Несправності акумуляторних батарей і їх діагностування.

У свинцевих акумуля­торних батареях можуть бути такі основні несправності. розряджання і саморозрядження, сульфатація і коротке замикан­ня пластин, тріщини у банках і замикання вивідних штирів, жолоблення і замикан­ня пластин тощо. Причинами саморозрядження можуть бути забруднення акуму­лятора, замикання пластин активною ма­сою, що обсипається, утворення місцевих (паразитних) струмів, які виникають внас­лідок потрапляння металевих домішок в електроліт. Сульфатація полягає в по­критті поверхні активного шару пластин великими кристалами сульфату плюмбуму внаслідок зниження рівня електроліту, тривалого зберігання акумулятора без дозаряджання, високої густини електро­літу, експлуатації дуже розрядженої аку­муляторної батареї і надмірного користу­вання стартером. Коротке замикання плас­тин настає через випадання з них на дно банок великої кількості активної маси. Жолоблення і руйнування пластин трапля­ється від тривалого перезаряджання, під­вищення густини і температури електролі­ту (понад +45 °С), недостатнього кріплен­ня батареї у гнізді, замерзання електролі­ту і значної сульфатації пластин, збільшен­ня сили зарядного струму, короткого за­микання, а також у разі частого й трива­лого вмикання стартера. В кінцевому під­сумку всі названі несправності зменшують ємність акумуляторних батарей.

Акумуляторні батареї треба тримати в чистоті. Пробки заливальних отворів мають бути щільно закручені, поверхня батареї суха, а їхні вентиляційні отвори прочищені. Пил, вологу і бруд видаляють сухою тканиною. Якщо на поверхню мас­тики потрапив електроліт, то його нейтра­лізують 1-процентним розчином нашатир­ного спирту, а потім протирають поверх­ню сухою тканиною. Наконечники про­водів, а також затискачі й штирі акумуля­торів старанно зачищають від оксидів, щільно затягують і змащують тонким ша­ром технічного вазеліну. Періодично пе­ревіряють кріплення акумуляторних бата­рей. Вони мають бути щільно укріплені в гнізді, а взимку утеплені. Особливо важ­ливими роботами під час ТО акумулятор­них батарей є підтримування їх у зарядже­ному стані, а також доведення до норми густини і рівня електроліту.

Рівень електроліту перевіряють скля­ною трубочкою з внутрішнім діаметром 5....6.мм. Висота рівня має дорівнювати 10...15 мм від верхнього краю пластин аку­мулятора або запобіжного щита. Періо­дичність перевірки в зимову пору — не рідше як через 30 днів, а влітку — через 10... 15днів. Зниження рівня електроліту нижче від норми може призвести до суль­фатації пластин унаслідок оголення їх, ос­кільки оголені місця (передусім у негатив­них пластин) посилено окислюються, утво­рюючи сульфат плюмбуму. Крім того, утруднюється пуск двигуна стартером, він не розвиває потрібної потужності внас­лідок збільшення опору в самому акуму­ляторі (сульфат плюмбуму не проводить електричний струм). Якщо протягом 2— З тижнів верхня частина пластин залиша­ється оголеною, пластини руйнуються, ос­кільки сульфат плюмбуму випадає з граток. Рівень електроліту доводять до норми, до­даючи дистильовану воду, яку готують за допомогою різних дистиляторів. Дисти­льовану воду зберігають у скляному, фарфо­ровому, пластмасовому, ебонітовому або свинцевому посуді. Електроліт додають в акумуляторні батареї у разі його витікання.

Густина електроліту в працюючому акумуляторі під час заряджання збільшу­ється, а під час розряджання зменшується (в електроліті залишається менше сульфат­ної (сірчаної) кислоти). Тому змінення гу­стини електроліту може бути діагностичною ознакою, яка визначає ступінь розрядженості акумулятора. В процесі екс­плуатації батареї мають бути повністю за­ряджені, інакше внаслідок підвищення за­рядного струму вони прискорено руйну­ватимуться, знизиться надійність пуску двигуна стартером, оскільки зменшиться сила струму, що живить стартер і систему запалювання. Із зростанням розрядженості акумуляторної батареї підвищуєть­ся температура замерзання електроліту. Тому експлуатація батарей улітку дозво­ляється при розрядженні до 50 % ємності, а взимку — не більш як 25 %.

Густину електроліту визначають арео­метром з точністю до 0, 01 г/см³ в усіх аку­муляторних банках. Для центральних ра­йонів СНД протягом року вона має ста­новити 1, 27 г/см³ (зведена до 15 °С), для пів­нічних районів — більше, для південних — менше.

За виміряною густиною електроліту з урахуванням його густини повністю за­рядженої батареї можна визначити ступінь розрядженості акумуляторних батарей, %:

(3.1)

де Уп — початкова густина електроліту повністю зарядженої батареї, зведена до 15 °С, г/см³; у_в — виміряне значення гус­тини електроліту, зведене до 15 °С, г/см³.

Ступінь розрядженості акумуляторної батареї можна визначити за таблицями, в основу яких покладено лінійну залежність густини електроліту і ступеня розрядже­ності батареї від 0 до 100 %. Якщо немає таблиці, то ступінь розрядженості можна визначити орієнтовно, виходячи з таких співвідношень: зниження густини електро­літу на 0, 01 відповідає розрядженню аку­мулятора на 6, 25 %. Ступінь розрядже­ності акумуляторної батареї треба визна­чати за найменшою густиною електролі­ту в одному з акумуляторів, при цьому рівень електроліту не повинен відрізняти­ся від норми більше ніж на 2...З мм. Якщо зниження рівня більше, то треба додати дистильовану воду до норми, зарядити ба­тарею протягом 50...60 хв, а потім виміря­ти густину електроліту й урахувати тем­пературну поправку. Зазвичай вимірюван­ня роблять при температурі 15 °С.

Роботоздатність батареї оцінюють ста­лістю напруги під навантаженням, що від­повідає роботі стартера. Перевірити ро­ботоздатність акумуляторної батареї, вста­новленої на автомобілі, можна під час пус­ку двигуна стартером, оскільки її справ­ність позначається на роботі стартера. Як­що стартер розвиває потужність, достат­ню для нормального пуску двигуна, то це свідчить про справність акумуляторної ба­тареї. Оцінити роботоздатність акумуля­торних батарей, знятих з автомобіля, мож­на, перевіривши напругу батареї під біль­шим навантаженням. Для цього застосо­вують навантажувальні вилки, які штуч­но збільшують навантаження (воно стає таким, як навантаження при ввімкнутому стартері). Якщо показання вольтметра на­вантажувальної вилки протягом усього випробування (до 5 с) будуть стійкими і відповідатимуть 1, 5... 1, 8 В, то акумулятор справний. Категорично забороняється пе­ревіряти роботоздатність батареї корот­ким замиканням на «іскру».

Продіагностувати акумуляторну бата­рею, оцінити її стан швидко і з документу­ванням результатів можна за допомогою спеціальних тестерів. Одним із них є пор­тативний пристрій ВАТ 121 фірми Bosch (рис. 16.2). Цей портативний пристрій має: тест 12 V АКБ, тест 12 V генераторів і регу­ляторів; вольтметр; автоматичний хід теста; просте підключення; малу масу (до 600 г); енергонезалежність; вбудований принтер; однозначність і секундну тривалість тесту; текстову оцінку результатів (наприклад: роботоздатний, зарядити (замінити) зами­кання тощо); легке керування; дисплей з підсвічуванням; можливість калібрування

Рис. 3.1 Портативний електронний тестер ВАТ 121 фірми Bosch для акумуляторних батарей

засобів відповідно до стандарту ISO 9000; можливість нарощування програмного забезпечення. До нього додається модуль принтера, рулонний папір; він зберігає і роздруковає результати останнього тесту, на який можна нанести логотип фірми-власника. Використовують його для ван­тажних і легкових автомобілів.

Діагностувати технічний стан пластин акумулятора без розбирання можна за допомогою спеціального кадмієвого елек­трода (рис. 16.3). Застосування такого до­даткового електрода дає змогу виявити більшість несправностей негативних і по­зитивних пластин кожного акумулятора окремо, зокрема переплюсування пластин. Принцип діагностування грунтується на вимірюванні потенціалу пластин, які пере­віряють, відносно електроліту.

У повністю зарядженому акумуляторі зі справними пластинами потенціал пози­тивних пластин відносно електроліту ста­новить 2, 25...2, 28 В (наприкінці заряджен­ня підвищується до 2, 55 В і більше), потен­ціал негативних пластин — 0, 12...0, 13 В (наприкінці заряджання знижується до 0, 07...0, 08 В). У цьому разі напруга аку­мулятора на затискачах полюсів станови­тиме 2Д3...2Д5 В. У справному, але роз­рядженому до 1, 75...1, 8 В акумуляторі по­тенціал позитивних пластин становитиме 5...2, 0 В, негативних — 0, 15...0, 2 В. Озна­кою несправності (зниження ємності) по­зитивних пластин буде зниження їхнього потенціалу відносно електроліту нижче ніж 1, 9...1, 95 В (залежно від його густини). Потенціал несправних негативних плас­тин вищий ніж 0, 2...0, 25 В. Найточніші ре­зультати в разі використання кадмієвого електрода будуть на акумуляторних бата­реях, розряджених до 1, 75...1, 8 В.

Як вимірювальний прилад використо­вують вольтметр постійного струму на дві межі вимірювання — 0..03 і 0...3 В. Кад­мієвий електрод провідником з’єднують з негативним затискачем вольтметра, а про­від від позитивного затискача по черзі приєднують до позитивного і негативного виводів акумулятора. Залежно від стану акумуляторних пластин змінюватимуться показання вольтметра. Точність вимірю­вання можна підвищити, потримавши но­вий кадмієвий електрод в електроліті гус­тиною 1, 2... 1, 25 г/см³ протягом не менш як 10 год і зануривши його перед початком

Рис. 3.2 Діагностування пластин

акумулятор­ної батареї:

1 — кадмієвий електрод;

Корпус

вимірювань в електроліт акумулято­ра, який перевіряють, на 5... 10 хв, якщо кадмієвий електрод був сухим.

Заряджання акумуляторних батарей. За­ряджають акумуляторні батареї за допо­могою різних пристроїв: випрямлячів струму або силових підзарядних агрегатів постійного струму. Батареї можна заря­джати при сталій силі струму (акумулято­ри з’єднують між собою послідовно) або постійній напрузі (акумулятори з’єднують між собою паралельно).

Як приклад розглянемо високоякісний пускозарядний пристрій SL24100E фірми Bosch [25] для акумуляторних батарей 12/24 В ємністю від 36 до 400 А год (рис. 16.4). Цей пристрій має: вимикачі на 12 і 24 В; вимикач типу «заряд струму — за­ряд 0», «нормальний», «прискорений»; електронний контроль зарядження зі світлодіодним індикатором, автоматичне перемикання зі «ступеня 1» на «ступінь 2» (перемикання літо/зима гарантує ефектив­не заряджання також на переохолодженій акумуляторній батареї), автоматичне вимк­нення наприкінці заряджання або якщо не­справна батарея; зарядний кабель пере­різом 25 мм² і близько 3 м завдовжки з ізольованими кліщами.

Рис. 3.3 Пускозарядний пристрій SL24100E фірми Bosch для акумуляторних батарей

Рис. 3.4 Електронний зарядний пристрій BML 2410 (BML 2415) фірми Bosch для акумуляторних батарей

«Допомога в разі пус­ку однією людиною» з кабелем 4 м завдов­жки для дистанційного керування і пуль­том з клавішами; ящик на інструмент; по- довжувач, наприклад для монтажної лам­почки. За допомогою пристрою SL24100E Bosch можна заряджати акумуляторні ба­тареї за WOW-характеристикою; можли­ве заряджання глибоко розрядженої аку­муляторної батареї.

Дуже поширені також портативні елек­тронні зарядні пристрої BML 2410 Bosch, BML 2415 Bosch (рис. 16.5) та інші для ба­тарей з напругою 12/24 В, стандартних і тих, що не потребують обслуговування:

Пристрій Зарядний струм, А, при напрузі, В

12 24

BML 2410 15 7, 5

BML 2415 22, 5 11, 25

Вони дають змогу без відімкнення бата­реї від бортової мережі автомобіля здійс­нювати заряджання. Оптимальні для що­денної роботи. Забезпечують ефективне заряджання завдяки температурній ком­пенсації. Мають покажчики сили струму, ступеня зарядженості батареї, переполюсування, замикання. У них новий дизайн, металевий корпус, відкидна ручка для пе­ренесення.

Акумуляторні батареї раз на три місяці знімають і підзаряджають на акумулятор­но-зарядній станції, а в разі тривалого збе­рігання — один раз на рік проводять кон­трольно-тренувальний цикл (заряджання струмом нормального режиму з наступ­ним розряджанням струмом 10-годинного розрядного режиму до напруги 1, 7 В).

Нові батареї можна ставити на заря­джання через 4...6 год після заливання елек­троліту, що складається з сірчаної кисло­ти і дистильованої води. Електроліт готу­ють в ебонітовому, керамічному або фа­янсовому посуді. При цьому слід пам’ята­ти, що для запобігання опіків треба тон­ким струменем заливати кислоту у воду, а не навпаки.

У процесі заряджання періодично вимі­рюють температуру і густину електролі­ту. Коли починається значне виділення газів і температура піднімається вище ніж 44 °С, зарядний струм знижують наполо­вину. Про завершення заряджання свід­чить постійна напруга на затискачах аку­мулятора і стала густина електроліту, які не повинні змінюватися протягом не менш як трьох годин.

Кількість підімкнених батарей, що за­ряджаються при сталій силі струму, обчис­люють за формулою

r = U/2, 7,

де U — напруга в мережі, В; 2, 7 — на­пруга наприкінці заряджання акумулято­рів, В.

Батареї заряджають у два етапи. На другий етап переходять, коли починаєть­ся газовиділення (зменшують силу струму на 50 %). Основна перевага заряджання цим способом — можливість регулювати силу струму, що дає змогу робити звичай­не підзаряджання нових батарей; недолі­ки — велика тривалість заряджання, усі підімкнені батареї повинні мати однако­ву ємність, необхідність весь час стежити за силою струму.

Батареї різної ємності можна заряджа­ти при постійній напрузі. Цей спосіб менш тривалий, але він не дає змоги регулюва­ти силу зарядного струму (початковий за­рядний струм створює загрозу переванта­ження зарядного пристрою). Тому заря­джання при сталій напрузі найзручніше для чергових прискорених підзаряджень батарей.

Обидва способи заряджання акумуля­торних батарей мають спільні недоліки: відносно велику тривалість (10... 14 год); ємність акумулятора після 10... 12 зарядних циклів унаслідок сульфатації пластин і не­повного формування активної маси зни­жується на 20...25 %; потребу проведення контрольно-тренувальних циклів, щоб зняти сульфатацію пластин; значні витра­ти електричної енергії у зарядних опорах та автотрансформаторах. Крім того, за­стосовувані для цього зарядні пристрої та­кож мають істотні недоліки: на селенових не можна одночасно заряджати більше дев’яти акумуляторних батарей; ртутні — складні в експлуатації і споживають бага­то електроенергії; роторно-генераторні мають низький ККД і потребують ретель­ного догляду.

Перелічені недоліки усуває установка для прискореного заряджання акумулятор­них батарей, в основу якої покладено принцип використання постійного струму змінної полярності. Принцип дії установ­ки полягає в тому, що пластини акумуля­торних батарей зазнають анодної і катод­ної поляризації, яка забезпечується періо­дичним зміненням напрямку струму, що підводиться до затискачів заряджуваних батарей. Внаслідок періодичного змінення напрямку струму створюються умови для відновної реакції і росту кристалів усе­редині активної маси. Ці чинники позитив­но впливають на механічну міцність пла­стин та електричні характеристики акуму­лятора. Режим заряджання такий: протя­гом 5 хв батарею заряджають струмом, що становить 1/3... 1/5 її ємності, потім розря­джають протягом 25...З5 с струмом, який дорівнює 1/3... 1/5 ємності акумулятора. Ці цикли повторюють упродовж усього заря­джання.

Закінчення заряджання визначають за густиною електроліту. Якщо протягом ЗО хв густина не змінюється, то процес заряджання вважають закінченим. Такий режим заряджання дає змогу: в 3—3, 5 раза скоротити тривалість процесу заряджан­ня (температура електроліту й інтенсив­ності газовиділення при цьому не вищі, ніж коли заряджають постійним струмом у нормальному режимі); зменшити мі­німально необхідну напругу для заряджан­ня однієї батареї, тому при тій самій напру­зі джерела можна заряджати більше акуму­ляторних батарей, збільшити на 10...25 % строк служби їх завдяки зниженню темпе­ратури електроліту і сповільненню корозії решіток позитивних пластин. На установ­ці одночасно заряджають близько тридця­ти акумуляторних батарей.

У деяких ВАТ АТП акумуляторні ба­тареї заряджають мікрострумами (20......500 мА). Для цього батареї, коли авто­мобіль не експлуатується, підмикають до зарядного агрегату до повного заряджен­ня. Такий спосіб має переваги порівняно з раніше розглянутими. Щоб зарядити ве­лику кількість акумуляторних батарей, потрібні малогабаритні агрегати малої по­тужності. Крім того, не витрачається елек­троенергія на перезаряджання батарей і наступне доведення їх до норми. Акуму­ляторні батареї можуть заряджатися без­посередньо на автомобілі в будь-який час доби. У разі заряджання мікрострумами кришки банок батарей не відкрива­ють, водню при цьому виділяється мало, що поліпшує санітарні умови робочих місць. Заряджати батареї мікрострумами можна при постійних зарядному струмі й напру­зі. Другий варіант (при постійній напрузі), незважаючи на дещо більшу вартість за­рядного агрегату (на 10... 15 %), має низку переваг: немає потреби контролювати про­цес заряджання, зменшується і полегшу­ється праця акумуляторника, спрощується електрична схема.

«Сухозаряджені» акумуляторні батареї приводять у робочий стан після тригодин­ного просочування електролітом і п’яти-годинного підзаряджання. Такі батареї за­ливають електролітом, сірчана кислота інтенсивно взаємодіє з оксидом плюмбуму, внаслідок чого на поверхні і в порах активних мас негативно заряджених пла­стин утворюється сульфат плюмбуму, що, по суті, еквівалентно втраті заряду бата­реї. Цією самою реакцією пояснюються зниження густини електроліту і деяке під­вищення температури під час просочуван­ня пластин.

Таким чином, запас енергії «сухозарядженої» батареї після заливання її елект­ролітом може виявитися недостатнім для того, щоб забезпечити надійний пуск дви­гуна стартером при мінусових температу­рах. Тому після заливання і тригодинно­го просочування електролітом батарею протягом 5 год заряджають мінімальним струмом відповідно до ТУ. Цей метод слід застосовувати тоді, коли підприємство має відповідне устаткування і час на заряджан­ня акумуляторних батарей.

На практиці часто виникають обстави­ни, коли треба терміново привести в робо­чий стан акумуляторні батареї після збе­рігання їх у сухому вигляді. У такому разі, як виняток, акумуляторні батареї можна ставити на автомобілі після 3 год просо­чування їх електролітом без підзаряджан­ня, якщо густина електроліту знизилася за цей час не більше ніж на 0, 04 г/см³. Ці ре­комендації неефективні для зимових умов.

При додатних і від’ємних температурах акумуляторні батареї, що зберігаються в сухому вигляді, можна прискорено приве­сти в робочий стан методом, основою яко­го є ефект підвищення енергоємності свин­цевого акумулятора після заливання елек­тролітом, температура якого становить близько 40 °С. Більш високу температуру застосовувати не слід, оскільки сепарато­ри з міпласту при температурі 50 °С роз­м’якшуються і можуть частково жолоби­тись.

Слід пам’ятати, що температура самої батареї перед заливанням її електролітом порівняно мало впливає на температуру після заливання. Це можна пояснити тим, що теплоємність електроліту становить 5....88 % загальної теплоємності акумуля­тора. Використання цього методу в екс­плуатації довело, що надійність наступно­го використання батарей не знижується, тривалість стартерного розряджання збіль­шується приблизно на 1 хв, чого досить, щоб забезпечити надійний пуск двигуна при від’ємних температурах.

Для того щоб легко пустити двигун в умовах безгаражного зберігання, крім ін­ших вимог потрібні розігрівання охоло­джених акумуляторних батарей до плю­сової температури і створення нормальних умов розряджання і заряджання безпосе­редньо в автомобілі за межами підприєм­ства, обладнаного спеціальними засобами розігрівання.

Рис. 3.5 Дослідна обігрівна акумуляторна батарея: