4. РАЗРЯД АККУМУЛЯТОРА
Разряд аккумулятора - наиболее важный режим работы аккумулятора, при котором потребители обеспечиваются током. Процесс разряда аккумулятора описывается электрохимической реакцией:
Образуется сульфат свинца и вода, поэтому по мере разряда аккумулятора плотность электролита уменьшается.
Характер протекания разряда зависит от очень многих характеристик, описывающих состояние аккумулятора и внешних факторов. Все многообразие режимов разряда аккумулятора описывается сравнительно небольшим набором разрядных характеристик.
4.1. Разрядные характеристики аккумулятора.
Основными разрядными характеристиками являются изменяющиеся за время разряда при постоянном нормальном токе разряда следующие величины:
- ЭДС покоя - ЭДС, изменяющаяся линейно в процессе разряда от 2.11 В до 1.95 В;
- плотность электролита - изменяется от 1.28 до 1.11 г/см3;
- напряжение аккумулятора: начальное равно 2.11 В, конечное напряжение разряда - 1.7 В;
- разрядный ток;
- разрядная емкость аккумуляторной батареи.
Первые три характеристики не нуждаются в дополнительных пояснениях. Остановимся на последних двух.
Разрядная емкость - это количество электричества, отдаваемое аккумулятором при разряде.
Однако емкость аккумулятора зависит от условий разряда. Потому само понятие емкости связывают с условиями разряда. Такое понятие емкости является сопоставительной характеристикой.
Разрядной емкостью аккумулятора называют количество электричества, отдаваемое аккумулятором при разряде нормальным током.
Нормальным разрядным током является ток 10-часового режима разряда.
Наряду с этим используется величина разрядного тока 20-часового режима разряда. Большинство заводов-изготовителей указывают емкость батареи в 20-часовом режиме разряда.
На графиках зависимости напряжения от времени при разряде постоянным по величине током наблюдается снижающаяся практически прямая линия, а в конце разряда напряжение линейно и быстро уменьшается. Ниже 1.7 В аккумулятор разряжать не следует.
Степень разряженности аккумулятора можно характеризовать относительной остаточной емкостью.
Относительная остаточная емкость определяется как количество электричества, которое аккумулятор способен отдать при нормальном токе разряда, начиная с данного момента времени, деленное на емкость этого же исправного и полностью заряженного аккумулятора.
Qост.отн. достаточно полно характеризует энергетическое состояние аккумулятора в данный момент эксплуатации.
Например, если аккумулятор не изношен, имеет наибольшую емкость и полностью заряжен, то
Qост. = Qмакс.
и следовательно аккумулятор имеет остаточную относительную емкость, равную 100%.
Однако, например, если аккумулятор сильно засульфатирован, заряжается до 2.7 В при интенсивном газовыделении (полностью заряжен) и в состоянии отдать при нормальном токе разряда.
Разумеется, относительная разрядная емкость аккумулятора зависит от многих факторов, определяющих состояние аккумулятора в текущий момент времени эксплуатации. Это, в основном:
- степень заряженности аккумулятора;
- плотность электролита;
- температура электролита;
- режим заряда.
Необходимо строгое и правильное соответствие между этими зарядными и разрядными характеристиками. Поэтому Qост.отн. - важная диагностическая характеристика. Зная ее, можно избежать за критических, аварийных режимов эксплуатации аккумулятора.
Например, если Qост.отн. = 75%, а температура электролита -25 С, то стартерный режим работы аккумулятора уже является за критическим, т.е. плотность электролита должна быть строго определенной при данных температуре и степени заряженности аккумулятора. Степень заряженности аккумулятора должна быть полной без перезаряда и недозаряда.
Режим разряда выбирать в соответствии с состоянием аккумулятора (это условие часто нарушается, особенно в холодное время года, при длительном пользовании стартером в попытке запустить особенно неисправный двигатель). Если этим пренебречь, то можно разморозить аккумуляторную батарею или некоторые (наиболее разряженные) ее аккумуляторы.
Таким образом, зная основные разрядные характеристики аккумулятора, их взаимозависимость и влияние на остаточную емкость аккумулятора, можно уберечь аккумулятор от преждевременного износа и выхода из строя.
Напомним еще раз главные негативные факторы разряда, резко снижающие срок службы аккумулятора:
- глубокий разряд;
- постоянный режим недозаряда;
- несоответствие норме плотности электролита;
- засульфатированность пластин;
- чрезмерные (за критические) токи разряда.
На величину разрядной емкости аккумулятора оказывает влияние плотность электролита. Однако концентрация серной кислоты в стартерных аккумуляторах обусловлена не соображениями получения максимальной емкости, а связана с другими факторами: срок службы, ток саморазряда, работоспособность при низких температурах.
Поэтому следует придерживаться основных правил: аккумуляторная батарея должна быть полностью заряженной (лучше реверсивным током), а концентрация электролита соответствовала установленной норме.
Разрядная емкость батареи сильно зависит от тока разряда и температуры электролита. В большинстве случаев заводы-изготовители указывают емкость аккумуляторной батареи для 20-часового режима разряда при Т=25 С. Т.е. ток разряда, например, аккумуляторной батареи емкостью Q=60А.ч равен
Iр = 60/20 = 3А
Однако этот же аккумулятор имеет разрядную емкость при токе 200А (стартерный режим разряда) не более 20 А.ч. Т.е. в таком режиме аккумулятор разряжается ниже допустимых значений за время
Тр = 20/200 = 0.1 часа = 6 минут
При снижении температуры разрядная емкость аккумуляторной батареи также сильно уменьшается. Это в значительной мере зависит от конструкции аккумулятора, однако большинство аккумуляторов, например, при -10 С имеют емкость в 2 раза меньшую, чем при +25 С. Этим объясняется затрудненное проворачивание коленвала стратером в зимних условиях (помимо возросшей механической нагрузки из-за загустения смазки).
Разрядные зарактеристики позволяют определеить состояние аккумулятора и не допускать его эксплуатации за пределами допустимых значений характеристик.
Особенно недопустимы режимы глубокого (ниже практического при U=1.7В) разряда и систематического недозаряда. При этом стартерные токи разряда быстро разрушают пластины. Степень разряженности аккумуляторной батареи можно определить по плотности электролита.
При проверке аккумуляторной батареи нагрузочной вилкой можно определить степень разряженности каждого аккумулятора в зависимости от напряжения.
4.2. Саморазряд.
Саморазряд аккумуляторной батареи - это потеря электричества без включения внешних потребителей тока.
Саморазряд, в основном, обусловлен саморазрядом отрицательного электрода. Саморазряд положительного электрода значительно меньше, чем отрицательного.
Саморазряд отрицательного электрода происходит, в основном, в результате его медленного растворения в электролите. Эта реакция сопровождается образованием сульфата свинца и водорода:
Примесь солей железа и других кислот в электролите ускоряет процесс саморазряда. Поэтому нельзя использовать техническую серную кислоту, в которой обычно соединений железа больше, чем 0.01%. Разумеется, нельзя пользоваться стальной посудой при работе с электролитом.
Суряма, добавляемая в решетки аккумуляторов для повышения их прочности также увеличивает саморазряд.
Бессурьмянистые аккумуляторы (активированные кальцием) имеют очень малые токи саморазряд.
Саморазряд аккумуляторов считается нормальным, если он не превышает 1% в сутки, или 30% емкости батареи в месяц.
Процессы саморазряда протекают более интенсивно в разряженных, изношенных аккумуляторах.
Саморазряд приводит к ускоренной сульфатации пластин и снижению рабочих характеристик аккумулятора.
Для предотвращения вредных последствий саморазряда необходимо:
- применять качественный электролит;
- поддерживать нормальную плотность электролита;
- поддерживать батарею в заряженном состоянии;
- проводить десульфатацию пластин.
4.3. Контрольно-тренировочные циклы.
Контрольно-тренировочный цикл заряда-разряда проводится для предотвращения сульфатации и определения емкости аккумулятора.
Контрольно-тренировочные циклы проводятся не реже одного раза в год и выполняются следующим образом:
- заряжают аккумулятор нормальным током (любым из описанных способов) до полного заряда;
- выдерживают аккумулятор 3 часа после прекращения заряда;
- корректируют плотность электролита;
- включают зарядку на 20-30 минут для перемешивания электролита;
- приводят контрольную разрядку постоянным нормальным током 10-часового режима и контролируют время полного разряда до напряжения 1.7 В (10.2 В на батарее);
- емкость батареи определяют как произведение величины разрядного тока и времени разряда:
Q = Iразр.*tразр.
После контрольного разряда батарею сразу же ставят на зарядку и полностью заряжают любым из описанных методов.
Если оказалось, что емкость батареи меньше 50% ее номинальной, то она неисправна.
По нашему мнению в любительской практике, по-видимому, контрольно тренировочные циклы проводить не следует, особенно на аккумуляторных батареях новых конструкций, поскольку каждый такой цикл уменьшает ресурс батареи.
