Утепление и подогрев аккумулятора или что делать, если замерз аккумулятор.

Частично решением проблемы сохранения высокой температуры аккумулятора при его обслуживании является его размещение в утепленном отсеке (контейнере), имеющем двойные стенки, пространство между которыми заполняется войлоком, поролоном или каким-либо другим теплоизоляционным материалом. Теплоемкость аккумулятора достаточно высока, поэтому при помещении его в контейнер с теплоизолированными стенками скорость падения температуры электролита будет настолько мала, что аккумулятор сохранит работоспособность после стоянки автомобиля на открытой площадке в течение 10 — 12 ч (при температуре окружающего воздуха до -50 °С). При таком способе утепления температура электролита в батарее практически не падает ниже 0 °C за 10 — 12 ч работы машины при температуре воздуха -40 °С.

При толщине теплоизолирующего слоя пенопласта в 20 мм показатели стартерного разряда после суточной стоянки автомобиля в 4 раза выше по сравнению с неутепленными аккумуляторами. Эффективность утепления аккумулятора тем выше, чем больше толщина теплоизолирующего материала.

При движении автомобиля, температура под капотом в местах установки аккумулятора колеблется в пределах 20 — 40 °С. При длительном движении или стоянке автомобиля с изменением температуры окружающего воздуха, изменяется температура электролита аккумулятора. Вследствие высокой теплоемкости электролита и малой теплопроводности материала моноблоков, температура электролита в течение суток меняется меньше, чем температура окружающей среды. При длительной стоянке автомобиля среднесуточные температуры батареи и окружающей среды обычно равны.
Для нормальной работы батареи при наружной установке недостаточно одного утепления с помощью контейнера — необходим подогрев аккумулятора.

Эксплуатация стартерных аккумуляторов.

В зимнее время приходится считаться с возможностью замерзания электролита в аккумуляторных батареях во время стоянки машин. Если замерз электролит в аккумуляторе, могут разрушиться банки элементов и высыпаться активная масса из решеток пластин, т.е. аккумулятор может выйти из строя.

Опасность замерзания электролита является тем большей, чем сильнее разряжена аккумуляторная батарея. Вследствие этого в зимнее время, даже в зонах умеренного климата, работающий при отрицательной температуре аккумулятор необходимо поддерживать полностью в заряженном состоянии.

Если батарея (АКБ) не может дать ток в несколько сот ампер для пуска холодного двигателя, то это не значит, что она полностью разряжена. При низких температурах и форсированных разрядах фактическая емкость уменьшается. В таких условиях батарея, которая кажется разряженной с электротехнической точки зрения, – далеко не разряжена с электрохимической точки зрения. Ее электролит имеет достаточную плотность, и опасность замерзания может быть невелика.

В аккумуляторной батарее быстрее охлаждаются хорошие проводники тепла (электроды, токоведущие детали, выводы). Поэтому быстрее охлаждается и замерзает электролит у пластин, образуя ледяную корку, препятствующую протеканию электрических процессов. Сопротивление батареи резко увеличивается, а напряжение на выводах уменьшается. Получить токи большой силы от такой батареи невозможно, и батарея не может обеспечить пуск двигателя, однако может питать систему зажигания. Замораживание электролита с электротехнической точки зрения не вызывает серьезных изменений в батарее, если не считать временное снижение емкости. После подогрева аккумулятор восстанавливает емкость.

Заряжать замерзшую батарею не следует, так как ионы Н и ОН не будут иметь доступа к активным веществам. В этих условиях электрический ток, проходящий через аккумуляторную батарею, будет вызывать только электролиз воды с выделением водорода и кислорода. Газы не могут выйти или медленно проходят через слой замерзшего электролита и при этом увлекают капельки жидкости, поэтому происходит довольно сильное пенообразование, пена выходит наружу и покрывает батарею сверху. До начала заряда батарею следует отогревать, так как заряд замороженной батареи может вызвать взрыв, если на поверхности электродов образуется ледяная корка, не пропускающая газы.

При одинаковой плотности электролита в аккумуляторе его замерзание не должно было бы приводить к разрыву моноблока, так как при охлаждении в электролите образуются не кристаллы самого электролита, а кристаллы воды. Эти кристаллы изолированы, они разделены жидкостью, представляющей собой электролит, обогащенный кислотой вследствие выделения воды в лед. Следовательно, в растворе не образуется сплошного льда, а имеется дисперсная фаза кристаллов, причем оставшийся раствор уже не замерзает, так как он стал более насыщенным и его температура замерзания выше. На практике, однако, наблюдается другая картина. Плотность при разряде меньше в порах, электролит в порах замерзает и разрывает активные вещества, тогда как свободный электролит между электродами находится в жидкой фазе.

При низких температурах резко ухудшаются условия заряда аккумуляторных батарей. Холодные аккумуляторные батареи постоянно недозаряжаются. Даже при температуре -10 °С батарея, разряженная на 50 %, может быть заряжена до 60-70 % номинальной емкости, не говоря уже о более низких температурах.

Условия восстановления емкости батареи при низкой температуре ухудшаются из-за уменьшения КПД заряда, снижения зарядного тока при возрастании внутреннего сопротивления батареи.

При температуре -30 °С зарядный ток современной батареи от генераторной установки при напряжении 14,5 В составляет всего 3-5 % от зарядного тока батареи при температуре электролита 20-25 °С и степени заряженное™ 75 %. При эксплуатации автомобиля в условиях низких температур неутепленный аккумулятор не принимает заряд током расчетного напряжения, и для обеспечения подзарядки приходится увеличивать регулируемое напряжение. Это ведет к работе электрооборудования в непредусмотренном режиме и, как следствие, к отказам в работе изделий. Следствием завышения регулируемого напряжения неизбежно будут перезаряд батареи при повышении температуры наружного воздуха и резкое уменьшение срока службы. Повышение напряжения генераторной установки для улучшения зарядных характеристик батареи при низких температурах приводит к резкому сокращению срока службы ламп и полупроводниковых приборов.

Батарея может не принимать зарядный ток, который способен отдавать генератор. Относительная сила тока заряда 13 в мА/А-ч, который будет принимать батарея с решетками электродов из малосурьмянистых сплавов в циклическом разрядно-зарядном режиме и степени заряженности 75 %, резко уменьшается как с уменьшением напряжения заряда (на выводах батареи), так и с понижением температуры (рис. 2.41). При непрерывном режиме заряда зарядный ток будет еще меньше, чем при циклическом зарядно-разрядном режиме (при цитировании), так как во втором случае имеет место снижение зарядной поляризации. Изменение относительного зарядного тока 13 в циклическом режиме необслуживаемых батарей в зависимости от степени заряженности АСЗ при различных температурах электролита и напряжении заряда 14 В.

Зарядные характеристики батарей с решетками электродов из малосурьмянистых сплавов заметно отличаются от зарядных характеристик обычных батарей, особенно при положительных значениях температуры электролита.
Таким образом, заряд аккумулятора при низких температурах идет очень медленно, что при больших нагрузках создает значительные трудности в обеспечении положительного баланса электроэнергии на автомобиле в зимний период эксплуатации.

При повышенной температуре электролита быстрее разрушаются электроды, ускоряется сульфатация. Для снижения химической активности электролита его плотность в жарких и теплых влажных климатических районах понижают. Повышение температуры вызывает интенсивное испарение воды из электролита. Под воздействием солнечных лучей и высокой температуры уменьшается прочность моноблоков, крышек, герметизирующей мастики.

Летом в условиях жаркого климата периодичность доливки дистиллированной воды в батареи традиционного исполнения уменьшается до 5-7 суток, тогда как в районах с умеренным климатом эта периодичность составляет 12-15 суток. Необходимость более частого контроля уровня электролита и доливки дистиллированной воды возникает и при эксплуатации в районах жаркого климата необслуживаемых батарей, так как увеличение напряжения начала разложения воды на воздух и кислород за счет применения малосурьмянистых сплавов не снижает скорости испарения воды из электролита при повышенных температурах. При эксплуатации необслуживаемых аккумуляторов в районах жаркого климата рекомендуется измерять уровень электролита 1 раз в 2-4 месяца. Продолжительность периода между следующими друг за другом добавлениями дистиллированной воды зависит также от интенсивности эксплуатации автомобиля.

Быстрее в районах с жарким климатом перегреваются батареи, выполненные в моноблоках с темной окраской и устанавливаемые снаружи, когда они не защищены от прямого попадания солнечных лучей. При температуре окружающего воздуха в тени 45-47 °С температура находящихся на солнце батарей в эбонитовых моноблоках черного цвета очень быстро возрастает до 60-65 °С.
Регулируемое напряжение генераторных установок для районов с жарким климатом должно быть снижено до значения, при котором исключается продолжительный перезаряд батарей. При одних и тех же уровнях регулируемого напряжения из-за многократного ускорения процесса снижения уровня электролита аккумуляторов, эксплуатируемых при повышенных температурах, срок службы аккумуляторов резко уменьшается, в основном, в связи с ускоренным разрушением решеток положительных электродов.

Подключенная параллельно генераторной установке батарея работает в режиме цитирования — чередования разрядов и зарядов. Это связанно с тем, что частота вращения генератора при постоянстве передаточного числа к двигателю изменяется в широких пределах, а генератор способен отдавать электроэнергию только при частоте, большей частоты начала отдачи.
Токи и продолжительность непрерывного заряда и разряда аккумуляторной батареи при движении автомобиля зависят от частоты вращения ротора генератора, мощности включенных потребителей, степени заряженности и температуры электролита батареи. Частота вращения ротора генератора, в свою очередь, зависит от частоты вращения коленчатого вала.

Генератор должен компенсировать электроэнергию, отданную аккумуляторной батареей в период разряда. Количество электроэнергии, которое получает батарея в период заряда, зависит оттоков заряда и предшествующего разряда, напряжения генераторной установки, температуры электролита, величины ПР и КПД батареи.

Время непрерывного разряда колеблется в пределах от 2 до 20 с, а заряда — от 0,1 до 20 мин в зависимости от дорожных условий. Средняя продолжительность одного цикла тц = Тр + т3 в городских условиях составляет 0,7-1,5 мин, а за городом — 10-12 мин.
Правильный выбор параметров генераторной установки с учетом номинальной емкости батареи и режимов работы потребителей энергии на автомобиле должен обеспечивать положительный баланс электроэнергии применительно к наиболее характерным условиям эксплуатации машины. Положительный зарядный баланс исключает эксплуатацию батареи в течение длительного времени с недостаточной степенью заряженности. Правильно выбранный уровень регулируемого напряжения генераторной установки исключает длительную работу батареи в режиме перезаряда. При эксплуатации батареи с низкой степенью заряженности больше скорость коррозии решеток положительных электродов. При длительных перезарядах происходит ускоренное оплывание активной массы электродов. В обоих случаях заметно сокращается срок службы батареи.

Аккумулятор в системе электроснабжения является также сглаживающим фильтром пульсаций напряжения генераторной установки и перенапряжений в системе электрооборудования на переходных режимах. К переходным режимам относятся период начальной отдачи генератором энергии, включение отдельных мощных потребителей. Роль аккумуляторной батареи особенно возросла в связи с применением генераторов переменного тока и широким внедрением электронных устройств.

Следует подчеркнуть, что в свое время переход на генераторы переменного тока способствовал увеличению срока службы батарей на автомобилях в широком диапазоне изменения интенсивности эксплуатации в тыс. км/мес. Это стало возможным благодаря меньшим частотам начала отдачи энергии генераторами переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока, что позволяет поддерживать более высокий уровень заряженности батареи.

Подзаряд аккумуляторной батареи на автомобиле происходит при постоянстве напряжения. При подключении разряженной батареи к зарядному устройству с постоянным напряжением резко увеличивается зарядный ток. Через несколько минут заряда сила тока стабилизируется. Чем больше продолжительность непрерывного заряда, тем меньше средняя сила тока заряда. При циклировании во время движения автомобиля средняя сила разрядного тока существенно больше (в 2-3 раза) его установившегося значения.
Максимальная сила тока заряда, которую может обеспечить генераторная установка при определенной частоте вращения ротора генератора, представляет собой разность между током генератора и током включенных потребителей электроэнергии. Батарея не всегда может принять тот зарядный ток, который способна обеспечить генераторная установка.

Для поддержания определенного уровня заряженности батареи генератор должен сообщить ей количество электричества, которое батарея отдала во время предшествующего разряда. При движении автомобиля степень заряженности аккумуляторной батареи колеблется около какого-то среднего установившегося значения. Если среднее значение степени заряженности 75 %, то при начальной степени заряженности как 50, так и 100 % вследствие саморегулирования зарядного процесса (зарядного тока) через 7-8 ч работы батареи на автомобиле ее степень заряженности приближается к среднему значению. Установившаяся степень заряженности батареи будет тем выше, чем выше уровень регулируемого напряжения генераторной установки, температура электролита, и чем меньше сила тока и время цикла разряда. Этим и объясняется снижение уровня заряженности батареи на автомобиле зимой даже при выполнении рекомендаций по величине регулируемого напряжения генераторной установки (рис. 2.45). Средний уровень заряженности заметно снижается по мере старения аккумуляторной батареи.

ОБ АВТОРЕ

Бармашова Лариса Викторовна – доцент, кандидат экономических наук. Высшее техническое образование (институт МЭИ), инженер-механик. Имеет диплом Национальной наградной Академии. Награждена Золотой Звездой Ордена "За заслуги в науке и образовании 1 степени. Решением Совета Фонда содействия развитию предпринимательства награждена медалью "За развитие предпринимательства". Награждена почетной грамотой Министерства образования и науки за многолетнюю плодотворную работу по развитию и совершенствованию учебного процесса, значительный вклад в дело подготовки высококвалифицированных специалистов. В 2009 г. награждена Знаком "Директор года".

http://barmashova.ru/kontakti/avtor/

 

Яндекс.Метрика body>