Автомобильный аккумулятор свое второе название получил от стартера («стартерный»). Это определяет его основное назначение - питать стартер энергией при запуске двигателя. Надёжность запуска двигателя в различных условиях эксплуатации автомобиля (летом и зимой) в значительной мере зависит от состояния заряженности стартерной батареи. Предположим, что все изделия электрооборудования в автомобиле не имеют дефектов, соответствуют техническим требованиям, а автомобиль эксплуатируется регулярно, в этих условиях автомобильный аккумулятор служит надёжно, постоянно имеет хорошую заряженность (80-100 %), а своевременный контроль плотности и уровня электролита обеспечивает длительный срок эксплуатации (3-5 лет).
Снижение заряженности аккумуляторной батареи (особенно в зимнее время), как правило, связано с режимом работы автомобиля. Преобладание городских поездок по отношению к загородным в большинстве случаев приводит к снижению заряженности. Режим работы имеющихся на автомобиле потребителей электроэнергии, обеспечивающих безопасность движения и комфортные условия водителя, существенным образом влияют на состояние заряженности автомобильного аккумулятора и на срок его службы.
Рассмотрим, как работает автомобильный аккумулятор в системе электрооборудования машины, взаимодействуя с другими компонентами (генератором, регулятором напряжения, потребителями электроэнергии, обеспечивающими безопасную езду и комфорт в салоне). Выбор генератора, его мощность и рабочие характеристики определяются по устанавливаемым штатным потребителям электроэнергии, включая и необходимый заряд аккумуляторной батареи. Установка дополнительных потребителей влияет на состояние заряженности аккумуляторной батареи в сторону её уменьшения, особенно при их продолжительном использовании. Настройка регулятора напряжения, в первую очередь, направлена на обеспечение заряда автомобильного аккумулятора в зимних условиях не менее 75 %, при этом учитываются рабочие характеристики генератора, передаточное отношение (от двигателя к генератору), средняя продолжительность движения автомобиля в сутки, мощность и режим работы потребителей электроэнергии. Так что изменение любого из перечисленных факторов создаёт возможность изменения и заряженности аккумуляторной батареи.
Наиболее характерные примеры
Увеличение продолжительности движения автомобиля (к примеру, используемого, как такси) приводит к перезаряду, быстрому снижению уровня электролита и сокращению срока службы автомобильного аккумулятора. Установка приёмопередающей радиостанции, постоянно работающей в течение смены (в том числе и на стоящем автомобиле с заглушённым двигателем), приводит к недозаряду, снижению степени заряженности на длительное время, это вызывает оплывание активного вещества с пластин аккумуляторной батареи и также ведёт к сокращению срока её службы. Короткий зимний световой день создаёт необходимость продолжительного функционирования приборов освещения. В свою очередь, дорожные условия в холодный период года снижают динамику движения автомобиля и, следовательно, сказываются на режиме работы генератора. В итоге автомобильный аккумулятор, затрачивая больше электроэнергии на пуск двигателя, в процессе движения автомобиля получает от генератора значительно меньше энергии, чем в летнее время, это приводит к его более низкой заряженности. Если летом автомобильный аккумулятор в большинстве случаев имеет состояние зараженности около 100 %, то зимой такое встречается относительно редко.
Автомобильный аккумулятор зимой
Влияние низкой температуры на работоспособность аккумуляторной батареи определяется такими показателями, как снижение напряжения разрядных характеристик при стартерном пуске двигателей за счёт увеличения внутренних потерь и снижение способности принимать заряд от генератора при работающем двигателе.
Не вдаваясь в существо электрохимических процессов, протекающих в автомобильном аккумуляторе, можно сказать, что причиной снижения зарядных и разрядных показателей является увеличение вязкости и сопротивления электролита. При снижении температуры от +20 до -25°С пусковые характеристики автомобильного аккумулятора снижаются в два-три раза. При этом одновременно возрастает сопротивление прокручиванию вала двигателя, что приводит к увеличению тока стартера и, соответственно, к увеличению тока разряда автомобильного аккумулятора. Резко ухудшаются условия смесеобразования и воспламенения горючей смеси в цилиндрах, поэтому пуск двигателя осуществляется за три-четыре (а то и более) попыток запуска. Приведённая температура (-25°С) является температурным пределом пуска, если не применяются средства его облегчения, либо подогрев аккумуляторной батареи или двигателя. Снижение способности аккумуляторной батареи принимать заряд можно охарактеризовать тем, что ток заряда, принимаемый ею, при понижении температуры электролита в указанных пределах, при прочих равных условиях уменьшается в 5-10 раз. Это означает, что энергия, отданная аккумуляторной батареей при пуске двигателя, возвращается ей в зимний период за более продолжительное время.
При понижении температуры окружающего воздуха существенно увеличивается расход энергии автомобильного аккумулятора на пуск холодного двигателя, кроме того, включаются дополнительные потребители (обогрев салона, стёкол и др.). Из-за сокращения светового дня значительное время движения происходит при включенном внешнем и внутреннем освещении. Включение потребителей происходит при работе двигателя на различных частотах вращения коленчатого вала (т.е. - при изменяющейся от минимума до максимума отдаче энергии генератором). Потребители могут не выключаться и при остановке двигателя, поэтому автомобильный аккумулятор может разряжаться на значительную величину.
При систематическом невосполнимости энергии, поступающей от генератора к аккумуляторной батарее, степень её заряженности снижается и может достигнуть недопустимо низкого предела. В этом случае не исключена полная потеря работоспособности автомобильного аккумулятора, особенно при холодном пуске двигателя. Работа автомобильного аккумулятора при низкой заряженности приводит к ускоренному оплыванию активной массы электродов и сокращению срока его надёжной работы.
Автомобильный аккумулятор летом.
Выбранная для зимних условий настройка регулятора напряжения сохраняется неизменной и в летнее время. Летние условия эксплуатации по снижению нагрузки на генератор и по условиям заряда (температура электролита всегда положительная) позволяют аккумуляторной автомобильной батареи находиться в полностью заряженном состоянии. Поэтому продолжительные поездки, как правило, сопровождаются его перезарядом, приводящим к сокращению конструкционного ресурса. Снижение уровня электролита над пластинами наиболее интенсивно происходит именно в летнее время. Доливка дистиллированной воды до установленного уровня позволяет избежать чрезмерного увеличения плотности электролита и негативных последствий этого, но остановить электрокоррозию решёток положительных пластин аккумуляторной батарее невозможно. Обязательным мероприятием в данных условиях должно быть следующее: произвести проверку величины зарядного напряжения (с нагрузкой и без неё). Если значение зарядного напряжения на клеммах автомобильного аккумулятора увеличивается при включении нагрузки, - значит надо провести техническое обслуживание коммутирующих изделий (переходных контактов) цепи заряда. Этим дефектом обладают зарядные цепи автомобилей с продолжительным сроком эксплуатации. Простая замена регулятора напряжения в таких случаях ничего не даёт. Когда имеется регулятор с двухступенчатой регулировкой («max»-«min») на грузовых автомобилях, при наличии перезаряда целесообразно переключить зарядную цепь аккумуляторной батареи на положение «min». Соответственно, если проверка состояния аккумуляторной батарее указывает на низкую заряженность (эксплуатация автомобиля с длительными перерывами), его необходимо включить в положение «max». Это позволит при низкой интенсивности эксплуатации поддерживать аккумулятор в состоянии достаточной заряженности и надёжности при запуске двигателя.
На состояние автомобильного аккумулятора в период эксплуатации комплексно воздействуют изделия электрооборудования, режим и условия работы автомобиля, однако эти факторы даже при их благоприятном соотношении не продлят срок службы аккумуляторной батареи, если её обслуживание не будет проводиться регулярно и своевременно. Рекомендации по обслуживанию определяются конструктивными особенностями автомобильного аккумулятора. Контроль за техническим состоянием всех компонентов электрооборудования автомобиля должен быть предупредительным. Только тогда так называемые «необслуживаемые» аккумуляторные батареи (без пробок), имеющие увеличенный запас резервного электролита над пластинами, могут служить надёжно и долго. В случаях повышенного напряжения заряда или интенсивного режима работы автомобиля в жару, срок службы автомобильного аккумулятора может быть резко снижен из-за отсутствия возможности доливки воды.
Неблагоприятные факторы
На практике имеют место случаи, когда аккумуляторная батарея в период гарантийного срока выходит из строя не из-за собственных дефектов, а по причине неблагоприятной эксплуатации и неисправностей изделий электрооборудования самого автомобиля. Отказ аккумуляторной батареи наступает не по причине исчерпания её ресурса, а из-за преобладания негативных факторов в условиях работы. В летнее время условия пуска двигателя автомобиля более лёгкие, поэтому снижение состояния зараженности батареи допускается до 50 %. Однако такое состояние даже в летнее время не должно сохраняться долго, так как является причиной разрушения активного вещества пластин. Практика показывает, что наибольший срок надёжной работы имеют аккумуляторные автомобильные батареи, эксплуатирующиеся на автомобилях со среднегодовым пробегом 10-20 тыс. км., при регулярном контроле за состоянием заряженности и выполнении мероприятий по техническому обслуживанию аккумуляторной батареи и изделий электрооборудования. Вместе с тем, при интенсивной эксплуатации (режим «такси») срок жизни автомобильного аккумулятора может быть относительно небольшим, так как пробег автомобиля за это время бывает значительным (100-150 тыс. км.). Эти показатели могут иметь место при эксплуатации аккумуляторных батарей одного конструктивного исполнения.
Что делать?
Во всех случаях снижения работоспособности автомобильного аккумулятора необходимо проводить следующие мероприятия:
-   замерить плотность электролита в банках (при наличии пробок);
-   проверить натяжение ремня привода генератора;
-   замерить величину зарядного напряжения генератора автомобиля (измерение проводится на полюсных выводах полностью заряженного автомобильного аккумулятора при оборотах двигателя 2 000-2 500 в минуту, сначала без нагрузки, потом с включенной нагрузкой (включить дальний свет фар), снижение величины напряжения при измерении с нагрузкой не должно быть более 0.15-0.25 V);
-   при выключенных потребителях замерить величину «утечки» тока автомобильного аккумулятора, вызываемой неисправностью электропроводки (изделий) на автомобиле. Сигнализация и часы в автомобиле (суммарно) могут потреблять 30-40 мА. Если замеренная величина превышает эти значения, то необходимо устранить причину «утечки», так как в противном случае аккумуляторная батарея может подвергнуться глубокому разряду при неработающем двигателе (во время стоянки автомобиля).
В ситуации, когда нет возможности произвести все указанные измерения, можно поступить следующим образом: зарядить полностью автомобильный аккумулятор, замерив в конце заряда плотность электролита. Готовую к работе аккумуляторную батарею оставить неподключенной на время стоянки автомобиля (2-3 дня или более). Перед поездкой снова замерить плотность электролита, затем сопоставить полученные величины.
Производственные дефекты
Снижение работоспособности автомобильного аккумулятора в режиме пуска двигателя, а иногда и полный её отказ при достаточной плотности электролита в автомобильном аккумуляторе, как правило, связаны с проявлением производственных дефектов. Полный отказ аккумуляторной батареи обычно связан с разрывом внутренней цепи в деталях, скрепляемых сваркой при изготовлении. Чаще всего этот дефект проявляется при продолжительном (затруднённом) пуске двигателя, либо при тряске во время движения.
Вторым по тяжести из производственных дефектов является короткое замыкание между электродами (пластинами) различной полярности. Он чаще всего связан с повреждениями сепараторов в процессе сборки, неправильным размещением сепаратора в блоке пластин или перекосом отдельных пластин в самом блоке. При наличии такого дефекта автомобильный аккумулятор в определённых условиях (в летнее время) может сохранять работоспособность, но его пусковая мощность значительно снижается. При бездействии аккумуляторной батареи в течение одной-двух недель короткое замыкание в какой-либо банке может быть легко установлено путем измерения плотности электролита. В дефектной банке она снижается более интенсивно, чем в остальных. Практика показывает, что в аккумуляторной батарее не встречаются два и более одинаковых дефекта производственного характера. Влияние короткого замыкания на скорость снижения плотности электролита в значительной мере зависит от «надёжности» (прочности) образовавшегося контакта между разнополюсными пластинами. Наличие такого дефекта в автомобильном аккумуляторе не только снижает его пусковую мощность, но также может привести в зимнее время к замерзанию электролита дефектной банки и разрушению льдом корпуса аккумуляторной батареи. При стационарном заряде дефектная банка в автомобильном аккумуляторе не «кипит». Плотность электролита при заряде увеличивается медленнее, чем в остальных банках, либо совсем не поднимается, сколько бы аккумуляторная батарея не стояла на заряде. При стартерном разряде (на стенде, на пробник-вилку и т.п.) банка в автомобильном аккумуляторе с коротким замыканием интенсивно «кипит».
К автомобильным аккумуляторным батареям, признаваемым дефектными (по производственным причинам), могут быть отнесены автомобильные аккумуляторы, электроды которых содержат неотформированную активную массу (при батарейном формировании). Они имеют низкие пусковые характеристики, обеспечивают малое количество попыток запуска двигателя (2-3). Аккумуляторная батарея интенсивно «кипит» при заряде и разряде.
К разряду производственных дефектов могут быть также отнесены обрывы отдельных пластин в блоке из-за низкого качества их приварки к мосту. На практике отмечены случаи, когда ушки всех пластин в блоке не имеют надёжного соединения с мостиком, происходит их оплавление и потеря контакта пластин с мостиком. При стартерном разряде электролит в такой банке интенсивно «кипит», хотя при бездействии автомобильного аккумулятора плотность электролита в ней не снижается по причине того, что короткого замыкания между разнополюсными пластинами при этом дефекте нет.
Наряду с производственными дефектами в процессе работы в автомобильном аккумуляторе появляются дефекты, образующиеся от внешних негативных условий. Например, длительная эксплуатация с низкой степенью заряженности (40-60 %) обязательно приведёт к оплыванию активного вещества пластин в шлам. При этом снижается запас энергии в автомобильном аккумуляторе, сокращается его ресурс, электролит при заряде имеет тёмный цвет.
Методы заряда аккумулятора
Успешная работа стартерных батарей зависит от степени заряженности: чем она выше, тем выше работоспособность автомобильного аккумулятора в пусковом режиме при любой температуре окружающего воздуха. Восстановление работоспособности стартерной аккумуляторной батареи, оказавшейся разряженной на автомобиле, производится путём заряда её от внешней сети. Для стационарных условий способы заряда аккумуляторных батарей, как правило, реализованы в конструкции самих зарядных устройств.
Для широкой практики при работе со стартерными аккумуляторами рекомендованы следующие способы заряда:
-   заряд при постоянном напряжении;
-   заряд при постоянном токе;
-   ступенчатый режим заряда:
-   комбинированный способ заряда;
-   реверсивный режим заряда.
Стационарный заряд применяют тогда, когда аккумуляторная батарея оказывается глубоко разряженной (плотность электролита менее 1.2 г/см3 или напряжение без нагрузки на полюсных выводах составляет менее 12.3 V, либо при подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению). Сухозаряженные аккумуляторные батареи после заливки электролита также подзаряжают в стационарных условиях. В рабочем режиме на автомобилях стартерные батареи подзаряжаются от генератора при постоянном значении регулируемого напряжения. Режим заряда предназначен для восполнения затраты энергии автомобильного аккумулятора на пуск двигателя, а также для компенсации её расхода на питание включенных потребителей энергии. Выбор величины напряжения заряда осуществляется на основе баланса энергии аккумуляторной батареи при условно нормированном среднесуточном режиме работы автомобиля. При этом величина зарядного тока оценивается и принимается в расчёт в циклическом режиме (заряд-разряд), характерном для эксплуатации транспортного средства. Этот режим заряда отличается высокой эффективностью по сравнению со статическим зарядом при постоянном напряжении такой же величины от зарядного устройства.
Следует отметить, что в некоторых зарядных устройствах величина напряжения 14.5 V принята, как предельная, при которой происходит автоматическое отключение зарядного устройства. Это приводит в недоумение некоторых автолюбителей, так как плотность электролита не достигает (за 10-12 часов) нормативной величины (1.27-1.28 г/см3), положенной по инструкции, характеризующей полноту заряда. При циклическом режиме зарядный ток автомобильного аккумулятора значительно больше, чем при такой же величине зарядного напряжения в стационарном режиме.
В стационарных устройствах со стабилизацией (либо ручной регулировкой) тока заряда применяют режим при постоянном токе, рекомендуемый для всех типов аккумуляторных батарей. Как правило, величина тока заряда рекомендуется равной 0.1 от номинальной ёмкости аккумуляторной батареи или 0.01 от величины тока холодной прокрутки, указанного на аккумуляторной батарее. Этот режим заряда легко трансформируется в ступенчатый, когда заключительная стадия процесса заряда (при достижении плотности электролита 1.23-1.24 г/см3) проводится при пониженном значении постоянного тока (порядка 0.05 от номинальной ёмкости). Ступенчатый режим позволяет уменьшить непроизводительные потери энергии процесса заряда, уменьшить «выкипание» электролита, понизить температуру нагрева при полном заряде аккумуляторной батареи.
На практике используется также режим заряда, состоящий из двух ступеней: заряд при постоянном напряжении с переходом на режим заряда при постоянном токе. Переход на режим постоянного тока (вторая ступень) осуществляется после достижения заряженное порядка 60-70 %. Это позволяет более эффективно проводить заряд полностью разряженных аккумуляторных батарей за непродолжительное время (3-8 часов). Зарядное устройство в этом случае в момент подключения разряженной аккумуляторной батареи на заряд обеспечивает ток до 0.9 от величины ёмкости, недостающей до номинального значения. Продолжительность заряда в таком режиме должна быть не более часа, чтобы избежать чрезмерного нагрева электролита аккумуляторной батареи. Хотя от момента включения величина тока будет снижаться за счёт возрастания поляризации электродов, всё же среднее значение зарядного тока за час заряда будет значительно больше величины 0.1 от номинальной ёмкости, что приводит к ускорению процесса заряда разряженной аккумуляторной батареи. Заключительная часть зарядки может быть проведена при постоянном токе, равном 0.05 номинальной ёмкости. Некоторые исследователи рекомендуют применять реверсивный способ зарядки чартерных батареи, т.е. - сочетание прямой (заряд) и обратной (разряд) составляющих тока. При этом режиме происходит микроциклирование (заряд и разряд) аккумуляторной батареи.
Следует понимать, что время зарядной составляющей (по величине тока и продолжительности) значительно превышает разряд. Этот режим заряда несколько более продолжителен по сравнению с рассмотренными выше, но он полезен в тех случаях, когда аккумуляторная батарея продолжительное время находилась с низкой степенью заряженности. Негативное последствие, связанное с изменением структуры активных материалов пластин, преодолевается, и удаётся восстановить электрические показатели аккумуляторной батареи за более короткий срок, если решётки положительных пластин не разрушены электрокоррозией.
Зарядка сопровождается выполнением следующих требований:
-   помещение должно хорошо проветриваться (наличие вентиляции);
-   в помещении не должно быть открытого пламени или искрообразующих изделий и оборудования;
-   обязательно наличие средств защиты в соответствии с правилами проведения работ с кислотными батареями:
-   не допускается разбрызгивание электролита на открытые части тела и близстоящие предметы;
-   пробки батарей (при их наличии) должны быть открыты;
-   уровень электролита в каждой банке аккумуляторной батареи должен быть выше верхних кромок пластин, что позволяет заряжать каждую пластину по всей поверхности, а также снизить скопление выделяющегося при заряде газа внутри корпуса автомобильного аккумулятора;
-   не допускаются к проведению заряда лица, не владеющие правилами безопасного выполнения этого вида работ.
Процесс заряда стартерной аккумуляторной батареи наиболее эффективно происходит при положительной температуре электролита (+20±5°С). Это относится ко всем режимам заряда. Следует помнить, что при заряде автомобильного аккумулятора температура электролита не должна превышать +50°С с тем, чтобы не вызвать коробления положительных пластин от перегрева, а также структурных изменений активной массы отрицательных пластин.