Автомобильный аккумулятор используется для питания стартера при пуске двигателя. Способствует распределению энергии генератора по времени на питание потребителей. Служит сглаживающим фильтром пульсации и всплесков напряжения генератора при переходных режимах. Например, при начальном периоде отдачи энергии генератора или при выключении отдельных мощных потребителей, обеспечивая при эксплуатации надежную работу приборов и изделий электроники.
Влияние условий эксплуатации на работоспособность автомобильного аккумулятора, обогрев в зимнее время и требования к местам установки аккумулятора.
Повсеместное применение генераторов переменного тока улучшило показатели срока службы автомобильного аккумулятора. В основном вследствие уменьшения глубины разряда. Особенно в зимний период за счет повышения установившейся степени заряженности батареи.
Насыщение автомобиля потребителями электроэнергии существенно изменяет условия и режимы работы всех изделий электрооборудования. В том числе и автомобильного аккумулятора. В то же время остается неизменным главный принцип взаимодействия батареи со всей системой электрооборудования. Возврат при заряде от генератора энергии, отданной при режимах разряда. То есть условие соблюдения заданного энергобаланса.
В правильной реализации этого принципа заключена основа надежной и безотказной работы автомобильного аккумулятора в течение всего срока службы. Отклонения от его соблюдения в меньшую сторону (недозаряд) либо в большую (перезаряд) приводят к отказу в работе батареи. Сокращению срока ее надежной работы и преждевременному выходу из строя.
Рассмотрим, как работает аккумуляторная батарея в системе электрооборудования автомобиля. Взаимодействуя с генератором, регулятором напряжения, потребителями, обеспечивающими безопасность движения автомобиля и комфорт.
Выбор генератора, его мощности и рабочих характеристик осуществляется по устанавливаемым штатно потребителям электроэнергии. Включая и необходимый заряд автомобильного аккумулятора. Установка дополнительных потребителей (противотуманные фары, обогреватели сидений и зеркал, более мощные лампы фар и т.п.) на автомобиле приводит к снижению степени заряженности батареи. С увеличением продолжительности использования этих дополнительных потребителей снижение степени заряженности усиливается.
Настройка регулятора напряжения в первую очередь направлена на обеспечение работы штатных потребителей и заряда автомобильного аккумулятора в зимних условиях не менее, чем на 75 % емкости.
При этом учитываются:
— Рабочие характеристики генератора.
— Передаточное отношение (от двигателя к генератору).
— Средняя продолжительность движения автомобиля в сутки.
— Мощность и режим работы потребителей электроэнергии.
Так что изменение любого из перечисленных факторов создает возможность изменения состояния заряженности автомобильного аккумулятора.
Рассмотрим характерные примеры.
Увеличение продолжительности движения автомобиля (например, такси) при стандартной настройке уровня зарядного напряжения приводит к:
— Перезаряду аккумуляторной батареи.
— Быстрому снижению уровня электролита.
— Сокращению календарного срока службы.
Установка приемопередающей радиостанции, постоянно работающей в течение смены, приводит при тех же условиях к:
— Недозаряду аккумулятора.
— Снижению степени заряженности на длительное время.
— Ускоренному оплыванию активного вещества с пластин.
— Сокращению срока службы.
Изменение температуры электролита, сокращение продолжительности светового дня создает необходимость более продолжительной работы приборов освещения дороги и комфорта в салоне автомобиля. Зимние дорожные условия снижают динамику движения автомобиля и, следовательно, эффективность работы генератора. В итоге, батарея, затрачивая больше электроэнергии на пуск двигателя, в процессе движения получает от генератора значительно меньше энергии, чем в летнее время. Это и приводит к ее более низкой заряженности.
Если в летнее время аккумуляторная батарея в большинстве случаев имеет состояние заряженности около 100 %, то в зимнее — аккумуляторные батареи со степенью заряженности, близкой к 100 %, встречаются на автомобилях относительно редко. Для обеспечения эксплуатации автомобильного аккумулятора в зимний период при степени заряженности не менее 75 % необходимо учитывать, что свойства батареи в значительной степени зависят от температуры электролита.
Влияние низкой температуры на работоспособность автомобильного аккумулятора происходит по следующим показателям:
— Снижение разрядных характеристик при стартерном пуске двигателей вследствие увеличения внутренних потерь.
— Снижение способности аккумуляторной батареи принимать заряд от генератора при работающем двигателе.
Не вдаваясь в существо электрохимических процессов, протекающих в батарее, можно сказать, что основной причиной снижения зарядных и разрядных характеристик является увеличение вязкости и сопротивления электролита. При снижении температуры от +20 °С до -25 °С пусковые характеристики автомобильного аккумулятора снижаются в два-три раза. При этом одновременно возрастает сопротивление прокручиванию вала двигателя. Это приводит к увеличению тока стартера и, соответственно, к увеличению тока разряда батареи.
Резко ухудшаются условия смесеобразования и воспламенения горючей смеси в цилиндрах. Поэтому пуск двигателя осуществляется за три-четыре и более попыток. Приведенная температура (-25 °С) является пределом пуска. Если не применяются средства облегчения пуска, либо подогрев автомобильного аккумулятора.
Снижение способности автомобильного аккумулятора принимать заряд можно охарактеризовать тем, что принимаемый ток заряда при понижении температуры электролита в указанных выше пределах при прочих равных условиях уменьшается в 8-10 раз за счет роста внутреннего сопротивления батареи. Это значит, что энергия, отданная батареей при пуске двигателя, возвращается ей при последующем движении автомобиля в зимнее время за более продолжительное время, что не всегда возможно.
При понижении температуры окружающего воздуха:
— Существенно увеличивается расход энергии автомобильного аккумулятора на пуск холодного двигателя.
— Включаются дополнительные потребители (обогрев салона, стекол и др.).
— Из-за сокращения светового дня значительное время движение автомобиля происходит при работе ламп световой сигнализации и освещения дороги.
Включение потребителей происходит при работе двигателя на различных частотах вращения коленчатого вала. То есть при изменяющейся от минимальной до максимальной отдаче энергии генератором. Потребители могут не выключаться и при остановке двигателя. Поэтому аккумуляторная батарея может разряжаться на значительную глубину.
В случае, когда энергия, отдаваемая аккумуляторной батареей, не возвращена ей генератором за время последующего движения автомобиля, пуск двигателя после ночной стоянки будет затруднительным. При систематическом невосполнении от генератора затраченной батареей энергии, степень заряженности последней снижается и может достигнуть недопустимо низкого предела.
В этом случае может произойти отказ автомобильного аккумулятора в работе. Особенно при холодном пуске двигателя. Кроме того, систематическая работа батареи при низкой заряженности приводит к ускоренному оплыванию активной массы электродов и сокращению срока надежной работы батареи.
Обогрев автомобильного аккумулятора в зимнее время.
Разработки конструкторов направлены на создание условий работы батареи на автомобиле, при которых степень заряженности батарей близка к оптимальной при круглогодичной эксплуатации. Одним из направлений является улучшение температурного режима работы автомобильного аккумулятора в зимнее время за счет применения ее обогрева.
Обогрев может производиться как теплом работающего двигателя, так и специальными электрическими нагревателями. Нагреватель может встраиваться в батарею. Более дешевым может быть нагреватель, встраиваемый в контейнер, в который устанавливают батарею. Однако, в этом случае система имеет значительную инерционность и нагрев происходит медленнее.
Элементы нагревателя нуждаются в защите от воздействия электролита. На легковых автомобилях при установке аккумулятора в моторном отсеке в зимнее время полезно закрывать ее от встречного потока холодного воздуха.
Настройка регулятора напряжения.
Выбранная для зимних условий настройка регулятора напряжения сохраняется неизменной и в летнее время (исполнено в микросхеме). Летние условия эксплуатации и по снижению нагрузки на генератор, и по условиям заряда (температура электролита всегда положительная) позволяют батарее находиться постоянно в полностью заряженном состоянии. Поэтому продолжительные поездки, как правило, сопровождаются перезарядом батареи. Приводящим к сокращению ее конструктивно-технологического ресурса.
Снижение уровня электролита над пластинами наиболее интенсивно происходит именно в летнее время. Доливка дистиллированной воды до установленного уровня позволяет избежать чрезмерного увеличения плотности электролита и негативных последствий от этого. Однако остановить электрохимическую коррозию решеток положительных пластин невозможно.
Обязательным мероприятием в этих условиях должна быть проверка величины зарядного напряжения. С нагрузкой и без нее. Если значение зарядного напряжения на клеммах автомобильного аккумулятора увеличивается при включении нагрузки, значит надо провести техническое обслуживание коммутирующих изделий (переходных контактов) цепи заряда. Этим дефектом обладают зарядные цепи автомобилей с продолжительным сроком эксплуатации.
Простая замена регулятора напряжения в этих случаях не дает положительного результата. Во всех случаях, когда имеется регулятор с 2-ступенчатой регулировкой («max», «min» на грузовых автомобилях), при наличии перезаряда целесообразно переключить цепь батареи на положение «min».
Соответственно, если проверка состояния автомобильного аккумулятора указывает на низкую заряженность (эксплуатация автомобиля с длительными перерывами) зарядную цепь необходимо включить в положение «max». Это позволит при низкой интенсивности эксплуатации поддерживать достаточную степень заряженности автомобильного аккумулятора для надежного и безотказного пуска.
Техническое обслуживание автомобильного аккумулятора.
На состояние автомобильного аккумулятора в эксплуатации комплексно воздействуют как рабочие характеристики изделий электрооборудования, так и режим и условия работы автомобиля. Однако все эти факторы при их благоприятном соотношении не дадут положительного результата по сроку службы батареи, если ее техническое обслуживание не будет проведено своевременно.
Рекомендации по техническому обслуживанию автомобильного аккумулятора определяются его конструктивными и технологическими особенностями:
— Сплав токоотводов.
— Объем резервного электролита над блоком пластин.
— Наличие пробок.
— Конструкция вентиляционных каналов.
— Чистота воды, электролита и других материалов.
Контроль за техническим состоянием изделий электрооборудования в большинстве своем должен быть предупредительным. Только в таких условиях эксплуатации аккумуляторные батареи без пробок и без возможности доливки дистиллированной воды при эксплуатации, имеющие увеличенный запас резервного электролита над пластинами, могут использоваться надежно в течение продолжительного срока.
В случае повышенного напряжения заряда или интенсивного режима работы автомобиля в жаркое время срок службы таких батарей может быть резко снижен из-за отсутствия возможности доливки воды. В повседневной практике имеют место случаи, когда батарея в период гарантийного срока выходит из строя не из-за наличия в ней дефектов, а по причине неблагоприятных условий эксплуатации или неисправностей изделий электрооборудования.
Отказ часто наступает не по причине исчерпания ресурса, а из-за преобладания негативных факторов в условиях работы. На предлагаемой схеме показаны факторы, которые в той или иной мере воздействуют на продолжительность надежной работы автомобильного аккумулятора.
Схема зависимости срока службы автомобильного аккумулятора от условий эксплуатации.
Рекомендации заводов-изготовителей заключаются в том, чтобы при зимней эксплуатации автомобилей состояние заряженности батареи сохранялось на уровне не менее 75 %. Это состояние отвечает требованию по обеспечению надежного пуска двигателя при низких температурах. А также по сохранению пластин от преждевременного оплывания активного вещества.
В летнее время условия пуска двигателя более легкие. Потому возможность пуска сохраняется даже при снижении степени заряженности до 50 %. Однако, такое состояние даже в летнее время не должно сохраняться продолжительное время по причине ускорения разрушения активных материалов аккумуляторных электродов.
Практика показывает, что наибольший календарный срок надежной работы имеют батареи, которые эксплуатируются на автомобилях со среднегодовым пробегом 10-20 тысяч км. При регулярном контроле за состоянием заряженности и выполнении мероприятий по техническому обслуживанию автомобильного аккумулятора и изделий электрооборудования.
Вместе с тем при высокой интенсивности работы автомобиля (режим «такси») календарный срок работы автомобильного аккумулятора может быть относительно небольшим. При значительно большем пробеге автомобиля (100-150 тысяч км) до выхода батареи из строя. Такое различие в сроке службы может иметь место для батарей одного конструктивно-технологического исполнения в зависимости от интенсивности эксплуатации.
Требования к местам установки автомобильного аккумулятора.
Гарантийные обязательства на батарею прекращаются в случаях, когда ее эксплуатация осуществляется без надлежащего закрепления на рабочем месте. Незакрепленная батарея подвергается более жесткой тряске. Способствующей сокращению срока надежной работы электродов.
Место установки автомобильного аккумулятора должно:
— Отвечать требованиям его безопасной работы.
— Обеспечивать защиту от перегрева теплом от двигателя.
— Защиту от дорожной грязи.
— Удобство технического обслуживания.
Вентиляция закрытого контейнера или отсека, где помещены батареи, должна быть естественной и обеспечиваться отверстиями в двух противоположных стенках контейнера (в верхней его части). Либо наличием специальной дренажной системы для отвода газов. Перекрывать вентиляционные отверстия недопустимо. Скопление газов из автомобильного аккумулятора в контейнере может привести к их взрыву с тяжелыми последствиями.
При утеплении автомобильного аккумулятора в контейнере (либо без него) свободное удаление выделяющихся при работе газов должно обеспечиваться неукоснительно. Верхняя часть автомобильного аккумулятора не должна закрываться каким-либо материалом. На корпусе (крышке) батареи недопустимо крепление каких-либо изделий. В том числе изделий электроники управления системой охраны автомобиля при его стоянке.
По материалам справочника «Аккумуляторные батареи».
Курзуков Н. И., Ягнятинский В. М.