Ресурс работы аккумуляторной батареи

Ресурс стартерной аккумуляторной батареи, которая является химическим источником тока (ХИТ), определяется, в основном, условиями и режимом её использования, во время которого с разной интенсивностью протекают процессы износа аккумуляторных электродов. Понимание этих процессов и создание, по возможности, максимально благоприятных условий для их работы, позволяет обеспечить максимально возможный срок безотказной эксплуатации аккумуляторной батареи на автомобиле.

Конкретное исполнение аккумуляторной батареи обеспечивает вполне определённый конструктивно-технологический ресурс, который определяется, исходя из применяемых свинцовых сплавов (коррозионная стойкость), рецептуры и технологии изготовления активных материалов и применяемых добавок, материала сепаратора и т.п. Качество изготовления аккумуляторных батарей, обеспечиваемое их производителями, способствует реализации потенциального ресурса использования батареи, заложенного при её разработке. Расходуя ресурс, заложенный разработчиками и производителями батарей, мы получаем реальный срок службы в условиях эксплуатации.

Расход ресурса стартерной аккумуляторной батареи, залитой электролитом и заряженной на заводе, начинается с момента выхода с конвейера производителя. Время доставки батареи до покупателя работает на снижение её ресурса. Поэтому оно должно быть по возможности минимальным.

Как же в последующем расходуется ресурс стартерной аккумуляторной батареи – от момента её установки на автомобиль и до полного исчерпания потенциальных возможностей в режиме стартерного пуска двигателя?

Календарное время эксплуатации автомобиля в значительной степени влияет на принятие решения по замене батареи на новую. Однако, как упоминалось ранее, имеется целый ряд факторов, влияющих на снижение ресурса ежедневно и с различной интенсивностью. Как снижается ресурс основных элементов автомобильных аккумуляторных батарей при эксплуатации автомобиля? Рассмотрим ещё раз основные факторы, приводящие в итоге стартерную батарею к полному отказу.

Работа новой батареи начинается в состоянии заряженности, близком к полному использованию активной массы пластин. Непродолжительный разряд на питание стартера при пуске двигателя сменяется зарядом от генератора. Стартерный разряд батареи, по продолжительности и глубине, зависит от технического состояния системы зажигания, системы подачи топлива, температуры окружающего воздуха и т.д. Работающий двигатель обеспечивает заряд аккумуляторной батареи от генератора.

Есть общее представление, что за время движения автомобиля аккумуляторная батарея должна зарядиться, то есть – получить энергию, израсходованную при пуске двигателя. А вот насколько фактически полученный батареей заряд обеспечивает восстановление исходной заряженности батареи – этого владелец не знает. Опытный водитель оценивает состояние заряженности батареи почти интуитивно, например, по режиму пуска двигателя и по сумме многих других субъективных подтверждающих факторов. То есть, он всегда, не прибегая к измерениям и тестированию, может сказать, что батарея «слабо заряженная» или «нормально заряженная». Устройства и приборы на автомобиле, контролирующие состояние аккумуляторной батареи, оценивают его с большими погрешностями. Это происходит по объективным причинам: из-за их несовершенства и из-за отсутствия поверочного контроля над точностью измерений в течение нескольких лет эксплуатации.

Вот таковы, так сказать, общие условия работы аккумуляторной батареи на автомобиле. Но при одинаковых условиях решающее значение для обеспечения высокой заряженности аккумуляторов имеют величина зарядного напряжения, температура электролита, продолжительность и режим суточной эксплуатации конкретного автомобиля. Индивидуальное использование водителем средств комфорта в салоне и приборов внешнего освещения при движении автомобиля являются дополнительными факторами влияния на состояние заряженности конкретной аккумуляторной батареи.

В любой период времени, для каждой климатической зоны и календарного сезона, на больших группах автомобилей по нормальному закону распределения наибольшее количество аккумуляторных батарей будут иметь достаточную по условиям работы степень заряженности. Значительно меньшее количество батарей будет иметь либо низкую степень заряженности, либо испытывать перезаряд (избыток заряда). В эти условные группы (в состояние заряженности батарей) объективно внесут свой дополнительный «вклад» различные технические отклонения показателей изделий электрооборудования, возникшие за время эксплуатации, в промежутках между плановыми техническими осмотрами и обслуживанием автомобиля. Отклонения состояния заряженности от величин, рекомендованных инструкциями, как в летнее, так и в зимнее время, наносят невосполнимый ущерб ресурсу батареи. Этот ущерб, в зависимости от характера отклонения, будет вызван либо усиленным оплыванием активной массы с электродов (при недозаряде), либо коррозионным разрушением токоведущей металлической основы (решётки) положительных пластин (при перезаряде). Следует отметить, что после устранения неисправностей в электрооборудовании автомобиля и восстановления необходимой степени заряженности батареи утраченную часть её рабочего ресурса восстановить уже невозможно.

Оплывшая активная масса в виде шлама (осадка) в нижней части блока придаёт тёмный цвет электролиту, способствует образованию шунтирующих мостиков (соединений) между пластинами различной полярности в блоках электродов, что проявляется в виде внутреннего саморазряда и снижает напряжение аккумуляторной батареи при разряде. Окисление элементов решёток выделяющимся при перезаряде кислородом способствует коррозионному увеличению размеров пластин и, следовательно, уплотнению пластин в блоке. В результате торцевые стенки корпуса аккумулятора от чрезмерного нагрева при избыточном заряде летом приобретают выпуклость, как при образовании льда в состоянии глубокого разряда зимой. Возрастает внутреннее омическое сопротивление батареи. Из-за этого снижается эффективность заряда, снижается разрядное напряжение при пуске двигателя стартером, следовательно, падает отдаваемая мощность и уменьшается количество попыток надёжного пуска двигателя. Так сокращается срок службы аккумулятора. Отсутствие контроля над состоянием заряженности батареи в различные периоды эксплуатации автомобиля объективно может привести к её внезапному преждевременному отказу и выходу из строя.

Конструктивно-технологический ресурс современных аккумуляторных батарей для легковых автомобилей при изготовлении их из чистых материалов необходимого качества при соблюдении всех технологических процессов оценивается в три-шесть лет. Его конкретная величина зависит от условий использования батареи (объём двигателя и параметры системы пуска, отношение мощности генератора и мощности основных потребителей системы электрооборудования, интенсивность эксплуатации). Аккумуляторные батареи, предназначенные для эксплуатации на грузовых автомобилях, с учётом отличий в условиях эксплуатации, имеют конструктивно-технологический ресурс порядка трёх-четырёх лет.

Нормативные сроки эксплуатации (ресурс) стартерных аккумуляторных батарей на автотранспорте установлены отраслевым руководящим документом РД-3112199-1089-02 (Табл. 1 и 2).

ГОСТ Р 53165-2008 (п. 6.5.3) устанавливает величины среднего срока службы аккумуляторных батарей в условиях эксплуатации, который должен составлять не менее:

- двадцати четырёх месяцев (двух лет), при пробеге в пределах этого срока не более 90 000 км или наработке не более 3 000 моточасов, – для батарей вида «N» (нормального исполнения, то есть – с малосурьмяным токоотводами);

- сорока восьми месяцев (четырёх лет), при пробеге в пределах этого срока не более 100 000 км – для открытых батарей вида L (с малым расходом воды) и VL (с очень малым расходом воды), а также для батарей закрытого вида VRLA (с регулирующим клапаном).

Средний срок службы или наработку батарей в эксплуатации определяют до момента снижения ёмкости ниже 40 % от номинального значения или снижения продолжительности разряда в стартерном режиме током I = 0,6 I_хп при температуре электролита +25±5ºС до конечного напряжения 9,0 В менее 1,5 минут.