Условия эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторных батарей будь то в составе резервных источников питания, применяемых в системах автоматики и телемеханики на видах транспорта, телекоммуникационного оборудования и оборудования связи, охранных и пожарных систем безопасности и других устройств предусматривают различное их размещение и монтаж непосредственно на самих объектах эксплуатации. Если свинцово-кислотные аккумуляторные батареи расположены внутри помещений в специально оборудованных аккумуляторных комнатах с системами отопления, вентиляции и кондиционирования, то условия их работы, как правило, мало чем отличаются от тех, которые предписаны заводом-изготовителем. Условия эксплуатации батарей в наружных шкафах, где практически нет разницы с температурой внешней среды, заслуживают отдельного внимания. В этом случае не всегда выполняются требования к режиму заряда аккумуляторов, они часто эксплуатируются при низких и даже отрицательных температурах. Это, в свою очередь, ограничивает не только доступную разрядную емкость аккумуляторных батарей, но и зачастую ведет к постоянному недозаряду последних.
Все технические характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов, включая проектируемый срок службы, определены для эталонной температуры 20° (как правило, для европейских производителей) или 25°С (преимущественно для производителей Юго-Востока Азии) в зависимости от серии батарей и производителей. Поддерживать эту температуру в течение всего срока службы очень сложно, поэтому рекомендуемая температура эксплуатации без использования поправочного температурного коэффициента варьируется в пределах 10-30°С. Для многих типов аккумуляторов в этом диапазоне не требуется регулирование напряжения заряда с применением температурного коэффициента.
Зависимость емкости аккумулятора от температуры
Как уже отмечалось выше, условия работы батареи в наружных шкафах существенно отличаются от рекомендуемых производителем. В зимний период в зависимости от региона температура в них может опускаться ниже -50°С. Поэтому при этих условиях заряд аккумуляторных батарей, как правило, производят повышенным напряжением из расчета на 0,003 В/°С, отличной от рекомендованной заводом-изготовителем.
При эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов при пониженной температуре ограничивается их допустимая разрядная емкость.
Для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей герметизированного исполнения («AGM» и «GEL») примерные данные зависимости емкости в процентном соотношении от температуры окружающей среды представлены в таблице.
Примерный график зависимости отдаваемой емкости (Сразр.) в процентном соотношении к номинальной емкости от температуры (°С) представлен на Рис. 1. Если исходить из того, что 100% емкость батареи соответствует температуре 25°С, то из графика видно, что с понижением температуры отличной от 25°С отдаваемая емкость аккумуляторных батарей падает, а с повышением, наоборот, возрастает.
Почему замерзает электролит в аккумуляторе?
Такое поведение свинцово-кислотного аккумулятора объясняется обратной зависимостью его внутреннего сопротивления от температуры. Величина сопротивления возрастает, прежде всего, за счет ухудшения проводимости электролита, а также по мере разряда аккумулятора. Это связано с тем, что при отрицательных температурах снижается скорость диффузии ионов электролита (и его концентрации в порах активной массы), проводимость самой активной массы и сепаратора. При этом уменьшается электропроводность в целом.
С увеличением внутреннего сопротивления усиливается поляризация и создаются условия для образования мелкокристаллических плотных осадков сульфата свинца, вызывающих пассивирование отрицательного электрода.
Если вспомнить Закон Ома для полной цепи (I= ε/R+r), который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) и внешним и внутренним сопротивлением в цепи, то видно, что чем выше внутреннее сопротивление (особенно электролита), а оно повышается с понижением температуры, тем меньше отдаваемый аккумуляторной батареей ток, а соответственно и емкость самой батареи.
Динамика снижения напряжения аккумулятора при разряде зависит от изменения ЭДС элемента, динамики роста его внутреннего сопротивления, а также величины тока разряда. Иными словами, чем ниже температура аккумулятора и больше ток разряда, тем быстрее упадет напряжение на его выводах и, соответственно, меньше окажется снятая емкость. Возникает эффект так называемой «кажущейся» потери емкости, когда запас непрореагировавших активных веществ еще достаточен, а разряд приходится прекращать из-за недопустимого снижения напряжения на выводах батареи.
Что делать, если замерз электролит
Если утром вы не можете открыть дверь автомобиля или двигатель не запускается, значит аккумулятор сел. В морозную погоду это происходит из-за замерзания электролита. Признаки замерзшей АКБ: вздутые стенки корпуса и слой инея. Чтобы не допустить промерзания батареи:
- Не оставляйте ее в разряженном состоянии более чем на 24 часа на морозе;
- Проверяйте ее на утечку тока в цепи;
- Не допускайте длительного простоя автомобиля зимой.
При промерзании устройства могут деформироваться пластины и сепаратор, появиться трещины, поэтому такую АКБ нельзя сразу же подключать к зарядке. Чтобы справиться с проблемой, следуйте плану:
- Извлеките аккумулятор;
- Осмотрите его на наличие трещин и других повреждений;
- Поместите устройство в эмалированную посуду и подождите, пока лед растает, а корпус вернется к нормальной форме.
- Если вы не обнаружили деформаций, заряжайте батарею по специальному графику.
Для начала при помощи лакмусовой бумажки проверьте, безвредна ли влага на корпусе. Небольшое количество электролита может просочиться через микротрещины, которые не видны глазу. Если индикаторная полоска не покраснела, значит, все в порядке.
Не помещайте замерзший аккумулятор в горячую воду. Если вам необходимо как можно быстрее разморозить зарядник, опустите его в холодную воду и постепенно повышайте температуру или воспользуйтесь тепловой пушкой.
Может ли электролит полностью замерзнуть
Температура замерзания растворов солей и кислот зависит от концентрации и состава. В АКБ электролит включает в себя серную кислоту. Чем ниже концентрация кислоты, тем выше температура замерзания. Например, при плотности 1,14 г/см.куб. раствор замерзнет при -11 градусах. А если плотность составляет 1,25 г/см.куб. электролит промерзнет полностью только при -50. Если аккумулятор разряжен, то серная кислота может превратиться в кусок льда. В таком случае батарея сильно деформируется и больше не будет работать.
Действие любой АКБ основано на окислительно-восстановительной реакции. Когда устройство разряжается, образуется осадок сульфата свинца. Так концентрация серной кислоты снижается и появляются условия для замерзания электролита. Чтобы этого избежать, некоторые автовладельцы на зиму покупают новый аккумулятор. Другие предпочитают использовать одноразовые кальциевые батареи. В них нельзя проверить состояние электролитического раствора, поэтому контроль производят по напряжению разомкнутой цепи. Учитывайте, что аккумулятор замерзает, если нарушены условия эксплуатации, то есть концентрация электролита стала ниже точки образования кристаллов. При самой низкой концентрации батарея замерзает при -7 градусах, поэтому такой процесс возможен только зимой.
Что сделать, чтобы разморозить аккумулятор?
Сначала осмотрите аккумулятор снаружи. Необходимо выявить, есть ли на корпусе трещины, желательно просветить фонариком на наличие разлома пластин.
Если все в порядке, то батарею нужно снять с машины и отнести в теплое помещение. Поставить ее в таз или на непромокаемое покрытие и оставить на некоторое время. Запомните, что пока в АКБ лед, заряжать её нельзя!
Мера с непромокаемым покрытием необходима, так как, если окажутся разломы и трещины, кислота, содержащаяся в аккумуляторе, вытечет и испортит вам пол. Не стоит путать конденсат и другие жидкости с электролитом. Определить природу жидкости вам поможет индикатор, который продается специальных магазинах. Если бумага индикатора соприкасаясь с жидкостью покраснеет, значит – это кислота, будьте осторожны!
Только убедившись в целостности аккумулятора и отсутствии разных протечек, можно заряжать аккумулятор. На зарядном устройстве необходимо установить показатель 1/10 в А.ч., от той емкости, которая является номинальной для вашего аккумулятора.
В этом случае батарея будет заряжаться примерно 10 часов.
Мороз и АКБ: что делать, если вдруг разрядился аккумулятор
Как думаете — почему почти все проблемы с аккумуляторами случаются зимой, в холода? Не торопитесь с ответом!
Эти сказки мы уже опровергали. Напомним: на холоде химические реакции замедляются, а потому летом батареи разряжаются быстрее, чем зимой, а не наоборот. Холодная батарея просто не отдает запасенную энергию. Именно поэтому заряженную АКБ, снятую с машины, рекомендуется хранить в холодном помещении – это подтвердит любой учебник по электрооборудованию автомобиля. И емкость зимой никуда не исчезает – если холодную батарею поместить в теплое помещение, то ее параметры вернутся к исходным. Этим явлением часто пользуются автовладельцы, не сумевшие пустить замерзший автомобиль.
Другой причиной зимнего разряда считают возрастание числа потребителей. Фары и фонари, вентиляторы и стеклоочистители, обогреватели стекол и сидений, зеркал и форсунок – зимой всё это работает одновременно, потребляя значительный ток.
Однако современные генераторы рассчитаны на такой режим – даже на оборотах холостого хода они выдают серьезные токи. Да и летние нагрузки не сильно уступают зимним: при влажной погоде те же обогреватели стекол борются с запотеванием, а вентиляторы в жару вообще не выключаются. Прибавьте сюда электровентилятор системы охлаждения двигателя, потребляющий десятки ампер – в сумме получается много.
Так почему же АКБ то и дело отказываются крутить стартеры именно зимой?
Первая причина известна: масла на морозе сильно густеют, а потому при каждом холодном пуске батарея теряет гораздо больше энергии.
Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи зависит от степени ее разряженности и температуры электролита:
Основная же проблема заключается в том, что холодная АКБ очень плохо принимает заряд от генератора, и после каждого пуска она долго физически не может восстановиться до прежнего уровня. В первую очередь это относится к батареям, расположенным на улице (Hyundai Porter и другие грузовые автомобили покрупнее) или в багажнике.
Под капотом аккумуляторы худо-бедно согреваются, обретая через какое-то время возможность вновь накапливать ампер-часы. Но при коротких зимних поездках никакая АКБ полностью не восстанавливается, просаживаясь при каждом новом пуске мотора всё сильнее. В итоге даже новенькие батареи порой помирают буквально за две-три недели.
Примерная зависимость между напряжением разомкнутой цепи АКБ, плотностью электролита и температурой. Кривая указывает на температуру замерзания электролита:
Заряд и сопротивление
Любая АКБ обладает внутренним сопротивлением. Оно зависит от материалов и внутренней конструкции, свойств электролита и состояния токопроводов. Внутреннее сопротивление аккумулятора – величина переменная, зависящая от температуры, степени сульфатации, состояния клемм и контактов внутри корпуса батареи. В данном случае нас больше всего интересует температура: на графике показано, как стремительно нарастает внутреннее сопротивление АКБ по мере похолодания. Очевидно, что при зарядке батареи постоянным напряжением – а генератор работает именно в таком режиме – зарядный ток на морозе должен снижаться.
Мы решили проверить, какой реальный ток принимает батарея на 30‑градусном морозе и принимает ли она его вообще. Для экспериментов взяли три крупные батареи размером 278×175×190 мм. Такие ставят на автомобили, продающиеся в России, например, Renault. Считается, что машины с такими АКБ с запасом подготовлены к суровой зиме.
Мы проверили батареи трех основных типов: AGM, EFB и «обычную». По идее, ни стоимость батарей (от 4250 до 10 950 рублей), ни технология их производства не должны повлиять на результат испытаний, но практика – критерий истины.
При какой температуре замерзает аккумулятор в машине?
Показатель, при какой температуре замерзает аккумулятор в машине, зависит от разных факторов. Если батарея новая и полностью заряженная, то замерзнуть она может при температуре ниже –50 градусов. Поэтому в нормальных условиях такая ситуация не возникает. Проблемы чаще всего возникают у разряженных батарей. Поэтому показатель, при какой температуре замерзает электролит в аккумуляторе, от уровня его заряда. При низком уровне заряда батарея может замерзнуть при температуре ниже –10 градусов. Необходимо обратить внимание, при какой температуре замерзает аккумулятор, чтобы выполнять замену батареи, если этот показатель сильно отличается от идеального. К тому же при морозе нужно особенно внимательно следить за тем, чтобы в машине не осталась включенной магнитола, фары или другие электроприборы.
Почему в аккумуляторе замерз электролит: основные причины
Если одни водители эксплуатируют так называемые необслуживаемые АКБ и меняют их после появления первых признаков старения, по времени или сразу при выходе из строя, другие автолюбители предпочитают обслуживать свой аккумулятор самостоятельно и не спешат с ним расстаться.
Вполне очевидно, что возможность обслужить АКБ в некоторых случаях дает определенные преимущества. Чаще всего именно владельцы обслуживаемых батарей интересуются, при какой температуре замерзает электролит в аккумуляторе, а также как предотвратить такое замерзание.
Сразу отметим, что дать точный ответ на поставленный вопрос довольно затруднительно применительно к практической эксплуатации. Как правило, усредненный температурный режим использования аккумулятора в автомобиле находится в рамках от — 45 до + 65 градусов по Цельсию.
В тех регионах, где температура зимой опускается ниже, необходимо дополнительно повышать плотность электролита. Это делается путем добавления в «банки» АКБ дополнительного количества кислоты. Для лучшего понимания, давайте взглянем на сводную таблицу.
Как видно, таблица замерзания электролита в аккумуляторе наглядно демонстрирует зависимость порога замерзания от плотности электролита. При этом нужно также учитывать тот факт, что в процессе эксплуатации батарея подвержена саморазряду.
Во время самостоятельного разряда в аккумуляторе протекает процесс электролитической диссоциации. Если не вдаваться в подробности, при таком процессе серная кислота оказывает определенное воздействие на свинец в пластинах АКБ. Результатом такого воздействия становится реакция, во время которой происходит активное выделение углекислого газа и сульфата аммония.
Если электролит в АКБ замерз: как разморозить и зарядить автомобильный аккумулятор
Прежде всего, понадобиться произвести тщательный осмотр корпуса батареи. Это можно сделать прямо на машине. Не допускается наличие трещин и других дефектов. Также рекомендуется просветить корпус фонариком, так как образование льда внутри АКБ приводит не только к разлому пластмассовых наружных стенок, но и повреждениям внутренних перестенков.
- Если никаких повреждений не обнаружено, тогда батарею можно снять с автомашины, после чего следует перенести ее в отапливаемое помещение. Рекомендуется поставить батарею в пластиковую/металлическую емкость, в крайнем случае, можно подложить под АКБ полиэтиленовую пленку или использовать другое непромокаемое покрытие. Далее батарею оставляют на некоторое время.
Обратите внимание, запрещено заряжать аккумулятор до того момента, пока внутри будет лед, а также пока общая температура электролита не повысится до положительного (плюсового) значения. Игнорирование данного правила может привести к замыканию при попытках зарядки промерзшей АКБ.
- После того, как батарея полностью разморозится, следует произвести повторный осмотр на наличие течей. Именно по этой причине выше рекомендовалось поставить АКБ в емкость или подложить под аккумулятор пленку. Дело в том, что вытекание кислотосодержащего электролита может привести к порче напольного покрытия и других предметов, ожогам в результате попадания на кожу и т.п.
Итак, если вздувшиеся стенки после разморозки пришли в нормальное состояние, тогда внимательно осматриваем батарею. Достаточно часто утечки происходят через микротрещины, которые становятся заметными уже после размораживания. Обнаружение потеков или следов жидкости на корпусе батареи является поводом к тому, чтобы произвести дополнительную проверку.
Иногда это может оказаться не электролит, а просто вода или другие технические жидкости, которые ранее попали на АКБ снаружи в подкапотном пространстве. Также многие ошибочно принимают вытекающий электролит за конденсат, который образуется при размораживании.
Для точного определения можно воспользоваться специальным индикатором (продаются в специализированных магазинах). Если бумага индикатора после контакта с жидкостью на корпусе АКБ покраснела, тогда очевидны утечки кислоты. Другими словами, образование льда привело к повреждениям корпуса, после чего происходит утечка электролита, в составе которого находится кислота.
Отсутствие реакции индикатора будет свидетельствовать о том, что на корпусе действитльно собрался конеднсат или ранее попала вода/технические жидкости, но электролит не вытекает изнутри.
- Если утечки незначительные и сам источник точно обнаружен, тогда можно пойти двумя путями: сразу поменять аккумулятор на новый или попытаться его отремонтировать. Под ремонтом следует понимать полный слив электролита, после чего производят пайку корпуса при помощи паяльника.
Добавим, что шансы избавиться от трещины не велики, так как эффективно устранить дефект можно только в том случае, когда трещина находится сбоку и затрагивает только одну «банку». Если же растрескивание корпуса произошло в нижней части или в углах, тогда высока вероятность того, что после ремонта АКБ снова потечет.
При этом важно понимать, что вытекание электролита в ряде случаев быстро приводит в негодность элементы кузова автомобиля под капотом в местах установки батареи, после чего требуется дорогостоящий кузовной ремонт. По этой причине эксплуатировать даже незначительно подтекающий аккумулятор крайне не рекомендуется.
- Только убедившись в том, что АКБ не имеет повреждений, можно переходить к зарядке. Что касается выставления тока заряда на зарядном устройстве (ЗУ), необходимо придерживаться показателя 1/10 в А.ч. от той емкости, которая является номинальной для конкретной батареи.
В этом случае АКБ будет заряжаться около 10 часов. Данный способ является самым простым. При этом оптимальными условиями для заряда можно считать подачу на батарею разных токов. На начальном этапе зарядка производится импульсными высокими токами, что позволяет эффективно заряжать аккумулятор с учетом процесса сульфатации пластин.
Рекомендуем также прочитать статью о том, как зарядить необслуживаемый автомобильный аккумулятор правильно. Из этой статьи вы узнаете об осоновных рекомендациях касательно зарядки необслуживаемого АКБ.
После этого основное накопление заряда происходит при подаче пониженных токов. Завершающим этапом становится дозарядка низкими прерывающимися токами, что позволяет накопить максимум заряда и восстановить пластины. Возможность такой зарядки зачастую определяется функционалом зарядного устройства. Лучшим решением является использование автоматического ЗУ.
В любом случае, основной задачей (независимо от возможностей устройства и выбранного способа) является максимально полный заряд аккумулятора. Далее необходимо проверить плотность электролита, а также его прозрачность. Для измерения плотности используется ареометр. Прозрачность оценивается визуально. Если заметно, что электролит мутный, тогда это укажет на осыпание пластин.
- Полностью заряженную батарею с прозрачным электролитом можно будет установить на автомобиль для дальнейшей эксплуатации. Если же электролит помутнел, тогда такой аккумулятор лучше заменить. Дело в том, что заливка свежего электролита и повышение его плотности все равно не позволит обеспечить АКБ нормальную работоспособность, так как происходит потеря емкости, батарея не выдаст нужного пускового тока.
Как заряжать замерзшую АКБ
Если батарея оттаяла, и вы не обнаружили на ней трещин и деформаций, можно ее зарядить. Для этого рекомендуется использовать автоматическое зарядное устройство. Сначала АЗУ применяет импульсный ток, за счет чего снимается осадок с пластин. Затем подается 5% зарядного тока от общей емкости. То есть аккумулятор на 60А будет подзаряжаться током на 3А. Длится такая зарядка в течение 8-10 часов с постепенным снижением силы тока. Не следует давать размороженной АКБ излишний заряд.
Специалисты также рекомендуют проверить прозрачность электролита. Если он мутный, то возможно короткое замыкание. Это свидетельствует о том, что пластины осыпаются, а значит, аккумулятор вышел из строя.
Промерзание одной банки
Иногда промерзает не весь аккумулятор, а только отдельный его элемент. Если после полной зарядки вы получили напряжение 10,5 В, а не 12,6 В, то одна из банок не работает. Вышедшую из строя банку можно определить ареометром. Плотность электролита в ней будет значительно ниже, чем в остальных отсеках.
Один из способов предотвращения замерзания – утепление АКБ. Особенно это полезно для автомобилей с небольшим пробегом и длительными стоянками. Также в холодное время года используйте электролит с большей плотностью. Он замерзает при более низких температурах. Быть уверенным в работоспособности своей батареи помогут проверки утечек в бортовой системе и работоспособности генератора.
А за новым аккумулятором – в Delmex!
