Полярность аккумуляторной батареи

Разноименные полюсные выводы батареи имеют различные размеры конусов и обязательно обозначены символами «+» и «–» на крышке. Это необходимо для правильного присоединения батареи к соответствующему полюсному наконечнику электрической цепи автомобиля. Если при установке батареи наконечники проводов закрепить с нарушением указанной полярности, то изделия электроники автомобиля будут сразу же выведены из строя. При подключении зарядного устройства к разряженной аккумуляторной батарее также необходимо соблюдать полярность. В противном случае происходит перегорание предохранителя зарядного устройства.

 

В некоторых случаях удаётся зарядить очень глубоко разряженную батарею в обратном направлении (изменяется внутренняя полярность самой батареи на противоположную). Установка такого «перевёртыша» на автомобиль всегда сопровождается печальными последствиями.

 

Определение состояния заряженности, и саморазряда аккумуляторных батарей в период хранения значительно затрудняется при отсутствии пробок на крышках. Низкое значение НРЦ на полюсных выводах батареи не даёт однозначного ответа о причинах этого снижения (то ли батарея глубоко разряжена, то ли она с дефектом в одном из шести аккумуляторов). Поэтому эксплуатация стартерных аккумуляторных батарей без пробок и отверстий для контроля состояния и доливки электролита вызывает дополнительные существенные сложности при необходимости определения их состояния. А ведь основное назначение аккумуляторной батареи – это надёжная и безотказная эксплуатация в течение длительного времени.

 

Использование в обозначении аккумуляторных батарей термина «необслуживаемая» привело к тому, что многие потребители приняли этот термин в качестве руководства к «бездействию» и игнорируют требования руководства по эксплуатации о периодическом контроле величины зарядного напряжения и состояния электрооборудования автомобиля. Это приводит, в конечном счёте, к снижению сроков эксплуатации батарей, так как без доливки воды для поддержания уровня электролита над блоками пластин создаются экстремальные условия эксплуатации, и батареи быстрее выходят из строя.

 

Стартерная батарея в системе электрооборудования автомобилей и другой техники имеет значение не только как источник энергии, используемый для питания стартера при пуске двигателя. Она также способствует распределению энергии генератора во времени на питание потребителей, служит фильтром, сглаживающим пульсации напряжения генератора при переходных режимах (например – в период до начала отдачи энергии генератором, при включении или выключении отдельных мощных потребителей), обеспечивая тем самым необходимое качество энергии для надёжной работы электрических приборов и изделий электроники.

 

Можно отметить, что повсеместное применение генераторов переменного тока позволило улучшить показатели срока службы батарей в период эксплуатации. Это произошло, в основном, вследствие повышения установившейся степени заряженности батареи за счёт уменьшения глубины разряда, особенно в зимний период.

 

Насыщение современного автомобиля большим количеством потребителей электроэнергии существенно изменяет условия и режимы работы всех изделий электрооборудования, в том числе и аккумуляторных батарей. В то же время остаётся неизменным главный принцип успешного взаимодействия стартерной аккумуляторной батареи со всей системой электрооборудования: возврат при заряде от генератора такого количества энергии, которое не меньше количества энергии, отданного батареей при разряде, то есть – условие соблюдения положительного энергобаланса. В неукоснительной реализации этого принципа заключена основа надёжной и безотказной работы аккумуляторной батареи в течение всего срока службы. Отклонения от принципа энергобаланса при работе системы электрооборудования в меньшую сторону (недозаряд) либо в большую (перезаряд) приводят к отказу, сокращению срока надёжной работы и преждевременному выходу батареи из строя. Поэтому главная задача системы электрооборудования транспортного средства – обеспечивать надёжное электроснабжение всех систем (двигатель, освещение, системы безопасности, системы, обеспечивающие комфорт и т.д.) при поддержании оптимального состояния заряженности аккумуляторной батареи. По опыту эксплуатации современных транспортных средств, оптимальным можно считать состояние заряженности аккумуляторных батарей в интервале 75-100 %, причём минимальное значение степени заряженности характерно для зимней эксплуатации, а максимальное – для летней.

 

Какие же условия эксплуатации транспортного средства оказывают наиболее существенное влияние на состояние заряженности батареи, а, следовательно, и на надёжность, безотказность и долговечность работы аккумуляторной батареи в системе электрооборудования современного автомобиля?

 

Одним из основных параметров, оказывающих решающее влияние на состояние заряженности аккумуляторной батареи, является величина зарядного напряжения, которое обеспечивается реле-регулятором, установленным на генераторе. Поэтому величина зарядного напряжения является определяющим фактором, обеспечивающим надёжную, безотказную и долговечную эксплуатацию батареи

 

Для правильного выбора величины зарядного напряжения необходимо учитывать влияние следующих важнейших факторов:

- климатические условия региона;

- режим (интенсивность) эксплуатации;

- глубина разряда батареи за один цикл с учётом соответствия суммарной нагрузки,

потребляемой системой электроснабжения автомобиля, мощности генератора.

 

Рассмотрим влияние каждого из перечисленных факторов.

В осенне-зимний период состояние заряженности аккумуляторной батареи на автомобиле снижается. Понижение температуры окружающей среды и сокращение продолжительности светового дня создаёт необходимость более продолжительной работы приборов освещения дороги и комфорта в салоне автомобиля. Зимние дорожные условия снижают динамику движения автомобиля и, следовательно, эффективность работы генератора.

 

Для обеспечения надёжной эксплуатации аккумуляторной батареи в зимний период при степени заряженности не менее 75 % необходимо учитывать, что её свойства также в значительной степени зависят от температуры электролита. При понижении температуры электролита в батарее происходит изменение следующих показателей:

- снижение величины разрядного напряжения и возможного количества попыток пуска

двигателя стартером вследствие увеличения внутреннего сопротивления батареи;

- снижение способности батареи принимать заряд от генератора при работающем

двигателе.

 

Не вдаваясь в существо электрохимических процессов, протекающих в стартерной аккумуляторной батарее, можно сказать, что основной причиной снижения её зарядных и разрядных характеристик является увеличение электрического сопротивления электролита при понижении его температуры. При понижении температуры электролита в батарее от +20°С до –25°С пусковые характеристики батареи снижаются в два-три раза. При этом одновременно возрастает сопротивление прокручивания вала двигателя из-за повышения момента сопротивления, вызванное увеличением вязкости моторного масла. Это приводит к увеличению тока стартера и, соответственно, к увеличению тока разряда батареи. Кроме того, резко ухудшаются условия образования горючей смеси и её воспламенения в цилиндрах. Поэтому запуск двигателя может осуществляться только с третьей, четвёртой попытки, их может быть и больше. Температура –25°С, как правило, является пределом надёжного пуска, если не применяются средства облегчения пуска, либо подогрев моторного масла и самой аккумуляторной батареи.

 

Снижение способности аккумуляторной батареи принимать заряд можно охарактеризовать тем, что ток заряда, принимаемый батареей, при понижении температуры электролита в указанных выше пределах при прочих равных условиях уменьшается в восемь-десять раз за счёт роста внутреннего сопротивления батареи. Это значит, что энергия, отданная стартерной аккумуляторной батареей при пуске двигателя, возвращается ей при последующем движении автомобиля в зимнее время за более продолжительное, чем летом, время, и не всегда восполняется полностью.

 

Заводская настройка регулятора напряжения направлена на обеспечение работы штатных потребителей и заряда аккумуляторной батареи в зимних условиях до степени заряженности не менее чем на 75 % её ёмкости. При этом учитываются рабочие характеристики генератора, передаточное отношение (от двигателя к генератору), средняя продолжительность движения автомобиля в сутки, потребляемая мощность и режим работы потребителей электроэнергии. Так что изменение любого из перечисленных факторов создаёт возможность изменения состояния заряженности батареи. В итоге при нарушении энергобаланса в сторону снижения количества получаемой от генератора энергии, стартерная аккумуляторная батарея, затрачивая больше электроэнергии на пуск двигателя, получает от генератора в процессе движения автомобиля значительно меньше энергии, чем в летнее время, что и приводит к снижению её заряженности. Именно поэтому в летнее время батарея в большинстве случаев имеет уровень заряженности около 100 %, а в зимнее время такие батареи встречаются на автомобилях относительно редко.

 

Рассмотрим, как работает стартерная аккумуляторная батарея в системе электрооборудования автомобиля, взаимодействуя с другими её компонентами: генератором, регулятором напряжения и прочими потребителями электроэнергии, обеспечивающими безопасность движения автомобиля и комфорт в салоне. Выбор генератора, его мощности и рабочих характеристик, как упоминалось ранее, осуществляется по штатным потребителям электроэнергии (в базовой комплектации), устанавливаемым на данном автомобиле, с учётом количества энергии, необходимой для обеспечения заряда батареи. Установка на автомобиль дополнительных или более мощных, чем предусмотрено заводской комплектацией, потребителей (противотуманных фар, обогревателей сидений и зеркал, более мощных ламп фар, аудиосистем повышенной мощности, сабвуферов, кондиционеров и т.п.) приводит к снижению степени заряженности батареи. С увеличением продолжительности использования этих дополнительных или более мощных потребителей электроэнергии степень заряженности батареи ещё более снижается, что неизменно приводит к сокращению срока её службы.

 

Установка приёмо-передающей радиостанции постоянно работающей в течение смены, на автомобиль, который не предназначался производителем для работы в качестве такси, приводит при тех же условиях работы автомобиля к длительному недозаряду аккумуляторной батареи, к ускоренному оплыванию активного вещества с пластин и сокращению её ресурса. Ведь автомобиль, предназначенный для работы в качестве радиофицированного такси, обычно комплектуется его производителем аккумуляторной батареей повышенной емкости и генератором повышенной мощности

 

Включение потребителей при работе автомобиля происходит на различных частотах вращения коленчатого вала двигателя, то есть при изменяющейся величине отдачи энергии генератором в интервале от минимальной до максимальной мощности. Некоторые потребители не выключаются и при остановке двигателя. Поэтому за время работы автомобиля аккумуляторная батарея может разряжаться на значительную глубину.

 

В случае, когда энергия, отдаваемая аккумуляторной батарей, не возвращена ей полностью генератором за время последующего движения автомобиля, пуск двигателя после ночной стоянки будет затруднённым. При систематическом не восполнении от генератора затраченной батареей энергии степень заряженности последней снижается и может достигнуть недопустимо низкого (критического)предела. В этом случае может произойти отказ батареи, особенно при холодном пуске двигателя. Кроме того, систематическая работа батареи при низкой заряженности приводит к ускоренному оплыванию активной массы электродов и сокращению срока её надёжной работы.

 

Выбранная создателями автомобилей настройка регулятора напряжения для зимних условий эксплуатации постоянна, она сохраняется неизменной и в летнее время (запрограммировано в микропроцессоре). Однако летние условия эксплуатации и по снижению нагрузки на генератор, и по условиям заряда (температура электролита всегда положительная) позволяют стартерной аккумуляторной батарее, как правило, находиться почти постоянно в полностью заряженном состоянии. Поэтому в летнее время продолжительные поездки зачастую сопровождаются перезарядом батареи, приводящим к сокращению её 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, но остановить электрохимическую коррозию решёток положительных пластин невозможно. Поэтому при необходимости интенсивной эксплуатации автомобиля в летнее время необходимо предварительно произвести проверку величины зарядного напряжения на клеммах аккумуляторной батареи при работающем двигателе (с включенной нагрузкой и без неё). Если значение зарядного напряжения на клеммах 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 этом случае не даст положительного результата. Во всех случаях, когда имеется регулятор с двухступенчатой регулировкой («max», «min»), например, на грузовых автомобилях, при выявлении перезаряда целесообразно переключить цепь питания на положение «min». Соответственно, если проверка указывает на низкое напряжение, а автомобиль эксплуатируется с короткими пробегами и длительными перерывами, зарядную цепь необходимо включить в положение «max». Это позволит при низкой интенсивности эксплуатации поддерживать степень заряженности батареи достаточной для надёжного и безотказного пуска двигателя.

 

В современных системах электрооборудования, которыми оснащены автомобили ведущих автопроизводителей, все шире находят применение регуляторы напряжения, в которых реализован принцип температурной компенсации величины зарядного напряжения аккумуляторной батареи. При нормальных условиях (температура +15-25ºС) величина зарядного напряжения от такого регулятора на полюсных выводах батареи будет равна 13,9-14,1 В, что является оптимальным для обеспечения достаточного уровня заряженности батареи. Регулирование напряжения осуществляется при помощи отрицательной обратной связи посредством использования датчика температуры, установленного на полюсной клемме аккумуляторной батареи. При повышении температуры до +40°С зарядное напряжение, подаваемое на батарею, снижается до 13,7 В, при понижении температуры до 0°С оно повышается до 14,3 В, а при понижении температуры до –20°С величина зарядного напряжения повышается до 14,6 В (см. Рис 35).

 

На состояние аккумуляторной батареи в период эксплуатации комплексно воздействуют рабочие характеристики различных компонентов электрооборудования автомобиля, а также режим и условия его работы.

 

Увеличение продолжительности суточного движения автомобиля (например, режим «такси»), при стандартной настройке уровня зарядного напряжения, приводит к перезаряду, быстрому снижению уровня электролита в ячейках аккумуляторной батареи, сокращению календарного срока её службы.

 

Аналогичные режимы эксплуатации (то есть, среднегодовой пробег более 70 тыс. км), характерны сегодня и для некоторых моделей автомобилей, находящихся в частной собственности (особенно – для коммерческого транспорта).

 

Практика показывает, что наибольший календарный срок надёжной работы имеют аккумуляторные батареи, которые эксплуатируются на автомобилях со среднегодовым пробегом 10-20 тыс. км, при регулярном контроле состояния заряженности батареи и выполнении регламентных мероприятий по техническому обслуживанию изделий электрооборудования (а при необходимости – и батареи). Вместе с тем, при высокой интенсивности работы автомобиля (режим «такси») календарный срок работы батареи до исчерпания её ресурса и выхода из строя может быть относительно небольшим (12-14 месяцев), так как за это время пробег автомобиля будет значительно больше (100-120 тыс. км). Такое различие в сроке службы может иметь место для батарей одного контруктивно-технологического исполнения, оно определяется зависимостью от интенсивности эксплуатации.

 

Именно поэтому в повседневной практике имеют место случаи, когда аккумуляторная батарея в период гарантийного срока выходит из строя не из-за наличия в ней дефектов, а по причине неблагоприятных условий эксплуатации или неисправностей других компонентов электрооборудования автомобиля. Отказ аккумуляторной батареи часто наступает не по причине исчерпания её технического ресурса, а из-за преобладания негативных факторов в условиях работы.

 

Ниже приведены основные факторы, которые снижают срок службы аккумуляторных батарей в процессе эксплуатации их на автомобилях. В реальной эксплуатации сочетание этих факторов носит случайный характер, при котором их значения могут быть как наихудшими, так и наиболее благоприятными для поддержания оптимального состояния заряженности батарей.

1. Техническое состояние генератора и привода (износ, дефекты).

2. Величина зарядного напряжения РН (по ТУ – нижнее, верхнее).

3. Общий срок эксплуатации (месяцев) и суммарный пробег автомобиля (тыс. км.).

4. Место установки АКБ на автомобиле (под капотом, в салоне или кабине, вне кабины

или моторного отсека).

5. Температура окружающего (наружного) воздуха.

6. Регулярность поездок автомобиля (зимой, летом).

7. Суточный пробег автомобиля (зимой, летом).

8. Наличие постоянно включенных потребителей во время стоянки автомобиля (часы,

сигнализация, компьютер и т.п.).

9. Наличие нештатных потребителей электрической энергии на автомобиле.

 

При отсутствии со стороны владельца контроля над состоянием батареи, её отказ, как правило, для него наступает совершенного неожиданно.

Однако, даже при самом благоприятном сочетании этих факторов, добиться максимального срока службы аккумуляторной батареи не удастся, если не будет производиться регулярный контроль и своевременное техническое обслуживание рабочих параметров электрооборудования автомобиля, оказывающих решающее влияние на состояние заряженности батареи.

 

Рекомендации по техническому обслуживанию аккумуляторной батареи определяются её конструктивными и технологическими особенностями (сплавом токоотводов, объёмом резервного электролита над блоками пластин, конструкцией вентиляционных каналов в крышке, чистотой воды, электролита и других материалов, использованных при производстве батареи, наличием пробок и т.д.).

 

Некоторые особенности современных стартерных батарей нашли свое отражение в их классификации по ГОСТ Р 53165-2008, который действует на территории Российской Федерации с 01.07.2009 года.

 

Кук уже упоминалось в разделе 3.3 современные батареи, согласно ГОСТ, могут быть отнесены к одному из четырёх видов исполнения:

- батареи нормального исполнения (N);

- батареи с малым расходом воды (L);

- батареи с очень малым расходом воды (VL);

- батареи закрытые с иммобилизованным электролитом и регулирующим клапаном

(VRLA).

 

Основные отличия в устройстве этих батарей, в том числе применяемых при их изготовлении сплавов и сепараторов, описаны в разделе 3.3.

 

Контроль технического состояния и рабочих параметров всех изделий электрооборудования автомобиля, обеспечивающих состояние заряженности аккумуляторной батареи, должен быть планово-предупредительным. Ведь длительная и безотказная эксплуатация стартерных аккумуляторных батарей, а в особенности – их самых прогрессивных видов, возможна только при условии поддержания оптимального уровня регулируемого напряжения во время всего срока службы батареи.

 

Требования к местам установки стартерных батарей

Рабочее место стартерной аккумуляторной батареи на автомобиле, как правило, представляется в виде горизонтальной площадки, на которой она должна быть хорошо закреплена. Надёжное крепление обеспечивает сохранность корпуса при движении автомобиля. Неожиданные торможения, ухабы на дороге, резкие повороты автомобиля могут привести к повреждению корпуса при плохом креплении. Гарантийные обязательства на аккумуляторную батарею прекращаются в случаях, когда её эксплуатация осуществляется без надлежащего крепления на рабочей площадке или в специальном аккумуляторном контейнере. Незакреплённая или плохо закреплённая аккумуляторная батарея подвергается более жёсткой тряске, способствующей более интенсивному сокращению срока надёжной работы электродов.

Выбор места установки аккумуляторной батареи осуществляется при проектировании автомобиля и, как правило, остаётся неизменным для данной модификации автомобиля. Оно должно отвечать требованиям безопасной работы батареи, обеспечивать её защиту от перегрева теплом от двигателя, защиту от дорожной грязи, доступность для монтажа и удобство контроля напряжения и технического обслуживания при эксплуатации. В случаях установки батареи в контейнере, его объёмное пространство должно вентилироваться наружным воздухом с целью исключения скопления выделяющейся из батареи взрывоопасной смеси газов. 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 какими-либо изделиями вентиляционные отверстия контейнера недопустимо: скопление газов в контейнере может привести к их взрыву с тяжёлыми последствиями. При утеплении аккумуляторной батареи в контейнере (либо без него) свободное удаление выделяющихся при работе газов должно обеспечиваться неукоснительно: верхняя часть батареи не должна герметично закрываться каким-либо материалом.

 

На корпусе (крышке) аккумуляторной батареи недопустимо крепление каких-либо изделий, в том числе – блоков управления системой охраны автомобиля.