же части будем называть банками, как и принято в обыденной жизни при диалоге "просто водителя" с "просто электриком". Данный материал адресован неспециалистам, носит описательный характер, максимально приближенный к пониманию обычного автолюбителя. Поэтому автор просит, по возможности проявить снисходительность к сделанным упрощениям и нестрогой терминологии. Как устроен аккумулятор Автомобильный 12-вольтовый аккумулятор состоит из 6 секций (блоков) пластин. Каждый блок в свою очередь состоит из отрицательных и положительных пластин, разделенных между собой специальными пластинами из непроводящего и кислотостойкого материала. Эти изолирующие пластины называются сепараторами. В корпусе аккумуляторной батарей имеется 6 отдельных банок, куда и устанавливаются блоки пластин. На дне каждой банки имеются ребра, на которые опирается секция пластин. Все секции пластин соединены последовательно между собой (внутри или снаружи), а крайние секции имеют конусные (для надежного соединения стартерных проводов) выводы различного диаметра. Плюсовые выводы обычно имеют больший диаметр, а на выводах как правило имеется обозначение "+" и "-". Внимание: при установке нового аккумулятора на автомобиль (или при подключении к зарядному устройству) не поленитесь взять в руки вольтметр и проверить правильность полярности выводов - известны случаи заводского брака, когда диаметры выводов и обозначения не соответствовали действительности. Занимает такая проверка всего несколько секунд, но спасает от огромных потерь финансов и времени. В каждую банку заливается строго определенное количество электролита определенной плотности. Максимальная плотность электролита зависит от климата района, где будет использоваться аккумулятор и может находиться в пределах 1,25 - 1,31 г/см3. Для примера рассмотрим все случаи эксплуатации аккумулятора в районах с температурой до минус 30оС. Плотность электролита такого аккумулятора должна быть 1,27. Это справедливо только для полностью заряженного аккумулятора! Зависимость плотности от климата объясняется тем, что чем больше плотность электролита, тем ниже температура его замерзания. Для примера приведем ориентировочные данные: Плотность электролита, г/см3 Температура замерзания оС 1,31 - 66 1,25 - 50 1,23 - 40 1,11 - 7 Что происходит в аккумуляторе, вариант "без науки" Заряженный аккумулятор имеет плотность электролита 1,27. Признаки полного заряда: обильное газовыделение даже при малом зарядном токе, напряжение на батарее равно или более 14 вольт, плотность электролита не изменяется в течение 2-3 последних часов. При разряде кислота из электролита в результате всяческих процессов переходит из жидкого состояния (электролит) в твердое соединение на пластинах аккумулятора, и каждое уменьшение плотности на 0,01 ед. равно 6% потери "силы" аккумулятора, т. е., грубо говоря, расходование 100% силы аккумулятора приводит к уменьшению плотности на 0,16 - 0,17 ед., а это значит, что в разряженном аккумуляторе плотность составляет 1,27-0,17=1,1. При заряде происходит обратный процесс: кислота из "твердых" соединений на пластинах переходит в жидкое состояние, следовательно, плотность при заряде повышается. Суммируем вышеизложенное: если при заряде и разряде плотность меняется именно так в каждой банке, то можно, с большой долей уверенности, сказать, что аккумулятор "здоров". Образно об этом можно сказать, что при заряде и разряде АКБ "дышит". Нужно помнить о том, что зарядка большим током приводит к разрушению вещества пластин и выпадению его на дно банки, а значит, при заряде некоторая часть кислоты уже не будет восстановлена, т. е. не повысится плотность (вот и причина недостаточной плотности заряженной АКБ). Теперь про плотность, учитывая, что кислота тяжелее воды… Пусть у нас имеется новый, исправный и заряженный аккумулятор, который некоторое время уже простоял без зарядки. Кислота, присутствующая в растворе каждой банки (электролит), постепенно опускается на дно банки, в результате плотность верхнего слоя электролита уменьшается. Какая ошибка может быть сделана перед установкой и эксплуатацией этой АКБ? Неправильно замерим плотность и поспешим добавить электролит. В дальнейшем это приведет к сокращению срока эксплуатации аккумулятора. Вывод: прежде чем что-либо добавить в аккумулятор, его нужно полностью зарядить! Что происходит при длительном хранении аккумулятора без зарядки? При хранении аккумулятора (полностью исправного) происходит естественный саморазряд, даже если не подключены никакие потребители. Считается (так было по ГОСТам), что первые 14 суток хранения приводят к потере емкости до 10%. Если аккумулятор уже был в эксплуатации, то саморазряд будет, естественно, больше. Имеется еще ряд причин, ускоряющих процесс саморазряда: - замыкание выводов аккумулятора по поверхности из-за загрязнения и электролита; - частичное замыкание осыпавшейся активной массы пластин в процессе эксплуатации; - образование паразитных токов (такое явление может быть внутри любой секции АКБ; основная причина - попадание примесей вместе с электролитом или водой); - разная плотность электролита в верхних и нижних слоях банки (естественное во времени разделение или доливка воды) - это приводит к возникновению уравнительных токов, которые в свою очередь вызывают сульфатацию пластин (пластины становятся более светлыми, вплоть до образования явно белых участков), а, значит, еще большие уравнительные токи. Что можно сделать, чтобы уменьшить саморазряд? 1. Поверхность аккумулятора должна быть чистой. 2. Зарядка аккумулятора и разрядка должны быть такими, чтобы активная масса пластин осыпалась как можно меньше (как - рассмотрим чуть ниже). 3. Для доливки воды и электролита используем только чистую посуду. Эту посуду не используем ни для каких других целей. 4. В качестве дистиллированной воды не использовать случайно полученную от кого-то и где-то воду. Пример из практики: в специализированной лаборатории для проверки чистоты приготовленной дистиллированной воды была взята "условно" чистая бутылка (подозреваю, что кроме водки там раньше ничего не было). Двукратное ополаскивание бутылки дистиллированной водой оказалось недостаточным, чтобы анализ стал удовлетворительным. Только третья проба воды и ополаскивание этой бутылки в количестве 7 (в сумме) раз дали положительный результат! Отсюда получаем ответ, что для дистиллированной воды используем только чистую посуду. Для любознательных о саморазделении легких и тяжелых жидкостей: известно, что спирт и вода - это две жидкости, наиболее хорошо растворяющихся друг в друге (смешиваются в любых пропорциях). Попробуйте капнуть в такой раствор несколько капель, скажем, авиационного бензина, в результате увидите сразу (размешать/раскрутить можно), чего и сколько было смешано (пить нельзя - только смотреть!!!) Внешний признак былой загрязненности электролита: жирный контур по верхнему уровню электролита на внутренней поверхности банки. Виден такой контур только после разборки аккумулятора. Заряд, разряд... Разряжаем… Каждая банка аккумулятора, находящегося в покое, имеет э. д. с., не зависящую от его заряженности и определяемую эмпирической формулой: Е = y + 0,84, где y - плотность электролита при + 15оС. Аккумулятор состоит из 6 банок. Берем калькулятор и считаем, что получилось: (1,1 + 0,84) * 6 = 11,64 В - на разряженном аккумуляторе и без какой-либо нагрузки (в состоянии покоя). Разряжать аккумулятор можно: - до 1,7 В на каждой банке, т. е. до 1,7 * 6 = 10,2 В при разрядном токе, равном 1/10 емкости аккумулятора - применяется при проверке (равно и "режим без зарядки"); - до 1,75 В на каждой банке, т.е. до 1,75 * 6 = 10,5 В при разрядном токе, равном 1/20 емкости аккумулятора - для проверки емкости АКБ и "режим без зарядки"; - до 1,5 В на каждой банке при стартерном режиме и начальной температуре электролита около +25оС (стартерный режим при "горячей" АКБ, всего до 1,5 * 6 = 9 В; - до 1,0 В на каждой банке при стартерном режиме и начальной температуре электролита около минус 18оС (стартерный режим в холодную погоду), всего = 6 В. Для чего нужно знать эти вольты? 1. Появилось как бы несоответствие в данных - напряжение на разряженном аккумуляторе равно 11,64 В, а разряжать током 1/10 емкости можно до 10,2 В. Появилась возможность понять: сколько "силы" у нашего аккумулятора. Каждый аккумулятор имеет внутреннее сопротивление rАКБ или потери напряжения внутри аккумулятора, тогда общее напряжение на аккумуляторе при заряде больше, чем э. д. с., на величину Iзар * rАКБ, а при разряде - напряжение на аккумуляторе будет меньше его э. д. с. на величину Iразр * rАКБ. Значит, разница в вольтах при разряде и заряде объясняется внутренним сопротивлением аккумулятора, в том числе и состоянием его пластин. При этом (пока) не рассматриваем процессы, происходящие непосредственно на поверхности пластин в момент разряда. 2. Получили некоторые значения напряжения на аккумуляторе при стартерном режиме и пуске в холодную погоду (тот самый момент, когда стартер уже не крутит и пора "прикуривать"). Заряжаем… Внимание! Все соединения должны быть надежными, исключающими искрение! Не допускается открытый огонь (например, при ремонте или контроле уровня электролита)! Аккумулятор выделяет взрывоопасный гремучий газ! Конечное (предельное) напряжение на каждой банке аккумулятора около 2,4 В (в этот момент начинается сильное газообразование или "кипение" аккумулятора). Конечное напряжение на аккумуляторе будет около 2,4 * 6 = 14,4 В (пока не рассматриваем процессы, происходящие на поверхности пластин). Это будет при зарядке аккумулятора, как на автомобиле, так и зарядным устройством. Вспоминаем (см. выше), что при зарядке происходит повышение плотности электролита за счет выделения кислоты (перехода из пластин в раствор). Поэтому, когда через некоторое время после окончания заряда напряжение установится, оно станет равным (1,27 + 0,84) * 6 = 12,66 В. Количество затраченной на заряд энергии на 10-15% больше, чем аккумулятор отдал при разряде. Внутреннее сопротивление аккумулятора - rАКБ - складывается из сопротивления пластин, сепараторов и сопротивления электролита. Основной составляющей является сопротивление электролита, его электропроводность ниже, чем у пластин. Сопротивление электролита зависит от его температуры и плотности. Сопротивление электролита в диапазоне температуры от +30оС до -30оС увеличивается почти в девять раз! Сопротивление пластин увеличивается по мере разряда и уменьшается по мере заряда. Сопротивление пластин аккумулятора зависит еще от размеров и конструктивных особенностей самих пластин. Что происходит в аккумуляторе, вариант "с наукой" Для полноты картины нужно рассмотреть процессы заряда и разряда чуть подробнее. Процесс разряда - Основной состав отрицательных пластин - свинец Pb - при разряде преобразуется в PbSO4, при этом пластины чуть светлеют. - Основной материал положительных пластин - перекись свинца PbO2 - при разряде преобразуется в PbSO4, цвет пластин меняется из темно-коричневого в коричневый. - В разряде принимают участие только поверхностные слои пластин, так как электролит к глубоким слоям пластин проникает в намного меньшем количестве. - Образование PbSO4 и отложение его в поверхностных слоях пластин еще больше затрудняет доступ электролита к внутренним слоям. Общее количество активной массы, находящейся "в работе" - около 50%, т. е. часть Pb и PbO2 "не работает". - Одновременно идет выделение воды H2O и уменьшение плотности электролита. Этот процесс идет на поверхности и в поверхностном слое положительных пластин. Плотность электролита здесь всегда будет меньше. Чем удаленнее электролит от пластины, тем выше его плотность. Образуется некоторое падение э. д. с. на величину уменьшения плотности в поверхностном слое пластин. Это и есть тот самый процесс в поверхностном слое, о котором говорилось выше. Чем лучше циркуляция (диффузия) электролита возле поверхности, тем быстрее компенсируется (но лишь частично) недостаток кислоты, а, значит, и э. д. с. Что препятствует лучшей циркуляции электролита: уменьшенная плотность, снижение температуры электролита и загрязнение пластин. Стало быть, перечисленные факторы не помогают аккумулятору отдавать (а "отдавать" нужно быстро) энергию, а мешают. Если хотим, чтобы аккумулятор работал, придется соблюдать все правила или платить деньги за новый аккумулятор. Напряжение на банке аккумулятора при разряде: U = y + 0,84 - Iразр * rАКБ - Ê, где Ê - уменьшение э. д. с. в поверхностном слое пластин. При дальнейшем разряде наступает момент, когда кислоты будет недоставать, при этом химическая реакция в банке аккумулятора изменится, и начнется образование Pb(OH)2. Данное соединение (гидроокись свинца) при заряде обратно преобразовываться не будет. Более того, при взаимодействии с электролитом начинается процесс сульфатации - образование крупных кристаллов PbSO4 , которые плохо восстанавливаются в Pb и PbO2 при зарядке. Вывод: чем больше разрядим (сверх допустимого) аккумулятор, тем хуже будет идти процесс заряда. Каждый глубокий разряд добавляет болезней и "отнимает силу" от аккумулятора. Нерабочая часть вещества пластин будет увеличиваться с каждым разом. Когда наш аккумулятор "крепко подсел", то нужно подумать: а есть ли смысл надеяться на "крутану еще разок"? Если прекратить разряд при напряжении 1,7 - 1,75 В, э. д. с. аккумулятора возрастает до 1,95 В после окончания процессов в поверхностных слоях пластин. Процесс заряда |
| Познакомься с народом |
