Разработка технологического процесса ремонта, восстановления и утилизации АКБ легковых автомобилей марок ВАЗ, ГАЗ, ИЖ на авторемонтных предприятиях

Разработка технологического процесса ремонта, восстановления и утилизации АКБ легковых автомобилей марок ВАЗ, ГАЗ, ИЖ на авторемонтных предприятиях

Введение

Глава 1

1.1. Классификация аккумуляторов.

1.2. Характеристика АКБ

1.3. Хранение АКБ

1.4. Срок службы аккумулятора

1.5. Проверка и диагностика АКБ

1.6. Эксплуатация АКБ

Глава 2

2.1. Неисправности и причины выхода из строя АКБ

2.2. Ремонт АКБ

2.3. Восстановление АКБ

2.4. Утилизация АКБ

3. Свинцовый аккумулятор - загрязнитель окружающей среды.

4. Заключение

5. Список использованных источников

Введение

Хороший аккумулятор - это хорошо. А потому послушаем Криса Грэма, который расскажет нам, как продлить срок его службы, а также даст совет, на что в первую очередь следует обратить внимание при выборе нового зарядного устройства.

Перспективным направлением в производстве АКБ является снижение их обслуживаемости, повышение электрических характеристик. Необслуживаемость - свойство, которого требуют автозаводы от производителей автомобилей. Это связано с широко распространяющейся тенденцией увеличения срока службы автомобиля, в течение которого автолюбителю вообще нет надобности никуда заглядывать в своем вновь купленном автомобиле, кроме как в бензобак. А в связи с этим и аккумулятор должен удовлетворять тем же самым требованиям. Достигается это использованием конвертных сепараторов, снижения содержания сурьмы в решетках. Однако по своей сути стартерные автомобильные батареи еще долгое время будут оставаться свинцово-кислотными - как оптимальные по цене и характеристикам.

Многие владельцы автомобилей бывают искренне удивлены, когда узнают, что аккумулятор тоже требует "техобслуживания". Это прискорбно, потому что капелька заботы и внимания могут сберечь кучу времени и денег.

Уход за аккумулятором чрезвычайно прост и практически сводится лишь к регулярным проверкам уровня электролита. Низкий уровень может свидетельствовать об излишней зарядке, что обычно вызвано неисправностью генератора. Если же электролита недостает только в одном из элементов, то выход из строя всего аккумулятора уже не за горами. В теплую погоду он еще кое-как поработает, но первые же холода его прикончат.

Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями предприятиями металлургической промышленности определяется спецификой их производственной деятельности: непосредственное производство свинца и его соединений; попутное извлечение свинца из других видов сырья, содержащих свинец в виде примеси; очистка получаемой продукции от примеси свинца и т.д.

В 1995г. из общего выброса свинца металлургической промышленностью в атмосферу (671 т) около 98,4% (660 т) приходилось на предприятия цветной металлургии. Из 640кг в год свинца, сбрасываемого в водные объекты со сточными водами, 570кг (89%) принадлежало предприятиям, производящим цветные металлы. Сравнительно небольшие выбросы свинца предприятиями черной металлургии Российской Федерации определяются отсутствием в сырье сколь-либо значительного содержания свинца, хотя в ряде развитых стран мира наличие в рудном сырье и скрапе свинца создает серьезные экологические проблемы в доменном, мартеновском и электроплавильном переделах.

Глава 1

1.1. Классификация аккумуляторов.

Маркировка АКБ

На современные аккумуляторные батареи наносится следующая маркировка:

Емкость батареи - способность батареи принимать и отдавать энергию - измеряется в ампер-часах (Ач). Для оценки емкости батареи принята методика 20-ти часового разряда током 0.05С20 (т.е. током, равным 5% от номинальной емкости). Т.е., если емкость батареи 55Ач, то, разряжая ее током 2.75 А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей емкостью 60 Ач полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда - 3А.

Данная характеристика определяет возможность питать потребителей в экстремальной ситуации (при отказе генератора). Характеризуется объемом активной массы.

Значение тока холодного старта при -18°С (по DIN) - Величина тока, которую батарея способна отдать при пуске двигателя при температуре - 18°С. Наиболее важная характеристика, напрямую сказывающаяся на пуске двигателя. Ведь при -20°С ток, потребляемый стартером, составляет порядка 300А. (Для пуска в летнее время горячего двигателя этот же показатель равен 100-120А.) Значение стартового тока определяется конструкцией батареи, пластин, сепараторов. Сепараторы карманного типа без каких-либо других дополнений увеличивают напряжение батареи на 0.3В, одновременно улучшая стартовые характеристики. Чем ниже внутреннее сопротивление батареи, тем выше стартовый ток, тем надежнее пуск двигателя при низких температурах.

Некоторые батареи имеют такую маркировку:

Несмотря на то, что после емкости стоит значение 280А, цифра, интересующая нас и показывающая ток холодного старта по принятому у нас стандарту DIN равна 255А.

Резервная емкость - время, в течение которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной емкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями батарей после значения тока холодного старта.

Кроме того, на необслуживаемых батареях проставляется соответствующая надпись. Чаще всего на русском, английском или немецком языке, (либо на языке производителя, как, например, на испанских батареях "Tudor"). Большинство АКБ, изготавливаемых в настоящее время известными производителями являются необслуживаемыми, то же можно сказать и о поставках на Волжский автозавод - на его конвейере используются только необслуживаемые батареи. Однако это вовсе не означает, что к ней не нужно подходить и следить за ее состоянием. Производители гарантируют данный показатель только при соблюдении нормальных условий эксплуатации. (Нелишне отметить, что необслуживаемые батареи выпускаются как с пробками для заливки электролита, так и полностью закрытыми. К разряду необслуживаемых могут относиться и сухозаряженные батареи, поставляемые в торговлю, однако они требуют заливки электролита и последующей зарядки.

Кроме того, на батареи, поставляемые на автозавод, фирмы-производители наносят на корпусе дату изготовления. Плюс к этому, на ВАЗе на клеммы наносится дата установки батареи на автомобиль.

Как обычно, попробуем дать несколько рекомендаций при покупке аккумуляторов в магазине. Во-первых, как и любой другой товар, батареи следует приобретать в специализированных магазинах, предоставляющих гарантию. При покупке желательно запастись ареометром. Плотность батареи должна быть не менее 1.25 г/см3 (лучше 1.27) и одинаковой во всех банках. Если же замер плотности в магазине связан с определенными трудностями, можно ограничиться измерением напряжения вольтметром. Оно должно быть не ниже 12.5 В. (Именно 12.5. а не 12, как нам может казаться достаточным. Напряжение 12 В, наносимое на АКБ - это напряжение бортовой сети, на которое данная батарея рассчитана, а вовсе не напряжение батареи.)

Еще одно замечание. В данной отрасли сильно развито такое направление, как производство баков фирмами, не связанными с производством батарей. И многие фирмы - производители аккумуляторов, в том числе и достаточно солидные, используют уже готовые баки, вставляя в них свою начинку и наклеивая свои "лейблы", становясь при этом менее уязвимыми от производителей внешне дешевых похожих подделок.

Бытует мнение, что выбирая батарею, прежде всего, необходимо обращать внимание на ее емкость. Однако все далеко не так просто. Нельзя сказать, что чем выше емкость батареи, тем она лучше. Во-первых, габаритные размеры батареи - величина, строго регламентированная международным стандартом. (Это же относится и к автомобилям Волжского автозавода - размеры бака едины для всех поставщиков.) А потому для увеличения емкости батареи при тех же габаритных размерах неизбежно приходится жертвовать каким-либо другим показателем - и чаще это сказывается на долговечности батареи. Если же и выбирать по какой-либо характеристике, так правильнее это делать по величине тока холодного старта. Его значение играет более весомую роль при эксплуатации автомобиля в период суровых российских зим.

Перспективным направлением в производстве АКБ является снижение их обслуживаемости, повышение электрических характеристик. Необслуживаемость - свойство, которого требуют автозаводы от производителей автомобилей. Это связано с широко распространяющейся тенденцией увеличения срока службы автомобиля, в течение которого автолюбителю вообще нет надобности никуда заглядывать в своем вновь купленном автомобиле, кроме как в бензобак. А в связи с этим и аккумулятор должен удовлетворять тем же самым требованиям. Достигается это использованием конвертных сепараторов, снижения содержания сурьмы в решетках. Однако по своей сути стартерные автомобильные батареи еще долгое время будут оставаться свинцово-кислотными - как оптимальные по цене и характеристикам.

Классификация аккумуляторов.

В среде автомобилистов бытует убеждение, что главный признак, по которому следует классифицировать аккумуляторы - это их размер. Но если мы вспомним, что эти размеры стандартизованы, то вынуждены будем признать, что данный критерий при выборе нового аккумулятора является практически бесполезным. С технической же точки зрения наиболее существенными являются три следующие показателя. Во-первых, это емкость, выраженная в ампер-часах (Ah). Она характеризует способность аккумулятора давать определенный ток в течение определенного времени. Например, емкость 40 ампер-час означает, что аккумулятор может давать ток в 1 ампер в течение 40 часов (или в 2 ампера в течение 20 часов и т.д.).

Во-вторых, пусковая мощность. А именно - величина максимальной выходной мощности, которую аккумулятор может выдавать в течение 30 секунд при температуре минус 18 градусов С. Этот показатель характеризует способность аккумулятора запускать холодный двигатель.

И, в-третьих, - резервная емкость. Этот параметр, особенно почитаемый в Америке, показывает интервал времени (в минутах), в течение которого аккумулятор способен давать ток 25А (т.е. в течение какого времени он сможет подменять собой вышедший из строя генератор).

В ближайшее время планируется введение девятизначных Европейских типовых номеров - ETN, призванных как-то упорядочить электрические характеристики, физические размеры и мощности аккумуляторов. Однако, в лучших традициях Брюсселя, вопрос прочно увяз в обсуждениях и согласованиях. Но проблема давно назрела, поскольку сейчас нередко можно столкнуться с ситуацией, когда два одинаково классифицированных аккумулятора разных производителей могут, например, сильно различаться по своему КПД.

В настоящее время в Великобритании принята трехзначная кодировка аккумуляторов. При том, что в большинстве стран Европы они маркируются пятизначным номером по стандарту DIN. Этот стандарт дает, в частности, удобный способ определения ампер-часовой характеристики. Если вычесть 500 из первых трех цифр номера, то вы получите искомое значение. Например, номер 54532 означает, что это аккумулятор емкостью 45 Ah.

Свинцовая стартерная аккумуляторная батарея (АКБ, аккумулятор) - вторичный источник электрической энергии. Это значит, что после глубокого разряда ее работоспособность можно полностью восстановить при помощи заряда - пропускания электрического тока в направлении, обратном тому, в котором протекал ток при разряде.

Работает аккумулятор по принципу превращения электрической энергии в химическую (при заряде) и обратном превращении - химической энергии в электрическую (при разряде). Активные вещества заряженного свинцового аккумулятора, принимающие участие в токообразующем процессе:

- на положительном электроде - двуокись свинца темно - коричневого цвета;

- на отрицательном электроде - губчатый свинец серого цвета;

- электролит - водный раствор серной кислоты плотностью 1,28 г/см3, который, как и активная масса электродов, принимает участие в токообразующем процессе.

В процессе разряда активная масса как положительного, так и отрицательного электродов превращается в сульфат свинца (белого цвета). Поэтому теория, описывающая химические процессы, протекающие при заряде и разряде свинцового аккумулятора, называется теорией двойной сульфатации. При этом плотность электролита снижается к концу разряда до 1,08-1,10 г/см3.

Сегодня наиболее распространены автомобильные аккумуляторы номинальным напряжением 12 В. Их емкость составляет от 36 до 225 А/ч.

Виды аккумуляторных батарей, продаваемых в России

У свинцовых стартерных аккумуляторов в зависимости от исполнения свои конструктивно-технологические особенности, однако, в их устройстве много общего. Все они содержат разноименные электроды, разделенные сепараторами, которые помещают в сосуд, заполненный электролитом.

В зависимости от применяемых материалов и используемых конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей, современные аккумуляторы можно подразделить на два основных вида: классического исполнения и необслуживаемого исполнения.

Классическое (традиционное) исполнение.

Основы традиционного исполнения батарей сформировались уже в начале 20-го века и постепенно трансформировались до современного состояния по мере появления новых конструкционных материалов, но их эксплуатационные недостатки при этом сохранились.

В России аккумуляторы традиционного исполнения выпускают как в моноблоках с отдельными крышками, так и в моноблоках с общей крышкой. Первые герметизируют битумной мастикой, вторые - контактно-тепловой сваркой.

Аккумуляторные батареи с отдельными крышками собирают в одном многоячеечном корпусе - моноблоке 2, выполненном из эбонита или другой кислостойкой пластмассы, разделенном перегородками 16 на отдельные камеры-ячейки (банки), по числу аккумуляторов в батарее. В каждую из ячеек помещен блок, состоящий из чередующихся положительных 5 и отрицательных 3 электродов, разделенных сепараторами 4. Он представляет собой отдельный аккумулятор напряжением 2 В. Пространство между дном моноблока и верхними кромками фиксирующих электроды опорных призм 1 служит для накапливания шлама - осадка, образующегося в процессе эксплуатации вследствие оплывания частиц активной массы положительных электродов. Когда объем шламового пространства заполняется, происходит замыкание нижних кромок разноименных электродов и аккумулятор теряет работоспособность.

Электроды состоят из активной массы, нанесенной на токоотвод решетчатой конструкции - решетку. Сепараторы разделяют участвующие в электрохимических превращениях реагенты и обеспечивают возможность диффузии электролита от одного электрода к другому. Сторона сепаратора, обращенная к положительному электроду для облегчения доступа электролита к поверхности активной массы, выполнена ребристой.

Борн 8, который приваривают к мостику 6, параллельно соединяющему в блоке электроды одной полярности (положительные или отрицательные), служит наружным токоотводом аккумулятора. В верхней части электродного блока ставят щиток 7, предохраняющий верхние кромки сепараторов 4 от повреждений при замерах уровня и плотности электролита. Каждый аккумулятор после установки электродного блока в камеру-ячейку моноблока закрывают сверху отдельной пластмассовой или эбонитовой крышкой 15. В ней выполняют по два отверстия с втулками для выводных борнов электродного блока. Между ними расположено резьбовое отверстие для заливки электролита и периодического обслуживания аккумулятора в процессе эксплуатации. После заливки электролита резьбовое отверстие закрывают пробкой из полиэтилена 11, имеющей небольшое вентиляционное отверстие 13 для выхода газов, образуемых при разрядно-зарядных процессах.

Для сохранения герметичности внутренней полости каждой "банки" новой сухозаряженной батареи до ее приведения в рабочее состояние (заливки электролита) в верхней части пробки над вентиляционным отверстием выполнен глухой прилив. Для обеспечения нормальной эксплуатации этот прилив, после заливки электролита в батарею, необходимо срезать.

Для последовательного соединения аккумуляторов в батарею борн 8 одного аккумулятора, приваренный к мостику 6 положительных электродов, соединяют перемычкой 12с борном соседнего аккумулятора, приваренным к мостику отрицательных электродов, и так далее. К выводным борнам крайних аккумуляторов батареи приваривают полюсные выводы 9 и 14, служащие для соединения батареи с внешней электрической цепью. Положительный 9 и отрицательный 14 выводы имеют разный диаметр, что позволяет исключить возможность переполюсовки при подключении АКБ к бортовой электрической сетиавтомобиля.

Благодаря специфическим свойствам термопластичной пластмассы появились аккумуляторные батареи с общей крышкой в моноблоке из сополимера пропилена с этиленом., устройство которых показано на рис. 2. В моноблоке 1 установлены электродные блоки, состоящие из разноименных электродов 2 и 3, разделенных сепараторами 4. Эти блоки соединены между собой при помощи укороченных межэлементных соединений 6 через отверстия в перегородках 5 моноблока. Крышка 7 сделана единой на все шесть аккумуляторов батареи. Свойства термопластичной пластмассы позволили применить для герметизации аккумулятора с общей крышкой метод контактно-тепловой сварки, обеспечивающий сохранение герметичности как по периметру АКБ, так и между отдельными аккумуляторами в широком диапазоне температур (от -50°С до 70°С).

Необслуживаемое исполнение

Недостатки традиционных свинцовых батарей обусловлены тем, что содержащаяся в сплаве положительных токоотводов сурьма постепенно, по мере их коррозии, через раствор переходит на поверхность отрицательного электрода. Осаждение большого количества сурьмы на поверхности отрицательной активной массы снижает напряжение на электродах батареи, при котором начинается разложение воды на водород и кислород. Поэтому, в конце зарядного процесса и при небольшом перезаряде во время эксплуатации, увеличивается скорость электролитического разложения воды, которое сопровождается бурным газовыделением, похожим на кипение электролита.

За последние 20-25 лет, по мере развития технологии и совершенствования оборудования, появилось несколько разновидностей аккумуляторных батарей так называемого "необслуживаемого" исполнения. Их основная отличительная особенность - использование сплавов с пониженным содержанием сурьмы или вовсе без нее для производства токоотводов. Называя батареи "необслуживаемыми", их разработчики и производители не подразумевали, что эксплуатация таких батарей должна происходить без какого-либо контроля со стороны автовладельца. Они хотели лишь показать, что аккумуляторы в таком исполнении не требуют ежемесячной доливки дистиллированной воды при эксплуатации или ежемесячной подзарядки при бездействии, как это имеет место у батарей с токоотводами, содержащими более 5% сурьмы.

Усовершенствование конструкции при создании необслуживаемых аккумуляторов заключается еще и в том, что для увеличения запаса электролита без изменения высоты батареи, один из аккумуляторных электродов помещают в сепаратор-конверт, который изготовлен из микропористого полиэтиленового материала с низким электросопротивлением. В этом случае замыкание электродов различной полярности, при отсутствии сбоев в работе сборочного оборудования, практически исключено. Поэтому опорные призмы становятся ненужными, и блок электродов можно установить прямо на дно ячейки моноблока. В результате та часть электролита, которая раньше находилась в шламовом пространстве между призмами и не принимала участия в работе аккумулятора, теперь находится над электродами и пополняет его запас, расходуемый при эксплуатации батареи.

Первоначально такие батареи начали выпускать в США на базе свинцово-кальциевого сплава (0,07-0,1% Са; 0,1-0,12 % 5п; остальное - Рb) для токоотводов, положительного и отрицательного электродов. Это снизило газовыделение, что обеспечило эксплуатацию аккумуляторов без доливки воды в течение как минимум двух лет. При этом саморазряд батарей замедлился более чем в 6 раз. Однако, при нескольких глубоких разрядах такие аккумуляторы быстро теряют емкость и их стартерные характеристики резко снижаются, из-за чего они не нашли широкого распространения в Европе и России.

В это же время в США появились батареи системы "кальций плюс" (гибридные) с содержанием до 1,5-1,8% сурьмы и 1,4-1,6% кадмия в положительном токоотводе и свинцово-кальциевым отрицательным токоотводом. Характеристики этих батарей по расходу воды и саморазряду вдвое лучше, чем у малосурьмяных, но все ещё не такие хорошие, как у свинцово-кальциевых.

К началу 80-х годов производство необслуживаемых батарей стало быстро развиваться в странах Европы. Но там пошли по пути применения сплавов с пониженным до 2,5-3,0% содержанием сурьмы. В некоторых публикациях такие батареи иногда называют "малообслуживаемыми"; у них расход воды и саморазряд в 2-3 раза выше, чем у батарей с кальциевыми токоотводами. Позже и в Европе появились так называемые гибридные батареи.

Наконец, в конце 90-х годов и в США, и в Западной Европе началось производство батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с добавкой новых легирующих компонентов, в том числе серебра, которые не боятся глубоких разрядов. Расход воды у этих батарей так мал, что конструкторы убрали из крышек отверстия для доливки воды.

Батареи, у которых нет пробок, в рекламных публикациях иногда называют абсолютно (полностью) необслуживаемыми. При этом подразумевается, что в продажу такие батареи поставляют только залитыми и заряженными, а также то, что они не требуют долива воды исключена возможность контроля плотности электролита в процессе эксплуатации при исправном состоянии электрооборудования автомобиля и соблюдении условий эксплуатации, указанных производителем в инструкции по эксплуатации этих батарей. Полностью необслуживаемые аккумуляторные батареи снабжают индикатором плотности электролита - "глазком", цвет которого говорит о готовности аккумуляторных батарей к работе или необходимости ее подзарядки. Индикатор плотности электролита устанавливают в одну из средних ячеек, обычно в третью или четвертую от положительного вывода. Их выбор обусловлен предположением, что в средних ячейках плотность электролита близка к среднему состоянию заряженности аккумулятора, а также тем, что в них средняя температура.

Следует отметить, что эксплуатация батарей без отверстий для доливки воды требует более надежной работы системы энергоснабжения автомобиля, а также более внимательного отношения автовладельцев к состоянию и исправной работе электрооборудования. В первую очередь это касается натяжения ремня привода генератора и исправности самого генератора, а также регулятора напряжения. Отрицательно сказывается на состоянии батарей последнего поколения и наличие утечек тока в системе электрооборудования или сигнализации.

В России выпускаются необслуживаемые батареи емкостью от 44 до 90 А/ч с токоотводами из малосурьмяного сплава с содержанием сурьмы 1,7-3,0 %.

Подавляющее большинство аккумуляторов, поступающих в Россию из стран Европы, выпускают, как правило, в гибридном исполнении, либо с токоотводами обеих полярностей из свинцово-кальциевых сплавов. При изготовлении сухозаряженных батарей многие производители применяют для электродов обеих полярностей малосурьмяные сплавы с содержанием сурьмы 1,6-1,8 %.

Залитая или сухозаряженная АКБ

При покупке залитых аккумуляторных батарей положительным является то, что такая батарея продается в состоянии, пригодном к немедленному использованию. Покупателю не требуется покупать электролит и заливать его в батарею. Надо учесть, что изготовитель при заливке аккумуляторных батарей использует электролит высшего сорта, содержащий минимально допустимые количества примесей, в то время как качество продаваемого электролита нередко бывает весьма сомнительным.

Кроме того, качество залитой и заряженной батареи при ее покупке можно и нужно тщательно проверить, а качество сухозаряженной батареи можно будет определить только после приведения ее в действие по приложенной инструкции.

Единственное преимущество сухозаряженных аккумуляторных батарей - возможность длительного хранения (3-5 лет) без изменения их основных свойств, кроме потери сухозаряженности после первого года хранения.

Сухозаряженная аккумуляторная батарея не готова к немедленному применению. Она требует заливки электролита и пропитки (от 0,3 до 1 часа), с последующим зарядом (можно на автомобиле) до выравнивания плотности электролита по всем ячейкам со значением плотности залитого электролита. После хранения более одного года время заряда после заливки и пропитки электролита составит не 3-4 часа, как в первый год хранения, а вырастет до 6-10 часов.

При покупке необходимо внимательно осмотреть целостность корпуса аккумулятора, наличие этикеток с обозначениями и показателями

Обслуживаемая или необслуживаемая аккумуляторная батарея

В настоящее время производят несколько исполнений стартерных аккумуляторных батарей, которые можно характеризовать термином необслуживаемые (об их особенностях рассказано в разделе 1.2). За последние 20-25 лет аккумуляторы стали легче, мощнее в режиме пуска двигателя; значительно увеличено время полного снижения уровня резервного объема электролита над блоками пластин при нормальной эксплуатации. В результате появились конструкции аккумулятора, исключающие возможность доливки дистиллированной воды для поддержания уровня электролита над пластинами в ячейках. Однако, во всех типах стартерных свинцово-кислотных аккумуляторов основные электрохимические реакции при заряде, разряде и бездействии сохранились. Хотя интенсивность разложения воды из электролита в газ при зарядно-разрядных процессах в стартерных аккумуляторных батареях значительно уменьшилась, интенсивность снижения в эксплуатации уровня электролита над пластинами как зависела, так и зависит от режима работы (суточного пробега) автомобиля и технических показателей его зарядной системы. Следовательно, с первого дня работы плотность электролита в аккумуляторе может повышаться от первоначального значения с интенсивностью, значительно зависящей от условий работы. Стационарный заряд аккумуляторной батареи приводит к более быстрому снижению уровня электролита. У аккумулятора без доливочных отверстий не указаны ограничительные режимы подзаряда самими владельцами. Отсутствие возможности доливать дистиллированную воду для поддержания уровня резервного электролита объективно сокращает возможный ресурс аккумуляторной батареи в широком диапазоне отклонения эксплуатационных факторов от штатных режимов. Поэтому своевременная доливка дистиллированной воды в батарею с пробками позволяет снизить негативное влияние высокой плотности электролита на ее последующий ресурс.

Только АКБ, которая работает при минимальном воздействии негативных факторов, может достигать расчетных значений по продолжительности ресурса. Определенное количество батарей (без пробок для доливки) в эксплуатации после устранения дефекта в электрооборудовании оказывается непригодным к дальнейшей работе из-за низкого уровня и высокой концентрации электролита. По этой причине резко снижается отдача энергии. В более выгодных условиях после устранения дефекта в электрооборудовании оказываются АКБ, имеющие отверстия с пробками для доливки дистиллированной воды. В случае отказа аккумуляторной батареи в работе, измерение плотности электролита по ячейкам позволяет быстро и с высокой объективностью установить его причину: дефект в какой-либо ячейке, глубокий разряд или обрыв цепи внутри аккумулятора. Низкая плотность электролита в одной из ячеек указывает на наличие дефекта в ней (короткое замыкание между пластинами в блоке). Одинаково низкая плотность электролита во всех ячейках связана с глубоким разрядом всей батареи. При обрыве цепи разряда внутри аккумулятора плотность электролита по ячейкам, практически, одинаковая. Доступность замера плотности электролита в ячейках аккумуляторной батареи позволяет получить объем информации о ее состоянии простейшим способом, без проведения заряда и последующего тестирования.

В заряженном аккумуляторе активная масса положительных пластин состоит из перекиси свинца PbO2 темно-коричневого цвета а активная масса отрицательных пластин - из губчатого свинца Pb серого цвета. При этом плотность электролита в зависимости от времени года и района эксплуатации колеблется в пределах 1,25-1,31 г/см .

При разряде аккумулятора активная масса отрицательных пластин преобразуется из губчатого свинца Pb в сернокислый свинец PbSO4 c изменением цвета из серого в светло-серый.

Активная масса положительных пластин аккумулятора преобразуется из перекиси свинца PbO2 в сернокислый свинец PbSO4 с изменением цвета из темно- коричневого в коричневый .

Сернокислый свинец PbSO4 принято называть сульфатом свинца .

Практически при допустимом разряде аккумулятора в химических реакциях участвует не более 40-50 % активной массы пластин, так как к глубоким слоям активной массы вследствие недостаточной ее пористости электролит в необходимом количестве не поступает .Отложение кристаллов PbSO4 на поверхности стенок пор сужает и даже закупоривает поры активной массы, что затрудняет проникновение электролита к ее внутренним, более глубоким слоям. В виду этого часть химической энергии ,запасенной в виде PbO2 и Pb во внутренних слоях активной массы, не будет вступать в контакт с электролитом, что уменьшит емкость каждого аккумулятора батареи.

Так как в процессе разряда серная кислота идет на образование сернокислого свинца PbSO4 при одновременном выделении воды H2O, то плотность электролита соответственно уменьшается с 1,25-1,31 до 1,09-1,15 г/см.

Таким образом, плотность электролита при 100%-ном разряде уменьшается на 0,16 г/см, следовательно, в период разряда аккумулятора уменьшение плотности электролита на 0,01 г/см соответствует снижению емкости аккумулятора на 6%.

1.2. Характеристика АКБ

Электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора является алгебраической разностью электродных потенциалов.

И измеряется как напряжение разомкнутой цепи аккумулятора. Замер потенциала положительного и отрицательного электродов производят по отношению к электролиту с помощью кадмиевого электрода.

ЭДС аккумулятора зависит от плотности и очень незначительно от температуры электролита. С повышением плотности и температуры электролита ЭДС повышается. При температуре 18 С и плотности d=1,28 г/см 3 аккумулятор обладает ЭДС, равной 1,12 В. Зависимость ЭДС от плотности электролита при изменении ее от 1,05 г/см3 выражается формулой Е= 0,84 + d , где Е- ЭДС аккумулятора , В; d- плотность электролита при температуре 15 С ,г/см3. По ЭДС нельзя точно судить о степени разряженности аккумулятора. ЭДС разряженного аккумулятора с большей плотностью электролита будет выше, чем ЭДС заряженного аккумулятора , но имеющего меньшую плотность электролита Внутреннее сопротивление аккумулятора представляет собой сумму сопротивлений выводных зажимов, межэлементных соединений , электродов, электролита, сепараторов и сопротивления , возникающего в местах соприкосновения электродов с электролитом. Чем больше емкость аккумулятора (число электродов), тем меньше его внутреннее сопротивление. С понижением температуры и по мере разряда аккумулятора его внутреннее сопротивление растет. Чем выше номинальное напряжение аккумуляторной батареи , тем больше ее внутреннее сопротивление.

Напряжение аккумулятора отличается от его ЭДС на величину падения напряжения во внутренней цепи аккумулятора. Изменение напряжения аккумуляторной батареи при ее заряде и разряде показано на рисунке.

При заряде батареи от автомобильного генератора, напряжение которого постоянно, зарядный ток к концу заряда снижается, что и служит признаком заряженности аккумуляторной батареи.

Напряжение аккумуляторной батареи при ее разряде стартерным током зависит от силы разрядного тока и температуры батареи.

На следующем рисунке показаны вольт-амперные характеристики аккумуляторной батареи 6СТ-90 при различной температуре электролита. если разрядный ток будет постоянным , то напряжение батареи при разряде будет тем меньше , чем ниже ее температура .Для сохранения постоянства напряжения при разряде необходимо с понижением температуры батареи снижать силу разрядного тока.

Емкостью аккумулятора называют количество электричества, которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения. Чем больше сила разрядного тока , тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор, например, при определении номинальной емкости аккумуляторной батареи разряд ведется током до напряжения 10,5 В, температура электролита должна быть в интервале от 18 С до 27 С, а время разряда 20 ч. Конец срока службы батареи , согласно ГОСТ 959.0-84 , наступает, когда ее емкость составляет 40% от С .

Емкость батареи в стартерных режимах определяется при температуре 25 С и разрядом токе 3С . В этом случае время разряда до напряжения 6 В (1 В на аккумулятор) должно быть не менее 3 мин.

К электрическим характеристикам также относится резервная емкость - время разряда (мин) током (25 +0,25) до напряжения 10,5 В на батарею (1,75 В на аккумулятор) при температуре ( 27+ 5)С. Эта емкость, выраженная для удобства использования в минутах, позволяет знать время, в течении которого автомобиль может продолжать движение , если отказал генератор , а суммарный ток потребителей при этом равен 25 А. Для батарей емкостью от 26 до 75 А.ч. резервная емкость может быть подсчитана по формуле, а для батарей емкостью

Резервная емкость составляет (1,7-1,8)С.

Если разряд происходит при постоянной силе тока , то емкость аккумуляторной батареи определяется по формуле С=It, где I-ток разряда,А; t-время разряда,ч .

Емкость аккумуляторной батареи зависит от ее конструкции, числа электродов, их толщины, материала сепаратора, пористости активного материала конструкции решетки электродов и других факторов. В эксплуатации емкость батареи зависит от силы разрядного тока, температуры, режима разряда, степени заряженности и изношенности аккумуляторной батареи. При увеличении разрядного тока и степени напряженности, а также с понижением температуры емкость аккумуляторной батареи уменьшается. При низких температурах падение емкости аккумуляторной батареи с повышением разрядных токов происходит особенно интенсивно.

Расход воды

Показатель, имеющий непосредственное отношение к степени обслуживаемости батареи. Определяется в лабораторных условиях. Батарея считается необслуживаемой, если она имеет очень низкий расход воды в эксплуатации. Необслуживаемые батареи не требуют доливки дистиллированной воды в течение года и более при условии исправной работы регулятора напряжения.

На расход воды прямое влияние оказывает процентное содержание сурьмы в свинцовых решетках пластин. Как известно, сурьма добавляется для придания пластинам достаточной механической прочности. Однако у каждой медали есть обратная сторона. Сурьма способствует расщеплению воды на кислород и водород, следствием чего является выкипание воды и снижение уровня электролита. В батареях предыдущего поколения содержание сурьмы доходило до 10%, в современных этот показатель снижен до 1.5 %.

Панацею от этой беды фирмы видят в освоении т.н. гибридной технологии - замене сурьмы в одной из пластин на кальций. Кальций в решетке является веществом нейтральным по отношению к воде, не снижая при этом механической прочности решеток. А потому разложения воды не происходит и уровень электролита остается неизменным.

Долговечность батареи

Средний срок службы современных АКБ при условии соблюдения правил эксплуатации - а это недопущение глубоких разрядов и перезарядов, в том числе по вине регулятора напряжения - составляет 4-5 лет.

Наиболее губительными для батарей являются глубокие разряды. Оставленные на ночь включенными световые приборы, либо другие потребители способны разрядить ее до плотности 1.12 - 1.15 г/см3, т.е. практически до воды, что приводит к главной беде аккумуляторов - сульфатации свинцовых пластин. Пластины покрываются белым налетом, который постепенно кристаллизуется, после чего батарею практически невозможно восстановить. Отсюда вытекает главный вывод - необходимо постоянно следить за состоянием батареи, периодически замерять ее плотность. Особенно актуально это в зимнее время. Следует отметить, что сульфатация в определенных пределах - явление нормальное и присутствует всегда. (Вспомните - на основе теории двойной сульфатации построен принцип работы батарей.) Но при малом разряде и последующей зарядке батарея легко восстанавливается до исходного состояния. Это возможно и при глубоком разряде батареи, но только в том случае, если следом сразу же последует заряд. Если же разряжать батарею длительное время, не давая ей "подпитки", то падение плотности ниже критического значения неизбежно приводит к образованию кристаллов сульфата свинца, не вступающих в реакцию ни при каких обстоятельствах. А это означает, что начался необратимый процесс сульфатации.

Не менее опасен для батареи и перезаряд. Это происходит при неисправном регуляторе напряжения. При этом электролит начинает "кипеть" - происходит разложение воды на кислород и водород, и понижение уровня электролита. Вот почему необходимо следить за зарядным напряжением. Естественно, это не составляет труда, если на панели приборов присутствует вольтметр. Ну а если его нет? В этом случае также можно довольно просто оценить зарядное напряжение. Для этого запустите, и прогрейте двигатель, установив средние обороты и подключите тестер (в режиме вольтметра) между "+" и "массой" аккумуляторной батареи. Нормальный зарядный режим батареи обеспечивается в диапазоне 14±0.5В. Если напряжение меньше - стоит проверить натяжение ремня, надежность контактных соединений цепей системы электроснабжения. Если же это не помогает - неисправность нужно искать в регуляторе напряжения. Впрочем, точно также вина ложится на регулятор, если напряжение превышает 14.5В.

В последнее время широкое распространение получили сепараторы карманного типа - т.н. конвертные сепараторы. Их название говорит за себя - в эти конверты помещают одноименно заряженные пластины. Такая конструкция увеличивает срок службы батареи, так как осыпающаяся в процессе эксплуатации активная масса остается в конверте, тем самым предотвращается замыкание пластин.

Основные из этих параметров следующие:

- электрическая (номинальная) емкость, А/ч;

- значение пускового тока (тока стартерного разряда при регламентированном напряжении на полюсных выводах в режиме пуска двигателя автомобиля), А;

- размеры корпуса аккумуляторной батареи;

- масса аккумуляторной батареи.

Разберемся с этими значениями более детально.

Для режима пуска автомобильного двигателя от аккумуляторной батареи требуется как необходимый запас энергии - достаточная электрическая емкость, так и высокая мощность при разряде. Разработчики и основные потребители аккумуляторов установили для различных режимов разряда нормативные величины токов и напряжений, измеряемых на полюсных клеммах. Нормативные документы на аккумулятор, как правило, регламентируют два наиболее важных режима разряда: режим определения емкости батареи и стартерный режим при отрицательной температуре.

Электрическая емкость

Электрическая емкость характеризует количество электричества, которое способна отдать аккумуляторная батарея при длительном режиме разряда. Электрическая емкость батареи определяется либо при 20-часовом разряде, либо в режиме резервной емкости.

Номинальная электрическая емкость - емкость 20-часового разряда аккумуляторной батареи. Именно, ее пока регламентируют в большинстве нормативных документов европейских производителей, в российском ГОСТ 959-2002, вступающим в действие с июля 2003 года, и указывают на этикетке аккумуляторной батареи. Для определения номинальной емкости батарею непрерывно разряжают при температуре 25°С током, равным 0,05С20 (0,05 от величины номинальной емкости, указанной производителем при 20-часовом режиме разряда). Например, для аккумуляторной батареи емкостью 60 А/ч ток разряда составляет 3 А, а для аккумулятора, емкостью 90 А/ч - 4,5 А. При определении номинальной емкости разряд прекращается при напряжении 10,5 В на 12-вольтовой батарее.

Резервная емкость - это запас емкости аккумулятора, измеренный в минутах при разряде током в 25 А для батарей любой емкости при температуре 27°С. Она приблизительно соответствует времени движения автомобиля при выходе из строя его генератора. Для аккумулятора номинальной емкостью 55 А/ч резервная емкость составляет 85-90 мин. Это значит, что при выходе из строя генератора, автомобиль сможет двигаться еще примерно 1,5 часа за счет энергии аккумулятора, полностью заряженной на момент поломки.

Мощность аккумулятора

Как известно из электротехники, мощность характеризуется произведением разрядного тока на среднее напряжение в цепи за конкретный промежуток времени.

Р=I х U,где:

I - ток при разряде;

U- среднее арифметическое значение разрядного напряжения, измеренного через равные промежутки времени.

У свинцовых батарей с ростом разрядного тока при стартерном режиме разряда (режиме разряда батареи при пуске двигателя стартером) величина среднего напряжения заметно уменьшается. Поэтому, учитывая постоянство пускового тока, чем большая мощность затрачивается батареей при пуске двигателя, тем ниже будет напряжение на ее выводах, тем медленнее двигатель будет вращаться стартером. Чем выше мощность аккумулятора, тем быстрее стартер будет "крутить" двигатель, тем легче осуществить его запуск. Для сравнения мощностей батарей достаточно сравнить их пусковой ток (больше ток - больше мощность), приведенный к единой методике испытаний (ЕN, SАЕ, IЕС, ГОСТ и др.).

Стартерный разряд (за рубежом - короткий разряд) заявленным производителем током, проводится с определенной продолжительностью (непрерывно или в прерывистом режиме) до установленного напряжения. При этом, в нормативных документах указывают промежуточные интервалы от начала разряда (5,10 или 30 сек.), в течение которых контролируют величину напряжения аккумуляторной батареи в процессе разряда. Запас энергии батареи, характеризуемый временем стартерного разряда, показывает, как долго она сможет обеспечивать попытки запуска двигателя. Попросту говоря, чем больше емкость аккумуляторной батареи, тем больше в запасе у автовладельца попыток запустить двигатель.

Первоначально выбор аккумулятора производят разработчики пусковой системы двигателя автомобиля. При этом в расчете применяют разрядные характеристики аккумулятора при состоянии заряженности 75% на 3-ей попытке стартерного разряда. Температурные условия пуска двигателя задает разработчик автомобиля. Как правило, температура пуска карбюраторного двигателя на товарных маслах принимается -20°С, а для дизельных двигателей до -15°..-17°С. Для последних при более низких температурах предполагается применение средств облегчения пуска (аэрозоль, подогрев топлива, масла, воздуха и т.д.). Подобные же средства облегчения в зимних условиях могут применяться и для пуска карбюраторных двигателей (легковых, грузовых) автомобилей. Выбранную разработчиком по разрядным характеристикам стартерную аккумуляторную батарею после лабораторных и эксплуатационных испытаний записывают в технический паспорт автомобиля. По этому документу автовладельцы, как правило, осуществляют замену вышедшей из строя старой аккумуляторной батареи на новую.

На современных стартерных батареях разных производителей указывают показатели в различных режимах их определения. Не каждый автолюбитель может понять, в чем различие тока разряда по DIN (Германия) или ТУ (Россия) от тока разряда по SАЕ (США) или ЕN (стандарт Евросоюза). Внешне очевидно, что значение тока по SАЕ, ЕN (Европейский союз) или по новому ГОСТ 959-2002 существенно больше, чем по ТУ (ГОСТ 959-91) или устаревшему DIN-43539 ч. 2. При разряде этими токами на полюсных выводах аккумуляторной батареи предполагают разные по величине напряжения. При температуре электролита -18°С разряд токами по SАЕ и ЕN предполагает напряжение на полюсных выводах аккумуляторной батареи 7,2 В на 30-й секунде (SАЕ) или 7,5 В на 10-й секунде (ЕN или ГОСТ 959-2002), а при токах по 01М и ТУ (ГОСТ 959-91) напряжение при разряде должно быть не менее 9,0 В на 30-й секунде. С учетом этих показателей выбор аккумуляторной батареи может быть успешным, если иметь в виду, что соотношение разрядного тока по SАЕ и ЕN к току по DIN и ТУ равно 1,7. Если на конкретной аккумуляторной батареи указан ток по одному из стандартов, то через этот коэффициент можно определить значение тока разряда по другому стандарту.

Пояснения к некоторым критериям выбора

Пусковой ток новой батареи должен быть не ниже, чем у старой (заменяемой). При этом не следует брать новую аккумуляторную батарею с меньшей электрической емкостью (А/ч). Дело в том, что при некоторых режимах работы двигателя (холостой ход) и малых дневных пробегах автомобиля, аккумулятор в темное время "помогает" генератору питать включенные потребители. При малой собственной электрической емкости глубина разряда при этом может быть более 40-50%, что приведет к снижению работоспособности аккумулятора в режиме пуска двигателя. Повторяющиеся глубокие разряды аккумулятора приведут к сокращению его ресурса. Таким образом, выбирая аккумулятор, надо учитывать величину пускового тока, значение электрической (номинальной) емкости, расположение полюсных выводов (полярность прямая, когда клемма "минус" справа; полярность обратная, когда клемма "плюс" справа), габаритные размеры (в основном подлине) и способ крепления аккумулятора. Паспортные показатели аккумулятор характеризуют его потенциальные возможности. Однако, выбирая аккумулятор, необходимо помнить, что в процессе эксплуатации ее состояние во многом зависит от режима и условий работы автомобиля.

Можно ли применять АКБ с большей емкостью, чем была? Справится ли генератор с ее зарядом? Справится, если аккумулятор не разряжать на автомобиле полностью, на всю емкость. На пуск двигателя от аккумулятора любой емкости требуется, примерно, одно и то же количество электричества (на 1-3 попытки пуска по 5-10 сек.). Это же количество (А/ч) генератор должен вернуть в аккумулятор после пуска двигателя. Другое дело, что полный запас емкости (энергии) в этих аккумуляторах будет различным. Работа щеточно-коллекторного узла стартера будет более напряженной при установке аккумулятора большей емкости: ускоряется износ щеток и контактной поверхности коллектора.

Выбор аккумулятора по габаритным размерам и полярности определяется отличительными особенностями автомобиля (площадка под аккумулятор, длина проводов). Не всегда можно установить аккумулятор с прямой полярностью на место АКБ с реверсной (обратной) полярностью из-за недостаточной длины проводов. Кроме того, выступающие над поверхностью крышки аккумулятора полюсные выводы могут не дать закрыть крышку капота. На каждой батарее в соответствии с требованиями международных стандартов должна быть маркировка, содержащая информацию о её напряжении, номинальной емкости, назначении и конструктивном исполнении. На рис. 3 показана типовая маркировка, применяемая на аккумуляторах, выпускаемых в России и Европе.

Например, условное обозначение батареи "6СТ-60А1" указывает, что батарея состоит из шести аккумуляторов, соединенных последовательно. Таким образом, её номинальное напряжение - 12 В. По своему назначению батарея стартерная, её номинальная емкость - 60 А-ч при 20-часовом режиме разряда. Батарея изготовлена в моноблоке с общей крышкой в сухозаряженном исполнении.

После условного обозначения батарей, предназначенных для внутреннего рынка, указывают обозначение технических условий на батарею конкретного типа, а батарей, предназначенных на экспорт - обозначение ГОСТ 959-91. Сплав, из которого изготовлены токоотводы и электроды, иногда указывают в рекламных целях. Условное обозначение батарей, применяемое большинством европейских производителей, представляет собой пятизначный код по немецкому стандарту DIN (например 560 19) или девятизначный код по международному стандарту ЕТN (например 560 059 042).

В структуре кодов как по DIN, так и по ЕТМ, значение первых трех цифр одинаково. Они показывают номинальное напряжение и емкость батареи. Для 6-вольтовых батарей первые три цифры (от 001 до 499) представляют собой номинальную емкость в ампер-часах. Для наиболее распространенных 12-вольтовых аккумуляторов номинальную емкость можно получить, вычитая 500 из трехзначного числа (от 501 до 799). Таким образом, если первая цифра обозначения равна 5, то емкость батареи от 1 до 99 А/ч, если 6 - от 100 до 199 А/ч, а если 7 - от 200 до 299 А/ч.

Например, емкость батареи типа 560 19 (по DIN) или 560 059 042 (по ЕТМ) - 60 А-ч. Последние две цифры в обозначении по DIN и вторая тройка цифр в обозначении по ЕТМ характеризуют размеры и тип полюсных выводов, конструкцию крепежных элементов, тип газоотвода, тип крышки, наличие ручек и вибропрочность данного варианта конструктивного исполнения АКБ.

Число из трех последних цифр в обозначении по ЕТN составляет 0,1 от величины тока холодной прокрутки по ЕN. Для приведенного выше примера ток холодной прокрутки равен:

I = 042x10=420 А.

Для сопоставительного пересчета величины тока по ЕN в DIN применяют коэффициент 1,7:

I ЕN = 1,7 x I DIN

Американские производители формируют условное обозначение в соответствии с требованиями стандарта SАЕ (США). Обозначение состоит из номера типоразмерной группы и тока холодной прокрутки при -18°С. Например, батарея типа А24410 относится к типоразмерной группе 24 (260x173x225 мм), а ее ток холодной прокрутки по методике SАЕ равен 410 А при -18°С.

Кроме вышеуказанных обозначений маркировка батареи должна содержать следующие данные:

2 - товарный знак завода-изготовителя;

3 - 60 Аh - номинальная емкость в Ампер-часах (А/ч или Аh);

4 - 420 А - пусковой ток - ток холодной прокрутки при -18°С в Амперах (А). Действующий ГОСТ 959-91 содержит требования по параметрам стартерного разряда по аналогии с DIN 43539 ч. 2. В новом стандарте ГОСТ 959-2002, вступающим в силу с июля 2003 года, предусмотрено изменение параметров стартерного разряда в соответствии с ЕМ 60095-1. Поэтому, начиная с указанной даты, в маркировке всех российских аккумуляторов величина тока холодной прокрутки вырастет примерно в 1,7 раза лишь за счет изменения метода его определения;

5 -12V - номинальное напряжение в Вольтах (В или в V);