Стартерні акумуляторні батареї — чи все ми про них знаємо?

15.07.2008

6599

Стартерні акумуляторні батареї — чи все ми про них знаємо? фото, ілюстрація

Без акумуляторів життя нині не можна уявити, оскільки їх застосовують в усіх галузях народного господарства і в побутових приладах, починаючи від поширених мобілок, портативної радіоелектронної апаратури і закінчуючи електрообладнанням усіх видів автотракторної техніки. Ця стаття присвячена тільки стартерним кислотним акумуляторам.

Основне призначення стартерної акумуляторної батареї — надійний пуск двигуна та забезпечення роботи споживачів за непрацюючого або ж працюючого з малою частотою обертання колінчастого вала двигуна.
Із хімічного погляду акумуляторна батарея належить до вторинних хімічних джерел струму, які є оборотними джерелами енергії: після розрядження їхню працездатність можна відновити завдяки їхньому зарядженню. Для цього слід через батарею пропустити електричний струм у напрямі, зворотному тому, в якому він протікав під час розрядження. У процесі зарядження утворені під час розрядження речовини перетворюються на початкові активні речовини. Активними речовинами зарядженого свинцевого акумулятора, які беруть участь у струмоутворювальному процесі, є: на позитивному електроді — діоксид (перекис) свинцю PbO2 (темно-коричневого кольору); на негативному електроді — губчастий свинець Pb (сірого кольору); електроліт — водний розчин сірчаної кислоти H2SO4.
Не вникаючи в хімію, внаслідок розряду акумулятора, активні речовини позитивного й негативного електродів перетворюються в сульфат свинцю PbSO4. Під час утворення сульфату свинцю витрачається сірчана кислота й утворюється вода, що призводить до зниження крутості електроліту в момент його розрядження.
Під час зарядження акумулятора під впливом напруги джерела постійного струму в зовнішньому ланцюгу встановлюється напрям руху електронів до виводу “–” акумулятора. Як наслідок, на негативному електроді утворюється (відновлюється) губчастий свинець, на позитивному електроді утворюється діоксид свинцю — при цьому утворюється сірчана кислота, внаслідок чого крутість електроліту підвищується.
Коли процеси перетворення речовин на активні маси позитивного й негативного електродів закінчуються, крутість електроліту перестає змінюватися, що є ознакою закінчення зарядження акумулятора. За подальшого зарядження відбувається так званий вторинний процес — електролітичне розкладання води на кисень і водень. Виокремлюючись із електроліту у вигляді бульбашок газу, вони створюють ефект його інтенсивного кипіння, що теж служить ознакою закінчення процесу зарядження.
Номінальною ємністю акумулятора називається кількість електроенергії, яку може віддати повністю заряджений акумулятор у разі розрядження струмом 20-годинного режиму за температури електроліту 30°С та початкової крутості 1,285 г/см3 до напруги 1,7 В. Ємність виражається в ампер-годинах (А·год) і залежить від кількості й розміру паралельно з’єднаних електродів (пластин), сили розрядного струму, а також температури електроліту.
Кожний акумулятор складається з просторово розділених різнойменних електродів, занурених у розчин електроліту й розміщених у міцному корпусі, стійкому до хімічної дії електроліту, механічних навантажень і температурних коливань.
Розрізняють кілька виконань батарей.

Класичне (традиційне)
виконання
Акумуляторну батарею збирають в одному багатокамерному корпусі — моноблоці (рис. 1) з кислотостійкої пластмаси (ебоніт, наповнений поліетилен, поліпропілен), розділеному перегородками на окремі камери (комірки). Кількість камер дорівнює кількості акумуляторів у батареї. На дні кожної камери вмонтовано по чотири призми, на які спирається електродний блок. Простір, обмежений призмами, служить для нагромадження шламу — осаду, який утворюється під час експлуатації батареї внаслідок осипання активної маси позитивних пластин, що запобігає замиканню шламом різнойменних електродів.
Акумулятор складається з півблоків позитивних і негативних пластин, ізольованих одна від одної сепараторами, які виготовлено з пористих пластмас. Півблоки з позитивними й негативними пластинами складають у блок так, що позитивні пластини розміщують між негативними, тому останніх завжди на одну більше. Це дає змогу краще використати активну масу позитивних пластин і захищає крайні з них від жолоблення та руйнування.
Кожний акумулятор після встановлення електродного блока в камеру моноблока накривають окремою кришкою, виготовленою з ебоніту або пластмаси. У кожній кришці зроблено по два отвори із залитими у них свинцевими втулками, через які під час збирання проходять вивідні штирі електродного блока. Між ними розміщено нарізні отвори для заливання електроліту та обслуговування акумулятора. Після заливання електроліту нарізні отвори закупорюють пробкою. У пробках заливних отворів (або безпосередньо в кришці) передбачено вентиляційні отвори для виходу газів.
Електродний блок, встановлений в окремій камері, є окремим акумулятором з номінальною напругою 2 В. З’єднують акумулятори в батарею за допомогою міжелементних з’єднань у вигляді свинцевих перемичок, які містяться над кришкою. Для послідовного з’єднання акумуляторів у батарею один кінець перемички приварюють до вивідного штиря одного акумулятора, привареного до баретки, що з’єднує позитивні пластини, а інший її кінець приварюють до вивідного штиря сусіднього акумулятора, що приварений до баретки, яка з’єднує негативні пластини й так далі.
До вивідних штирів крайніх акумуляторів приварюють полюсні штирі для під’єднання споживачів, які позначені, відповідно, “+” і “–”. Щоб унеможливити неправильне вмикання батареї у мережу, діаметр плюсового штиря роблять дещо більшим.
Герметизацію акумуляторів у місцях з’єднання кришок зі стінками та перегородками моноблока здійснюють за допомогою бітумної заливної мастики.
На корпусні деталі у батарей з окремими кришками і мастикою припадає від 15 до 20% маси батареї. Крім того, ебоніт — матеріал із відносно низькою механічною міцністю, тому стінки ебонітових моноблоків можуть мати товщину до 12 мм. У разі заміни ебоніту на сополімер поліпропілену з етиленом удається зменшити товщину стінок удвічі та зменшити масу корпусних деталей без погіршення їхньої міцності. Крім того, властивості термопластичної пластмаси дали змогу внести низку істотних технологічних і конструктивних удосконалень. Відтак з’явилися батареї із загальною кришкою.

Батареї із загальною (єдиною) кришкою
У моноблоці (рис. 2) встановлено електродні блоки, які складаються з різнойменних пластин, розділених сепаратором, як і в батареях з окремими кришками. Але електродні блоки з’єднані між собою за допомогою укорочених міжелементних з’єднань через отвори в перегородках моноблока.
Використання нових конструкцій міжелементних з’єднань дає змогу, якщо порівняти з батареями класичної конструкції, знизити електричні втрати на з’єднувальних деталях і підвищити напругу стартерного розряду на 0,2–0,3 В. При цьому маса свинцю в батареях зменшується на 0,5–3,0 кг залежно від ємності батареї.
Властивості термопластичної пластмаси дали змогу застосовувати для герметизації батарей із загальною кришкою зовсім інший метод герметизації, зробити батарею надійнішою і стійкішою до коливань температури навколишнього середовища.
Зовнішній вигляд батарей у пластмасовому моноблоці із загальною кришкою наведено на рис. 3.
Основними недоліками традиційних свинцевих батарей є: потреба у регулярному (не рідше одного-двох разів за місяць) контролі густини й рівня електроліту та доливання дистильованої води у разі його зниження; порівняно висока швидкість саморозрядження (майже 14% за місяць), яка у процесі експлуатації постійно збільшується й після 1,5–2 років роботи зростає втроє-вчетверо.
Ці недоліки зумовлені тим, що сурма, що міститься у складі позитивних струмовідводів (решіток), поступово, в міру їх корозії, переходить через розчин на поверхню негативних пластин. Відкладання великої кількості сурми на поверхні негативної активної маси знижує напругу газовиділення. Тому наприкінці зарядного процесу відбувається дедалі активніше газовиділення, що супроводжується “кипінням” електроліту, внаслідок електролітичного розкладання води, що міститься в ньому.
За останні 25 років відбувся бурхливий розвиток технології та вдосконалення обладнання для виробництва акумуляторів. Відтак з’явилися батареї так званого необслуговуваного виконання.
Необслуговувані батареї. Необслуговуваним, або герметизованим, називають свинцевий акумулятор, який не потребує ані контролю електроліту, ані періодичного доливання води. Він не виділяє крапель і парів електроліту, має запобіжний клапан, який відводить гази, що утворюються під час зарядження й розрядження акумулятора.
Необслуговувані акумулятори мають такі конструктивні особливості: замість рідкого використовують желеподібний або матричний електроліт, сурм’яний сплав свинцю замінений безсурм’яним сплавом або чистим свинцем, змінено співвідношення активних мас різнойменних електродів, застосовано великопористі сепаратори або сепаратори-роз’єднувачі. Кожне з цих удосконалень має своє обгрунтування.
Електроліт на основі сірчаної кислоти стає нерухомим (фіксованим) за допомогою кремнієвої кислоти або дрібнодисперсного діоксиду кремнію, набуваючи тиксотропних властивостей. Такий електроліт зберігає високу електричну провідність сірчаної кислоти, водночас, завдяки желеподібному стану, практично повністю усуває руйнування активної маси позитивних пластин, стримує розбухання губчастого свинцю на негативних пластинах. Тому потреба в мікропористих сепараторах, які розділяють електроди та створюють дифузійне обмеження для гідросульфат-іонів, відпадає. Використовують склоповстяні сепаратори з об’ємною пористістю понад 90% або пластмасові рамкові роз’єднувачі; в останньому разі роль пористого сепаратора відіграє желеподібний електроліт.
Матричний електроліт не містить желеутворюючих добавок. Електроліт не виливається за рахунок абсорбції розчину сірчаної кислоти у порах відносно товстих мікропористих сепараторів, які заповнюють міжелектродний простір, а також у порах активних мас. Такий електроліт нині використовують найчастіше.
Першими з’явилися гібридні батареї, які мають позитивні струмовідводи зі сплаву з малим вмістом сурми (не більше 2%) з додаванням миш’яку, олова, міді, селену в різних комбінаціях; а негативні — із свинцево-кальцієвого сплаву.
Наразі найбільше поширення набули батареї із струмовідводами із свинцево-кальцієвого сплаву з багатокомпонентними добавками, в тому числі й срібла. Витрата води у них настільки мала, що конструктори забрали з кришок отвори для доливання води й зробили батарею повністю необслуговуваною та унеможливили доступ до електроліту під час експлуатації.
Така зміна конструкції стала можливою лише завдяки спільним зусиллям виробників батарей і автотракторного електрообладнання, оскільки для максимального використання ресурсу повністю необслуговуваної батареї (без отворів для доливання води) слід забезпечити стабільний рівень зарядної напруги, яка б забезпечила найменше розкладання води під час зарядження батареї. Водночас ступінь зарядження батареї має бути достатнім для безвідмовної роботи всього електрообладнання. Це уможливлено завдяки створенню системи регулювання зарядної напруги, що забезпечує її стабільність із точністю ±0,1 В. Тому користувачі необслуговуваних батарей мають уважніше ставитися до забезпечення справної роботи електрообладнання. Насамперед це стосується натягу клинопасового приводу генератора, справності регулятора напруги, відсутності втрат струму в системі електрообладнання та низки інших чинників, наведених нижче (питання експлуатації батарей).
Удосконалення конструкції під час створення необслуговуваних батарей полягає ще й у тому, що для збільшення запасу електроліту, без зміни висоти батареї, одну з акумуляторних пластин розміщують у сепараторі-конверті (див. рис. 2), який виготовляють із мікропористого поліетиленового матеріалу з низьким електричним опором. У цьому разі замикання пластин різної полярності практично неможливе, крім того, опорні призми не потрібні, й блок пластин можна встановити прямо на дні камери, внаслідок чого збільшується обсяг електроліту, що бере участь у роботі акумулятора.
Батареї, в яких немає отворів для доливання води, натомість є зв’язок внутрішньої поверхні з навколишнім середовищем тільки через невеликий отвір на торцях кришки, зазвичай мають індикатори стану зарядженості (рис. 4): кулька-поплавець зеленого кольору розміщена над пластинами та піднімається, коли електроліт під час зарядження сягне певної крутості. Ця величина відповідає мінімальному ступеню зарядженості (62–64 % номінального значення), за якого індикатор починає давати інформацію про працездатність батареї у пусковому режимі. Дальше підвищення крутості електроліту (до 100% зарядження) не змінює показників індикатора (зелене віконце), що є недоліком цього пристрою. Якщо акумулятор розряджений (заряд менше 65%) і потрібне його зарядження, колір віконця чорний. У разі зниження рівня електроліту (колір віконця жовтий) акумулятор слід замінити. Іншим недоліком цього пристрою є те, що за працюючого індикатора його інформація належить тільки до однієї із шести банок (акумуляторів) батареї. У разі виникнення дефекту в другій банці, де немає індикатора, його інформація стає необ’єктивною, оскільки не відтворює загального стану (працездатності) акумулятора.

Герметизовані батареї
з імобілізованим електролітом
Створення повністю необслуговуваних свинцево-кислотних батарей уможливлене, якщо їх конструкцію змінити так, щоб зв’язати газ, що виділяється на позитивних пластинах на поверхні негативних пластин, тобто реалізувати кисневий цикл. Для цього ємність негативних пластин в акумуляторі має на кілька відсотків перевищувати ємність позитивних. Тоді в процесі зарядження позитивні пластини повністю зарядяться раніше, ніж негативні, й активне виділення кисню на позитивних пластинах почнеться до початку видимого виділення водню на негативній. Кисень, що виділяється, вступає в хімічну реакцію з активною масою негативної пластини.
Для прискорення надходження кисню від позитивної пластини до негативної слід обмежити об’єм вільного електроліту. Тому для виробництва герметизованих батарей розроблено методи зв’язування рідкого електроліту:
m створення загущеного (желеподібного) електроліту;
m абсорбція рідкого електроліту в сепараторах з високою об’ємною пористістю.
Загусниками для одержання желеподібного електроліту є силікагель, алюмогель та інші речовини. Змочені сірчаною кислотою, ці речовини утворюють тиксотропний гель. Як сепаратори використовують скломати з ультратонких волокон. Об’ємна пористість сучасних склосепараторів сягає 80–85%. Тому їх використовують не тільки для батарей із желеподібним електролітом, а й для батарей із абсорбованим рідким електролітом.
Штучне обмеження ємності позитивних платин і об’єму електроліту призводить до того, що ємність герметизованих батарей з імобілізовним електролітом на 15–20% менша, ніж у батарей з вільним електролітом того самого об’єму та маси.
Свинцеві батареї з імобілізованим електролітом (рис. 5) — герметизовані, але не герметичні, оскільки мають запобіжний клапан. Він служить для того, щоб тиск усередині акумулятора не перевищував величини, яка є допустимою за умовами працездатності й міцності корпусних деталей. Річ у тім, що, попри обмеження ємності позитивних пластин, виділення водню на негативних пластинах під час зарядження акумулятора, особливо на заключній стадії, повністю усунути неможливо. Причому швидкість його виділення наприкінці зарядного процесу дещо вища, ніж швидкість виділення кисню. Надлишкова частина водню спричинює зростання тиску всередині акумулятора, для обмеження якого й призначений запобіжний клапан.
Нормальна експлуатація герметизованих свинцевих акумуляторів можлива лише за значно жорсткішого діапазону регулювання зарядної напруги, ніж під час експлуатації необслуговуваних батарей із рідким електролітом, навіть тих, що не мають отворів для доливання води. Максимальна величина зарядної напруги для батарей із желеподібним електролітом становить 14,35 В. У разі перевищення цієї величини на 0,05 В швидкість газовиділення стає такою великою, що порушується рівновага кисневого циклу. Утворений через це надлишок газів призводить до порушення контакту активної маси пластин з електролітом, і батарея перестає працювати. У батарей з абсорбованим електролітом максимально допустима величина зарядної напруги обмежена 14,8 В.
Дуже жорсткі обмеження рівня зарядної напруги разом зі значно більшою вартістю герметизованих батарей порівняно з необслуговуваними створюють певні труднощі для їхнього широкого застосування на автотракторній техніці.
Свинцеві стартерні акумуляторні батареї випускають в Україні за ГОСТ 959–91, що містить загальні технічні вимоги, правила приймання й методи контролю, які використовують під час виробництва й випробування батарей. Основні параметри й розміри батарей, їх умовне позначення повинні бути наведені в нормативній документації на батарею конкретного типу.
Умовне позначення типів батарей, що їх випускають в Україні та Росії, відповідно до п. 2.6 за ГОСТ 959–91 і п. 5.6 за ДСТУ 959–2002, розглянемо на прикладі батареї 6СТ-55АМЗ, де 6 — цифра, що вказує на кількість послідовно з’єднаних акумуляторів у батареї (або 3) і характеризує її номінальну потужність 12 В (або 6 В); СТ — літери, що характеризують призначення батареї за функціональною ознакою — стартерна (ТСТ — для дорожньої та інших машин, які експлуатують у важких умовах); 55 — число, що вказує на номінальну ємність батареї в ампер-годинах; АМЗ — літери (можуть бути й цифри) вказують на додаткову інформацію про виконання батареї (у разі потреби) і використані для її виготовлення матеріали: А — із загальною кришкою, можуть бути літери: Е,Т,П — матеріал моноблока, відповідно, ебоніт, термопласт, пластмаса асфальтопекова; М — сепаратор типу міпласт із полівінілхлориду, можуть бути літери: Р,С — матеріал сепараторів, відповідно, міпор, скловолокно; З — залита і повністю заряджена, слово “необслуговувана” — для батарей, що випускаються в необслуговуваному виконанні (зі зменшеною витратою води та саморозрядом). Якщо літери З немає, значить, батарею поставляють сухозарядженою.
Після умовного позначення батарей, призначених для внутрішнього ринку, вказано позначення нормативної документації на батарею конкретного типу, а для призначених на експорт — позначення ДСТУ (ГОСТ).
Крім вказаного вище, маркування батареї повинно містити такі дані:
m товарний знак заводу-виробника;
m знак полярності “+” і “-”;
m дату виготовлення (дві цифри — місяць, дві інші цифри — рік виготов-лення);
m масу батареї у стані поставки з заводу (якщо маса 10 кг і більше);
m номінальну ємність в ампер-годинах;
m номінальну напругу у вольтах (В);
m струм холодного прокручування в амперах (А).
Відповідно до вимог ДСТУ 959-2002, на батареях повинні бути вказані також знаки безпеки та символ переробки.
У новому стандарті ДСТУ 959-2002 передбачається зміна показників щодо струму холодного прокручування за аналогією з вимогами EN 60095-1 (EN — European Norm).
Тому під час переходу на новий стандарт у маркуванні всіх батарей величини струмів холодного прокручування (стартерного розряду) стануть більшими приблизно у 1,7 раза тільки завдяки зміні методик випробування. Приблизну відповідність струмів холодного прокручування за різними стандартами наведено в табл.1.
Європейські виробники батарей позначають батареї п’ятизначними (за DIN) або дев’ятизначними за ETN (ETN — European Type Number) кодами.
Перші три цифри в кодах за DIN і ETN містять інформацію про напругу та ємність батареї.
Для батарей напругою 6 В перші три цифри (від 001 до 499) відповідають номінальній ємності батареї за 20-годинного режиму розрядження. У батарей напругою 12 В номінальну ємність можна одержати вираховуючи з перших трьох цифр (від 501 до 799) число 500. Отже, для батарей напругою 12 В перша цифра 5 вказує на те, що батарея має ємність від 1 до 99 А•год; 6 — від 100 до 199 А•год; 7 — від 200 до 299 А•год. Наприклад, позначення “555 65” (DIN) або “555 065 042” (ETN) вказує на те, що батарея має ємність 55 А•год; “680 32” або “680 032 100” — 180 А•год, а “725 12” або “725 012 115” — 225 А•год. Останні дві цифри в коді за DIN, так само як і друга трійка цифр у коді за ETN, вказують на варіант виконання батареї, що характеризує, наприклад, розміщення виводів, конструкцію кріпильних елементів або кришки, тип газовідводу та інші особливості.
У разі позначення батареї дев’ятизначним кодом за ETN останні три цифри відповідають струму холодного прокручування за EN. У батарей, дев’ятизначні коди яких наведено вище, струми холодного прокручування за EN рівні, відповідно, 420 А, 1000 А і 1150 А.
Батарея “562 103 064” має ємність 20-годинного розряду 62 А•год, і струм холодного прокручування за EN рівний 640 А.
Батареї від американських виробників марковано відповідно до вимог специфікації SAE. Позначення містить номер типорозмірної групи та значення струму холодного прокручування за температури мінус 18°С. Наприклад, “А47420”: А — автомобільна батарея, 47 — номер типорозмірної групи і поляр-ність (розміри — 342х175х190), струм холодного прокручування — 420 А.

Перед придбанням акумуляторної батареї слід переконатися, що батарея відповідає конструктивним особливостям автотракторної техніки (ємність, місце і спосіб кріплення, форма та розмір виводів).

Спеціалізовані торгові фірми мають каталоги всього асортименту, в яких систематизовано інформацію про модифікації і технічні характеристики. Не рекомендується на автотракторну техніку із застарілим електрообладнанням встановлювати необслуговувані батареї, оскільки це призведе до скорочення їхнього терміну служби або відмови в роботі.

Ємність батареї не повинна істотно різнитися із вказаною заводом-виробником автотракторною технікою, позаяк невиконання цієї умови теж призводить до різкого скорочення терміну роботи як батареї, так і генератора.

Уважно прочитайте текст гарантійного талона, зверніть увагу на ті розділи, де перераховано випадки, які не підлягають гарантійному обслуговуванню, адреси гарантійних майстерень, умови експлуатації.

Маркування акумуляторної батареї повинно мати посилання на стандарт (DIN, SAE, EN або інші). Щоб уникнути підробки, слід купувати батареї у відомих фірм.

Більшість фірм-виробників кодують дату виготовлення батареї. Сучасні необслуговувані батареї можуть тривалий час зберігатися без істотної втрати своїх властивостей, тому дата виготовлення менш актуальна.

Слід надавати перевагу батареям, залитим заводським електролітом. Вони готові до роботи, легко піддаються перевірці. Сухозаряджені батареї потребують додаткових часу й затрат на підготовку до експлуатації.

При цьому бажано перевірити:

цілісність корпусу, звільнивши його від упаковки та нахиливши на 45°;
рівень електроліту, який повинен міститися між мітками min і max у батарей з корпусом з напівпрозорого пластику. В акумуляторних батарей із непрозорим корпусом електроліт повинен бути на 20 мм вище верхнього рівня пластин;
крутість електроліту за 25°С у залитої і зарядженої акумуляторної батареї має бути 1,27–1,28 г/см3. Якщо густина менша, батарея частково розряджена. До того ж, електроліт повинен бути прозорим; якщо є індикатор зарядженості на кришці, то він має бути зеленим; напруга на виводах батареї без електричного навантаження повинна бути не менше 12,5 В;
за імітації стартерного розрядження навантажувальною вилкою напруга батареї протягом 5–8 с має бути в межах 10,5–11,0 В;
наявність інструкції й гарантійного талона із зазначеними умовами гарантії. Заміряні показники продавець зобов’язаний записати в гарантійний талон. Вони знадобляться, якщо пункт гарантійного обслуговування висуне претензії до якості акумуляторної батареї.

Якщо вам відмовляють у перевірці батареї, не можуть підтвердити якості товару сертифікатом і гарантійним талоном, то краще відмовитися від придбання.

Гарантійний термін

Гарантійний термін експлуатації сухозаряджених батарей рахується від дня продажу, а для батарей, заряджених і залитих електролітом, — з дня виготовлення.

Протягом гарантійного терміну фірма надає обслуговування, а саме: консультації з питань експлуатації й зарядження батареї, контроль її стану, коригування рівня електроліту й контроль напруги заряду на автомобілі. Гарантійний термін експлуатації батарей залежить від виробника й типу батареї, перебуває в межах 18–24 місяці.

У разі несправності батареї протягом гарантійного терміну рекламації висувають продавцеві або надсилають на завод-виробник разом із гарантійним талоном і заявою про суть претензії.

Претензії не приймають, якщо:

немає документів, потрібних для висування претензії;
маркування батареї не відповідає відомостям, зазначеним у гарантійному талоні;
батарея механічно пошкоджена й потребує ремонту;
крутість у зарядженому стані вища за 1,32 г/см3;
батарея розряджена, крутість електроліту нижча за 1,2 г/см3 у трьох і більше акумуляторах батареї;
вентиляційні отвори пробок мають темно-коричневий наліт, що свідчить про систематичне перезарядження батареї;
під час експлуатації забилися вентиляційні отвори;
несправний зарядний пристрій на автомобілі;
неправильно вибрано батарею для цього типу автотранспортного засобу.

Характеристика розрядження батарей у різних режимах

Батарею слід перевірити на віддачу електроенергії в різних режимах, які тією чи іншою мірою можуть бути в процесі експлуатації. Віддача енергії здійснюється за фіксованими (заданими) показниками струму й напруги, яким нові батареї повинні відповідати. Величину струму розрядження встановлює виробник, а показник напруги регламентується нормативним документом (стандартом) для всіх типів батарей цього призначення, в нашому разі — стартерного. У таблиці 2 наведено основні режими, рекомендовані нормативними документами для перевірки якості нових батарей, крім випробування струмами холодного прокручування, які розглянуто нижче.

Режими оцінюють електричні показники батареї. Режим випробування за п.4, крім електричних показників, оцінює надійність з’єднання між акумуляторами та полюсних виводів батареї.

Найважчий режим роботи для батареї — стартерне розрядження під час пуску двигуна. Пуск двигуна за різних умов здійснюють у режимі, за якого сила струму розрядження не залишається стабільною, а змінюється в деякому діапазоні. Він залежить від багатьох умов пуску, включаючи температуру двигуна та електроліту. Існує кілька методик визначення стартерних характеристик батарей, які регламентуються стандартами.

Найпоширеніший стандарт Міжнародної Електротехнічної Комісії — (МЕК (ІЕС) 60095-1. Відповідно до нього стартерне розрядження здійснюється за температури мінус 18°С протягом 60 с струмом, вказаним виробником. При цьому в кінці 60 с розрядження напруга на батареї не повинна бути нижчою 8,6 В. Параметри стартерного розрядження за МЕК відбивають середні показники досягнутого в світі технічного рівня у сфері стартерних батарей.

Згідно із чинним ГОСТом 959–91 і німецьким промисловим стандартом DIN 43539, частина 2, розрядження здійснюється за температури мінус 18°С до кінцевої напруги на батареї 6 В. При цьому напруга на 30 с розрядження має бути не нижчою за 9 В, а час розрядження до 6 В — не менше 150 с.

У США — Товариство Автомобільних Інженерів (SAE), відповідно до SAE J537, розрядження здійснюється за температури мінус 18°С (0°F), але струм розрядження вибирають такий, щоб час розрядження батареї до напруги 7,2 В становив не менше 30 с.

У країнах Європейської економічної співдружності та у новому ДСТУ 959–2002 використовують стандарт ЕN 60095–1. Під час розробки цього стандарту зроблена спроба створити методику випробувань, яка давала б змогу порівнювати характеристики батарей, що випробовувалися за SAE та EN, без проведення додаткових випробувань або розрахунків.

Водночас методика, що використана в цьому стандарті, дає змогу дати найповнішу, якщо порівняти з SAE, оцінку енергоємності батареї за стартерного розрядження. Розрядження здійснюється за температури мінус 18°С у дві стадії. На першій стадії розрядження здійснюється струмом, вказаним виробником, протягом 10 с. При цьому напруга в кінці 10 с має бути не нижчою за 7,5 В. Після 10 с перерви розрядження продовжують струмом 0,6 величини струму, вказаного виробником, до кінцевої напруги 6,0 В. Сумарний час розрядження батареї до кінцевої напруги 6,0 В повинен бути не менше 90 с або 150 с залежно від вибраного виробником струму розрядження.

Зберігання сухозаряджених батарей

Нові сухозаряджені батареї можуть зберігатися в будь-якому неопалюваному приміщенні. При цьому на них не повинні потрапляти прямі сонячні промені. Батареї у моноблоках із термопластичної пластмаси (поліпропілен і його сополімери) треба зберігати в приміщеннях із мінімальною освітленістю, оскільки світло прискорює процеси старіння полімерних матеріалів. Стійкіші до дії світла моноблоки та кришки з полімерних матеріалів чорного кольору.

Одна з найважливіших умов зберігання сухозаряджених батарей — забезпечення герметичності внутрішніх порожнин кожного акумулятора. Порушення герметичності призводить до попадання всередину акумулятора вологого повітря, а під дією вологи відбувається окислення сухозаряджених пластин, тобто розрядження акумулятора.

Батареї для зберігання краще всього укладати в один ярус у заводській транспортній тарі та упаковці на європіддонах.

Для батарей з окремими акумуляторними кришками максимальна температура під час зберігання має бути не вищою за 60°С і не нижчою ніж мінус 40°С. Зберігання за нижчих температур спричиняє розтріскування мастики батареї, за вищих — її оплавлення.

Сухозаряджені батареї можуть зберігатися три-п’ять років залежно від стійкості матеріалу моноблока. Після року зберігання такої батареї, у разі приведення її в робочий стан, підзарядження після заливання електроліту є обов’язковим. Якщо ж батарея зберігалася в сухому вигляді понад п’ять років, у разі приведення її в робочий стан потрібний спеціальний режим зарядження.

Приведення батареї у робочий стан

Цей процес для батарей сухозарядженого виконання містить такі операції:

огляд зовнішнього вигляду, перевірка цілісності моноблока, оцінка стану виводів, герметизуючих елементів;
заливання електроліту й просочування пластин, оцінка стану замірювання електрорушійної сили (ЕРС) батареї, крутості й температури електроліту.

У разі потреби батарея підзаряджається, коригуються крутість і рівень електроліту. Електроліт готують раніше, його крутість встановлюється відповідно до вимог інструкції з експлуатації для відповідного кліматичного району.

Для заливки й роботи батареї використовують електроліт — розчин сірчаної кислоти (ГОСТ 667) у дистильованій воді (ГОСТ 6709). Для приготування електроліту використовують чистий кислотостійкий пластмасовий, керамічний, ебонітовий, свинцевий, фаянсовий посуд, у який спершу заливають воду, а потім поступово кислоту за безперервного перемішування скляною паличкою.

Правильний вибір концентрації електроліту не тільки поліпшує електричні характеристики, а й збільшує термін роботи. Залежно від температурних умов експлуатації стартерних батарей, оптимальна концентрація сірчаної кислоти різна. У таблиці 3 наведено показники крутості електроліту, який заливають у суху батарею, та електроліту повністю зарядженої батареї.

Приблизну кількість електроліту, потрібного для заливання акумуляторних батарей, наведено в табл.4.

Для приготування електроліту застосовують акумуляторну сірчану кислоту з молекулярною масою 98,08, яку поставляють трьох сортів: вищого гатунку, 1-го й 2-го. Із підвищенням сортності знижується кількість шкідливих домішок.

Під час приготування електроліту обов’язково потрібно дотримуватися таких вимог: забезпечення чистоти матеріалів і посуду, додержання правил техніки безпеки.

Зберігають акумуляторну сірчану кислоту в герметичній тарі зі сталі або спецсталі (нержавіючої) і в сталевих ємностях, футерованих кислотостійким матеріалом (кислототривкою цеглою або кахлем). Невелику кількість кислоти поставляють і зберігають у скляних бутлях. У місцях зберігання повинні бути запобіжні знаки “Небезпечно”, “Кислота”. Термін зберігання — необмежений.

Роботи із сірчаною кислотою проводять у вовняному одязі, в прогумованому фартусі, гумових чоботах, стійких до дії кислот рукавицях і захисних окулярах. Працівник повинен мати протигаз марки В.

Розведення сірчаної кислоти в дистильованій воді супроводжується виділенням великої кількості тепла, тому електроліти готують у спеціальному посуді (фарфоровому, ебонітовому, пластмасовому), який витримує швидке нагрівання. Щоб уникнути закипання води на поверхні кислоти та розбризкування, кислоту вливають тонким струменем у воду (але не навпаки!), обережно перемішуючи електроліт скляною паличкою.

Після охолодження електроліту його крутість має бути приблизно на 0,02 г/см3 меншою за крутість потрібної для експлуатації батареї (див. табл. 3).

Щоб урахувати температурну поправку одночасно із визначенням крутості, заміряють температуру електроліту. Нижче наведено значення температурних поправок до значень денсиметра (г/см3) залежно від температури електроліту (°С):

мінус 55... 41 -0,05

мінус 40... 26 -0,04

мінус 25...11 -0,03

мінус 10... 4 -0,02

5...19 -0,01

20...30 0

31...45 +0,01

46...60 +0,02

Під час експлуатації, і особливо зарядження, рівень електроліту знижується, тому доливають акумулятори дистильованою водою і тільки за потреби крутість його коригують електролітом крутістю 1,4 г/см3 .

У сухозарядженій батареї перед заливанням електроліту потрібно викрутити пробки й, залежно від конструкції, зрізати виступи на пробках, видалити герметизуючі плівки або диски. У батареї з центральним газовідведенням слід видалити пробку-заглушку біля позитивного полюсного виводу і вмонтувати штуцер із газовідвідною трубкою, повернувши її вниз. Залити в сухозаряджену батарею електроліт крутістю, вказаною вище, при цьому температура електроліту має бути не нижчою за 15°С і не вищою за 30°С. Рівень електроліту повинен бути вищим крайок сепараторів на 10–15 мм, тобто відповідати верхній мітці на корпусі батареї.

Не раніше ніж через 20 хв і не пізніше ніж через 2 год після заливання треба перевірити крутість електроліту в батареї. Якщо крутість знизилася не більше ніж на 0,03 г/см3 відносно крутості залитого електроліту і значення крутості в акумуляторах різниться не більше ніж на 0,01 г/см3, значить, батарея готова до експлуатації.

Якщо крутість електроліту нижча за потрібне значення на 0,03 г/см3 і більше або ж значення крутості в акумуляторах батареї різняться більш як на 0,01 г/см3 , батарею потрібно зарядити. Якщо у придбаній батареї електроліт уже залито перед встановленням її на транспортний засіб чи зберігання, потрібно перевірити крутість електроліту.

У батареї з центральним газовідведенням перед зарядженням слід закрити газовідвід біля негативного полюса пробкою-штуцером, а на виході біля позитивного полюса кутовий штуцер з газовідвідною трубкою повернути вниз.

Заряджати батарею треба в добре провітрюваному приміщенні.

Методи

зарядження батарей

Зарядження можна проводити від будь-якого джерела постійного струму за умови, що його напруга більша, ніж напруга батареї. Для зарядження позитивний вивід з’єднують із позитивним полюсом джерела струму, а негативний — із негативним.

Напруга батареї за зарядження змінюється залежно від температури електроліту й ступеня її зарядженості. Тому під час зарядження потрібно регулювати параметри зарядного пристрою. Процес може здійснюватися за різними режимами, залежно від застосованих у зарядних пристроях систем регулювання напруги та струму.

Під час експлуатації використовують такі основні системи зарядження: за постійного струму й за постійної напруги.

Зарядження за постійного струму. За такого режиму зарядження сила струму протягом усього часу зарядження має бути постійною. Для цього під час зарядження треба змінювати напругу зарядного пристрою або опір зарядного ланцюга. Існує кілька способів регулювання сили зарядного струму:

вмикання послідовно з батареєю у зарядний ланцюг реостата;
застосування регуляторів сили струму, які періодичним умиканням або вимиканням додаткового опору в ланцюгу змінюють силу струму так, щоб його середнє значення залишалося постійним;
зміна напруги джерела струму ручним або автоматичним регулятором відповідно до значень сили струму, коригуючи його до заданого постійного значення.

Більшість зарядних пристроїв живляться від мережі перемінного струму, мають або ступінчасте, або плавне регулювання напруги завдяки зміні коефіцієнта трансформації. Тому в процесі зарядження доводиться періодично регулювати напругу рукоятками відповідного регулятора.

Для зарядження за постійного струму найчастіше застосовують режим, який складається з двох ступенів. Спершу зарядження здійснюється за струму, рівного 0,1 Сном, допоки напруга на батареї 12 В не сягне 14,4 В (2,4 В на кожному акумуляторі). Потім силу струму знижують удвічі — до величини 0,05 Сном. Зарядження за такої сили струму триває до постійної напруги та крутості електроліту в акумуляторах протягом двох годин. При цьому в кінці зарядження відбувається активне виділення газів.

Під час зарядження батарей останнього покоління (без пробок для доливання води) бажано за досягнення напруги 15 В ще раз зменшити силу зарядного струму вдвічі, тобто до величини 0,025 Сном, зарядження таких батарей закінчується за напруги 16,0–16,4 В залежно від складу сплаву граток і чистоти електроліту.

Зниження сили струму наприкінці зарядження дає змогу зменшити швидкість газовиділення, знизити вплив перегрівання на дальшу працездатність і термін роботи батареї, а також забезпечити повноту зарядження.

Зрівнюване зарядження відбувається за постійної сили струму менше 0,01 Сном дещо довше, ніж звичайно. Його мета — забезпечити повне відновлення активної маси в пластинах усіх акумуляторів.

Зрівнюване зарядження нейтралізує наслідки глибокого розрядження й рекомендується як засіб, що усуває наростаючу сульфатацію пластин. Зарядження триває, поки на всіх акумуляторах батареї не встановляться постійні крутість електроліту й напруга протягом трьох годин.

Форсоване зарядження застосовують за потреби відновлення працездатності сильно розрядженої батареї протягом короткого часу. Таке зарядження здійснюють струмами величиною до 70% номінальної ємності, але протягом короткого часу. Що менший час зарядження, то більша величина струму. Практично за зарядження струмом 0,7 Сном процес повинен тривати не довше 30 хв, за 0,5 Сном — 45, а за 0,3 Сном — 90 хв. У разі форсованого зарядження слід контролювати температуру електроліту і за досягнення 45°С перервати зарядження.

Застосування форсованого зарядження має бути винятком, оскільки систематичне багаторазове його повторення для однієї й тієї самої батареї призводить до скорочення терміну її служби.

Зарядження за постійної напруги. За цього способу протягом усього часу зарядження напругу зарядного пристрою підтримують постійною. Зарядний струм зменшують у процесі зарядження через збільшення внутрішнього опору батареї. У перший момент після вмикання зарядного пристрою сила струму залежить від таких чинників: вихідна напруга джерела живлення, ступінь розрядженості батареї і кількість послідовно увімкнених батарей, температура електроліту. Сила зарядного струму одразу після вмикання може сягати (1,0–1,5) Сном.

Для справних, але розряджених батарей такі струми нешкідливі. Попри великі струми в початковий момент зарядного процесу, загальна тривалість повного зарядження батареї приблизно відповідає режиму за постійного струму. Пояснюється це тим, що в заключний момент зарядження (за постійної напруги) відбувається за доволі малої сили струму. Проте зарядження за цим режимом інколи має переваги, бо забезпечує швидше доведення батареї до стану, який забезпечує пуск двигуна. Крім того, енергія на початковому етапі зарядження витрачається переважно на основний зарядний процес, тобто на відновлення активної маси пластин, оскільки процес газоутворення в акумуляторі ще не можливий.

Отже, зарядження за постійної напруги дає можливість форсувати цей процес під час підготовки батареї до експлуатації.

Модифіковане зарядження — деяке наближення до зарядження за постійної напруги. Мета його — дещо зменшити силу струму на початковому етапі та знизити вплив коливання напруги в мережі на зарядний струм. Для цього послідовно з акумуляторною батареєю в електричний ланцюг включають резистор невеликого опору. Такий метод відомий під назвою “спосіб із напівпостійною напругою”. Із застосуванням цього методу напруга на клемах зарядного пристрою підтримується постійною у межах від 2,5 до 3,0 В на один акумулятор. Вважається, що для свинцевих акумуляторів оптимальною є напруга 2,6 В на акумулятор, що забезпечує зарядження приблизно за вісім годин.

Постійне підзарядження. Мета цього виду зарядження — компенсація саморозрядження. Його проводять за постійної напруги, величина якої незначно перевищує напругу повністю зарядженої батареї. За постійного підзарядження кількох батарей, увімкнутих в електричний ланцюг паралельно, в ланцюг кожної батареї уводять перемінний або постійний опір для обмеження сили зарядного струму.

Зберігати залиті електролітом і заряджені батареї можна в таких випадках:

під час надходження від постачальника необслуговуваних батарей, які поставляють у стані готовності до експлуатації, тобто залиті та заряджені;
якщо потрібно зачекати із введенням в експлуатацію сухозаряджених батарей, які були залиті та заряджені або зняті з автотранспортних засобів після короткочасного періоду роботи;
у разі потреби тимчасового відключення батарей через сезонний режим роботи машин (наприклад, комбайни) або з інших причин.

У всіх випадках перед початком зберігання треба визначити стан зарядженості, для чого слід заміряти крутість електроліту і ЕРС батарей. Якщо крутість буде нижчою за 1,26 г/см3, а ЕРС —нижче за 12,6 В, батарею потрібно підзарядити до повністю зарядженого стану.

Після зарядження рівень електроліту та його крутість в разі потреби доводять до норми за інструкцією.

Максимально можливі терміни зберігання батарей, залитих електролітом, залежать від складу сплавів, які застосовують для виготовлення та чистоти електроліту. Ступінь зарядженості під час зберігання не повинен бути нижчим за 70–75%. Це відповідає зниженню крутості електроліту на 0,04–0,05 г/см3 відносно величини крутості електроліту повністю зарядженої батареї. Якщо крутість знизилася більше ніж на 0,05 г/см3 проти початкового значення, батарею треба підзарядити. Контролювати крутість електроліту традиційних батарей, які зберігають за плюсових температур, потрібно не рідше одного разу на місяць, а у необслуговуваних — один раз на три-чотири місяці. Це дасть змогу запобігти глибокому розрядженню батарей під час зберігання, яке за мінусових температур може спричинити замерзання електроліту й вихід батареї з ладу.

Повністю заряджені необслуговувані батареї можна зберігати в неопалюваному зачиненому приміщені близько року. При цьому батареї, виготовлені зі струмовідводами із свинцево-кальцієвих сплавів, розрядяться приблизно на 33–37%, гібридного виконання — на 40–45, а малосурм’яні — на 50–55%.

Усі залиті батареї перед початком тривалого зберігання повинні бути повністю заряджені відповідно до інструкції з експлуатації, рівень і крутість електроліту мають відповідати певній кліматичній зоні.

Саморозрядження акумулятора — процес зменшення ємності акумуляторів за розімкненого зовнішнього ланцюга, тобто, коли він не діє.

Це явище спричинено окислювально-відновлювальними процесами, які самовільно відбуваються як на негативних, так і на позитивних пластинах.

Саморозрядження може виникати також, якщо акумулятор зовні забруднений або залитий електролітом, водою чи іншими рідинами, які уможливлюють розрядження через електропровідну плівку, що міститься між полюсними виводами акумулятора або його перемичками. Цей вид саморозрядження не різниться із звичайним розрядженням дуже малими струмами за замкненого зовнішнього ланцюга й легко може бути усунений. Для цього треба утримувати поверхню батареї в чистоті.
Саморозрядження батарей значною мірою залежить від температури електроліту. За температури нижче 0°С у нових батареях воно практично припиняється, тому зберігати батареї рекомендується в зарядженому стані за низьких температур (до мінус 30°С).
Чинними стандартами саморозрядження характеризується також напругою стартерного розрядження за температури мінус 18°С після випробування: зберігати протягом 21 доби за температури 40°С.
Використання й технічне обслуговування батареї. Стартерну батарею використовують для живлення стартера під час пуску двигуна — сприяє розподіленню енергії генератора за часом на живлення споживачів, є вирівнюючим фільтром пульсації напруги генератора за перехідних режимів генератора (наприклад, за початкового періоду віддачі енергії генератора, за вимикання окремих потужних споживачів), забезпечуючи надійну роботу приладів і виробів електроніки.
Широке використання генераторів змінного струму поліпшило показники терміну роботи батарей, здебільшого внаслідок зменшення глибини розрядження, особливо взимку завдяки підвищенню встановленого ступеня зарядженості батареї.
Насичення мобільної техніки споживачами електроенергії істотно змінює умови та режими роботи всіх виробів електрообладнання, в тому числі й батареї. Водночас залишається незмінним основний принцип взаємодії батареї зі всією системою електрообладнання: повернення під час зарядження від генератора енергії, що була віддана з розрядженням, тобто умова дотримання заданого енергобалансу. У правильній реалізації цього принципу полягає основа надійної і безвідмовної роботи батареї протягом усього терміну експлуатації. Відхилення від його дотримання — недозарядження або перезарядження — призводять до відмови в роботі батареї, скорочення терміну її надійної роботи й передчасного виходу з ладу. Вплив основних елементів електрообладнання на стан батареї наведено в табл.5.
Батарея повинна бути укомплектована та закріплена на транспортному засобі відповідно до інструкції з експлуатації. Ненадійне закріплення батареї спричиняє її механічне пошкодження, передчасне руйнування електродів і коротке замикання.
Клеми підвідних провідників мають бути захищені та змазані тонким шаром технічного вазеліну.
Пуск двигуна слід проводити за вимкненого зчеплення тривалістю до 20 с із перервами між пусками не менше 1 хвилини. Якщо після п’яти спроб двигун не запустився, батарею треба зарядити, систему пуску перевірити.
Порушення правил пуску двигуна (багаторазові, тривалі спроби) призводять до глибокого розрядження батареї — сульфатації — до руйнування пластин і виходу батареї з ладу.
Не допускається недозарядження і перезарядження батареї. Напруга підзарядження генератора повинна відповідати інструкції на автотранспортний засіб (14,2±0,2В).
Не допускається експлуатація батареї з рівнем електроліту, нижчим за норму. Тому під час експлуатації батареї не менше одного разу на місяць потрібно перевіряти рівень електроліту, підтримувати його в заданих межах, доливаючи тільки дистильовану воду. У холодну пору року доливати воду треба за працюючого двигуна. Для доведення рівня електроліту до норми недопустимо використовувати електроліт. За частого “википання” перевірте електрообладнання автотранспортного засобу.
Батарея повинна завжди бути в зарядженому стані. Не рідше одного разу на місяць потрібно перевіряти крутість електроліту. За зменшення крутості на 0,03 г/см3 і більше батарею слід підзарядити. Зниження крутості електроліту нижче за потрібну призводить до сульфатації і виходу батареї з ладу, а за мінусових температур — до замерзання електроліту та руйнування батареї.
Батареї, які не заливають дистильованою водою, треба заряджати тільки пристроями з автоматичним підтримуванням зарядної напруги. Недотримання цієї умови скорочує термін їхньої роботи.
Конкретні вимоги до режимів зарядження, експлуатації та обслуговування мають бути викладені в інструкції або гарантійному талоні, який додають до батареї.
Виробники не передбачають додавання в електроліт “стабілізуючих і поліпшуючих” препаратів.
Заходи безпеки під час роботи з батареями. Роботи з батареями треба проводити відповідно до інструкції і з обов’язковим дотримуванням заходів безпеки. Згідно з чинною міжнародною символікою, на батарею наносять знаки, що попереджають про це.
Електроліт є водним розчином сірчаної кислоти і за своїми властивостями належить до агресивних рідин, тому не слід допускати його потрапляння на відкриті ділянки тіла (руки, оличчя). Якщо ж через необережність це все-таки сталося, треба уражене місце негайно промити великою кількістю води, а потім 5%-ним розчином кальцинованої соди.
Перед тим як розпочати роботу з батареями, треба надіти захисні окуляри та гумові рукавиці. Працюючи з металевим інструментом (ключами), не можна допускати замикання позитивного виводу на “масу”. Під час встановлення батареї на автотранспортний засіб першим приєднують провід із позитивним виводом батареї, а потім “масовий” з негативним. Знімаючи батарею, проводи від’єднують у зворотному порядку.
Щоб запобігти вибуху батареї, не можна використовувати відкритий вогонь (цигарка, запальничка, сірники тощо), не можна допускати іскріння, тобто відмикати провідники із увімкнутими споживачами.