Электрическая емкость

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

Номинальная электрическая емкость — емкость 20-часового разряда АКБ. Именно ее пока регламентируют в большинстве нормативных документов европейских производителей, в российском ГОСТ 959-91 и указывают на этикетке АКБ. Для определения номинальной емкости батарею непрерывно разряжают при температуре 25°C током, равным 0,05 C20 (0,05 от величины номинальной емкости, указанной производителем при 20-часовом режиме разряда). Например, для АКБ емкостью 60 А·ч ток разряда составляет 3 А, а для АКБ, емкостью 90 А·ч — 4,5 А. При определении номинальной емкости разряд прекращается при напряжении 10,5 В на 12-вольтовой батарее.

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). Или это запас емкости аккумулятора, измеренный в минутах при разряде током в 25 А для батарей любой емкости при температуре 27°C. Для АКБ номинальной емкостью 55 А·ч резервная емкость может составлять 85-90 минут. Это значит, что при выходе из строя генератора, автомобиль сможет двигаться еще примерно 1,5 часа за счет энергии АКБ.

Мощность аккумулятора

Пусковая мощность - 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. Как известно из электротехники, мощность характеризуется произведением разрядного тока на среднее напряжение в цепи.

P = I · U, к — ток стартерного разряда при температуре −18°C; 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, то есть, тем медленнее двигатель будет вращаться стартером. Получается, что чем выше мощность АКБ, тем быстрее стартер будет «крутить» двигатель, то легче осуществить его запуск. Для сравнения мощностей батарей достаточно сравнить их пусковой ток (больше ток — больше мощность), приведенный к единой методике испытаний (EN, SAE, DIN, IEC, ГОСТ и др.).

Стартерный разряд (за рубежом — короткий разряд) заявленным производителем током, проводится с определенной продолжительностью (непрерывно или в прерывистом режиме) до напряжения 6 В. При этом, в нормативных документах указывают промежуточные интервалы от начала разряда (5 сек., 10 сек. или 30 сек.), в течение которых контролируют величину напряжения АКБ в процессе разряда. Запас энергии батареи, характеризуемый временем стартерного разряда, показывает, как долго она сможет обеспечивать попытки запуска двигателя. Попросту говоря, чем больше емкость АКБ, тем больше в запасе у автовладельца попыток запустить двигатель.

Первоначально выбор АКБ производят разработчики пусковой системы двигателя автомобиля. При этом в расчете применяют разрядные характеристики АКБ 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°C…−17°C. 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 АКБ после лабораторных и эксплуатационных испытаний записывают в технический паспорт автомобиля. По этому документу автовладельцы, как правило, осуществляют замену вышедшей старой АКБ на новую.

На современных стартерных батареях указывают несколько показателей 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 SAE (США) или EN (Стандарт Евросоюза). Внешне очевидно, что значение тока по SAE или EN (Европейский союз) существенно больше, чем по ТУ (ГОСТ 959-91) или DIN. При разряде этими токами на полюсных выводах АКБ предполагают разные по величине напряжения. При температуре электролита −18°C разряд токами по SAE и EN предполагает напряжение на полюсных выводах АКБ 7,2 В на 30-й секунде и 7,5 В на 10-й секунде соответственно, а при токах по DIN и ТУ (ГОСТ 959-91) напряжение при разряде должно быть не менее 9,0 В на 30-й секунде. С учетом этих показателей выбор АКБ может быть успешным, если иметь ввиду, что соотношение разрядного тока по SAE и EN к току по DIN и ТУ равно 1,7 (IEN = 1,7 · IDIN). Если на конкретной АКБ указан ток по одному из стандартов, то через этот коэффициент можно определить значение тока разряда по другому стандарту.

Пояснение к критериям выбора

Пусковой ток новой батареи должен быть не ниже, чем у старой (заменяемой). При этом не следует брать новую АКБ с меньшей электрической емкостью (А·ч). Дело в том, что при некоторых режимах работы двигателя (холостой ход) и малых дневных пробегах автомобиля, АКБ в ночное 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 АКБ в режиме пуска двигателя. Повторяющиеся глубокие разряды АКБ приведут к сокращению ее ресурса. Таким образом, выбирая АКБ, автовладелец должен 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 по длине) и способ крепления АКБ. Паспортные показатели АКБ являют собой ее потенциальные возможности. Однако, выбирая АКБ, 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? Справиться ли генератор с ее зарядом? Справится, если АКБ не разряжать на автомобиле полностью, на всю емкость. На пуск двигателя от АКБ любой емкости требуется, примерно, одно и то же количество электричества (на 1-3 попытки пуска по 5-10 сек.), которое не превышает 4-8% от ее номинальной емкости. Это же количество (А·ч) генератор должен вернуть в АКБ после пуска двигателя. Другое дело, что полный запас емкости (энергии) в этих АКБ будет различным. Работа щеточно-коллекторного узла стартера будет более напряженной при установке АКБ большей емкости: ускоряется износ щеток и контактной поверхности коллектора.

Выбор АКБ по габаритным размерам и полярности определяется отличительными особенностями автомобиля (площадка под АКБ, длина проводов). Не всегда можно установить АКБ с прямой полярностью на место АКБ с реверсной (обратной) полярностью (расположение полюсных выводов) из-за недостаточной длины проводов. Кроме того, выступающие над поверхностью крышки АКБ полюсные выводы могут не дать закрыть крышку капота.

Залитый и сухозаряженный аккумулятор

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 сомнительно.

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 АКБ, наличие этикеток с обозначениями и показателями.

Обслуживаемый и необслуживаемый аккумулятор

В настоящее время созданы и выпускаются несколько исполнений стартерных аккумуляторных батарей, которые можно характеризовать термином необслуживаемые (об их особенностях рассказано в предыдущем разделе).

За последние 20-25 лет АКБ 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 АКБ, исключающие возможность доливки дистиллированной воды для поддержания уровня электролита над пластинами в ячейках. Однако, во всех типах стартерных свинцово-кислотных АКБ основные электрохимические реакции при заряде, разряде и бездействии сохранились. Хотя интенсивность разложения воды из электролита в газ при зарядно-разрядных процессах в АКБ 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 АКБ может повышаться от первоначального значения с интенсивностью, значительно зависящей от условий работы. Стационарный заряд аккумуляторной батареи приводит к более быстрому снижению уровня электролита. У АКБ без доливочных отверстий не указаны ограничительные режимы подзаряда самими владельцами. Поэтому своевременная доливка дистиллированной воды в батарею с пробками позволяет снизить негативное влияние высокой плотности электролита на ее последующий ресурс.

Отсутствие возможности доливать дистиллированную воду для поддержания уровня резервного электролита объективно сокращает возможный ресурс аккумуляторной батареи в широком диапазоне изменения эксплуатационных факторов. 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 АКБ. 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 АКБ плотность электролита по ячейкам, практически, одинаковая. Доступность замера плотности электролита в ячейках аккумуляторной батареи позволяет получить объем информации о ее состоянии простейшим способом.