Напряжение эдс автомобильного аккумулятора

Параметры автомобильного аккумулятора

Главные вкладки

Давайте рассмотрим основные параметры аккумулятора, которые понадобяться нам при его эксплуатации.

1. Электродвижущая сила (ЭДС) аккумуляторной батареи — напряжение между выводами аккумуляторной батареи при разомкнутой внешней цепи (и, конечно-же, при отсутствии каких-либо утечек). В «полевых» условиях (в гараже) ЭДС можно измерить любым тестером, перед этим сняв одну из клемм («+» или «-») с аккумулятора.

ЭДС аккумулятора зависит от плотности и от температуры электролита и совершенно не зависит от размеров и формы электродов, а также от количества электролита и активных масс. Изменение ЭДС аккумулятора от температуры весьма мало и при эксплуатации им можно пренебречь. С повышением плотности электролита ЭДС повышается. При температуре плюс 18°С и плотности d = 1,28 г/см 3 аккумулятор (имеется в виду одна банка) обладает ЭДС рав­ной 2,12 В (АКБ — 6 х 2,12 В = 12,72 В). Зависимость ЭДС от плотности электролита при изме­нении плотности в пределах 1,05÷1,3 г/см 3 вы­ражается эмпирической формулой

Е=0,84+d, где

Е — ЭДС аккумулятора, В;

d — плотность электролита при температуре плюс 18°С, г/см 3 .

По ЭДС нельзя точно судить о степени разряженности ак­кумулятора. ЭДС разряженного аккумулятора с большей плот­ностью электролита будет выше, чем ЭДС заряженного акку­мулятора, но имеющего меньшую плотность электролита.

Путём измерения ЭДС можно только быстро обнаружить серьезную неисправность аккумуляторной батареи (замыкание пластин в одной или нескольких банках, обрыв соединительных проводников между банками и тому подобное).

2. Внутреннее сопротивление аккумулятора представляет собой сумму сопротивлений выводных зажимов, межэлементных соеди­нений, пластин, электролита, сепараторов и сопротивления, во­зникающего в местах соприкосновения электродов с электро­литом. Чем больше емкость аккумулятора (число пластин), тем меньше его внутреннее сопротивление. С понижением темпера­туры и по мере разряда аккумулятора его внутреннее сопротив­ление растет. Напряжение аккумулятора отличается от его ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении ак­кумулятора.

При заряде U₃ = Е + I х R_ВН,

а при разряде U_Р = Е — I х R_ВН, где

I — ток, протекаю­щий через аккумулятор, A;

R_ВН — внутреннее сопротивление акку­мулятора, Ом;

Е — ЭДС аккуму­лятора, В.

Изменение напряже­ния на аккумуляторной батарее при ее заряде и разряде показано на Рис. 1.

Рис.1. Изменение напряжения аккумуляторной батареи при её заряде и разряде.

1 — начало газовыделения, 2 — заряд, 3 — разряд.

Напряжение автомобильного генератора, от которого производится заряд батареи, составляет 14,0÷14,5 В. На автомобиле батарея, даже в лучшем случае, при полностью благоприятных условиях, остается недозаряженной на 10÷20%. Виной всему — работа автомобильного генератора.

Достаточное для зарядки напряжение генератор начинает выдавать при 2000 об/мин и более. Обороты холостого хода 800÷900 об/мин. Стиль езды в городе: разгон (длительность меньше минуты), торможение, остановка (светофор, пробка — длительность от 1 минуты до ** часов). Заряд идёт только во время разгона и движения на довольно высоких оборотах. В остальное время идёт интенсивный разряд АКБ (фары, прочие потребители электроэнергии, сигнализация — круглосуточно).

Ситуация улучшается при движении за городом, но не критическим образом. Длительность поездок не так велика (полный заряд батареи — 12÷15 часов).

В точке 1 — 14,5 В начинается газовыделение (электролиз воды на кислород и водород), увеличивается расход воды. Другой неприятный эффект при электролизе — увеличивается коррозия пластин, поэтому не следует допускать длительного превышения напряжения 14,5 В на клеммах АКБ.

Напряжение автомобильного генератора (14,0÷14,5 В) выбрано из компромиссных условий — обеспечение более-менее нормальной зарядки батареи при уменьшении газообразования (снижается расход воды, понижается пожароопасность, уменьшается скорость разрушения пластин).

Из вышесказанного можно сделать вывод, что батарею нужно периодически, хотя бы раз в месяц, полностью дозаряжать внешним зарядным устройством для уменьшения сульфатации пластин и увеличения срока службы.

Напряжение аккумуляторной батареи при ее разряде стартерным током (I_Р = 2÷5 С₂₀) зависит от силы раз­рядного тока и темпе­ратуры электролита. На Рис.2 показаны вольт-амперные харак­теристики аккумуля­торной батареи 6СТ-90 при различной темпе­ратуре электролита. Если разрядный ток будет постоянным (например, I_Р = 3 С₂₀, линия 1), то напряжение батареи при разряде будет тем меньше, чем ниже ее температура. Для сохранения по­стоянства напряжения при разряде (линия 2) необходимо с пониже­нием температуры ба­тареи снижать силу разрядного тока.

Рис.2. Вольт-амперные характеристики АКБ 6СТ-90 при различной температуре электролита.

3. Емкостью аккумулятора ( С ) называется количество электри­чества, которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения. Ёмкость аккумулятора выражается в Ампер-часах (А•ч). Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор, например при определении номинальной емкости аккумуляторной батареи разряд ведется током I = 0,05С₂₀ до напряжения 10,5 В, температура электролита должна быть в интервале +(18÷27)°С, а время разряда 20 ч. Считается, что конец срока службы батареи наступает, когда ее емкость составляет 40% от С₂₀.

Емкость батареи в стартерных режимах определяется при температуре +25°С и разрядном токе ЗС₂₀. В этом случае время разряда до напряжения 6 В (один вольт на аккумулятор) дол­жно быть не менее 3 мин.

При разряде батареи током ЗС₂₀ (температура электро­лита -18°С) напряже­ние батареи через 30 с после начала разряда должно быть 8,4 В (9,0 В для необслужи­ваемых батарей), а после 150 с не ниже 6 В. Этот ток иногда называют током холодной прокрутки или пусковым током, он может отличаться от ЗС₂₀ Этот ток указывается на корпусе батареи рядом с ее емкостью.

Если разряд происходит при постоянной силе тока, то ем­кость аккумуляторной батареи определяется по формуле

С = I х t где,

I — ток разряда, A;

t — время разряда, ч.

Емкость аккумуляторной батареи зависит от ее конструкции, числа пластин, их толщины, материала сепаратора, пористости активного материала, конструкции решетки пластин и других факторов. В эксплуатации емкость батареи зависит от силы разрядного тока, температуры, режима разряда (прерывистый или непрерывный), степени заряженности и изношенности акку­муляторной батареи. При увеличении разрядного тока и степени разряженности, а также с понижением температуры емкость ак­кумуляторной батареи уменьшается. При низких температурах падение емкости аккумуляторной батареи с повышением разряд­ных токов происходит особенно интенсивно. При температуре −20°С остается около 50% от емкости батареи при температуре +20°С.

Наиболее полно состояние аккумуляторной батареи показывает как раз её ёмкость. Для определения реальной емкости достаточно полностью заряженную исправную батарею поставить на разряд током I = 0,05 С₂₀ (например, для батареи с ёмкостью 55 Ач, I = 0,05 х 55 = 2,75 А). Разряд следует продолжать до достижения величины напряжения на батарее 10,5 В. Время разряда должно составить не менее 20 часов.

В качестве нагрузки при определении ёмкости удобно использовать автомобильные лампы накаливания. Например, чтобы обеспечить разрядный ток 2,75 А, при котором потребляемая мощность составит Р = I x U = 2,75 А x 12,6 В = 34,65 Вт, достаточно соединить параллельно лампу на 21 Вт и лампу на 15 Вт. Рабочее напряжение ламп накаливания для нашего случая должно быть 12 В. Конечно, точность установки тока подобным образом — «плюс-минус лапоть», но для приблизительного определения состояния аккумуляторной батареи вполне достаточно, а так-же дёшево и доступно.

При проверке таким образом новых батарей, время разряда может оказаться меньше 20 часов. Это обусловлено тем, что номинальную ёмкость они набирают после 3÷5 полных циклов заряд-разряд.

Ёмкость АКБ можно оценить также с помощью нагрузочной вилки. Нагрузочная вилка состоит из двух контактных ножек, рукоятки, переключаемого нагрузочного сопротивления и вольтметра. Один из возможных вариантов показан на Рис.3.

Рис.3. Вариант нагрузочной вилки.

Для проверки современных батарей, у которых доступны только выходные клеммы, надо использовать 12-ти вольтовые нагрузочные вилки. Нагрузочное сопротивление выбирается таким, чтобы обеспечить нагрузку аккумулятора током I = ЗС₂₀ (например, при ёмкости батареи 55 Ач, нагрузочное сопротивление должно потреблять ток I = ЗС₂₀ = 3 х 55 = 165 А). Нагрузочная вилка подсоединяется параллельно выходным контактам полностью заряженной батареи, замечается время, в течение которого выходное напряжение снизится от 12,6 В до 6 В. Это время у новой, исправной и полностью заряженной батареи должно быть не менее трёх минут при температуре электролита +25°С.

4. Саморазряд аккумулятора. Саморазрядом называют снижение емкости аккумуляторов при разомкнутой внешней цепи, то есть при бездействии. Это явление вызвано окислительно-восстановительными процессами, самопроизвольно протекающими как на отрицательном, так и на положительном электродах.

Саморазряду особенно подвержен отрицательный электрод вследствие самопроизвольного растворения свинца (отрицательной активной массы) в растворе серной кислоты.

Саморазряд отрицательного электрода сопровождается выделением газообразного водорода. Скорость самопроизвольного растворения свинца существенно возрастает с повышением концентрации электролита. Повышение плотности электролита с 1,27 до 1,32 г/см 3 приводит к росту скорости саморазряда отрицательного электрода на 40 %.

Саморазряд может возникать также, когда аккумулятор снаружи загрязнен или залит электролитом, водой или другими жидкостями, которые создают возможность разряда через электропроводную пленку, находящуюся между полюсными выводами аккумулятора или его перемычками.

Саморазряд батарей в значительной мере зависит от температуры электролита. С понижением температуры саморазряд уменьшается. При температуре ниже 0°С у новых батарей он практически прекращается. Поэтому хранение батарей рекомендуется в заряженном состоянии при низких температурах (до −30°С). Всё это показано на Рис.4.

Рис.4. Зависимость саморазряда АКБ от температуры.

В процессе эксплуатации саморазряд не остается постоянным и резко усиливается к концу срока службы.

Для снижения саморазряда необходимо использовать возможно более чистые материалы для производства аккумуляторов, использовать только чистую серную кислоту и дистиллированную воду для приготовления электролита, как при производстве, так и при эксплуатации.

Обычно степень саморазряда выражают в процентах потери емкости за установленный период времени. Саморазряд аккумуляторов считается нормальным, если он не превышает 1% в сутки, или 30% емкости батареи в месяц.

5. Срок хранения новых батарей. В настоящее время автомобильные батареи выпускаются заводом-изготовителем только в сухозаряженном состоянии. Срок хранения батарей без эксплуатации весьма ограничен и не превышает 2 лет (гарантийный срок хранения 1 год).

6. Срок службы автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей — не менее 4-х лет при соблюдении установленных заводом условий эксплуатации. Из моей практики шесть батарей прослужили по четыре года, а одна, самая стойкая, — целых восемь лет.

Источник

Напряжение аккумулятора

Напряжение автомобильного аккумулятора и ЭДС

Напряжение аккумулятора – это физическая величина электрической цепи, которая определяется потенциалов между положительным выводом и отрицательным. Напряжение в теории физики тесно связано с ЭДС и многие автомобилисты путают их, поэтому для начала нужно разграничить эти два понятия. Выражаясь простым языком, ЭДС – это максимальное значение Вольт, которое может выдать источник питания. Но к любому источник питания подключаются устройства, которые оно питает и тогда количество вольт в цепи становится меньше – это и есть напряжение.

Напряжение и ЭДС будут совпадать в том случае, если к элементу питания не подключены поглотители энергии. Если же выражаться языком физики, то ЭДС будет равен сумме напряжения на выводах аккумулятора и произведению тока в цепи и внутреннему сопротивлению. [ЭДС]=[напряжение]+[ток]*[сопротивление]

В автомобильном аккумуляторе без нагрузке замеряется ЭДС, а под нагрузкой замеряется напряжение. ЭДС образуется в таком аккумуляторе благодаря протеканию в нем электрохимических реакций, в результате которой выделяется энергия.

Чем замерить напряжение

Для измерения напряжение аккумулятора используют приборы, в основе которых лежит Вольтметр. Такие приборы замеряют напряжение на выводах аккумулятора и показывают значение через аналоговый или цифровой экран. На аналоговом экране отображается шкала значений напряжения, в интервале которой перемещается стрелка, указывающая на измеряемое значение. В цифровых устройствах имеется жидкокристаллический дисплей, на который цифрами выводит значение. Считается, что оптимальными являются цифровые экраны, т.к. меньше всего подвержены погрешностям шкалы, более устойчивы к вибрациям и доступнее для восприятия человеком.

Среди самих устройств выделяют 3 основных вида:

1. Вольтметр (как отдельный прибор)
2. Мультиметр (с функцией вольтметра)
3. Нагрузочная вилка (про них мы подробнее уже писали).

Как замерить напряжение на автомобиле

Процесс измерения напряжения у батареи, которая стоит на автомобиле имеет свои особенности. Проверка проходит на заглушенном двигателе, иначе Вы будете замерять напряжение с генератора. Перед тем, как замерять напряжение должно пройти не менее 8 часов с момента остановки двигателя, иначе измерения будут завышены из-за поверхностного напряжения. Снять поверхностное напряжение можно нагрузочной вилкой в течение 5 секунд.

Нормальное напряжение без нагрузки

Нормальное напряжение аккумулятора без нагрузки (оно же ЭДС) составляет 12,5-12,8 В. Свыше 12,8 В бывает редко, а если Ваш прибор показывает больше, возможно он не корректно настроен или сбит. Считается, что аккумулятор с напряжением 12,5 В заряжен на 85%, поэтому если у Вашего АКБ напряжение ниже – ставьте его на зарядку. О том как заряжать аккумуляторы мы уже писали.

Под нагрузкой

Чтобы проверить работоспособность батареи и ресурс под нагрузкой, необходимо провести тест специальным прибором — нагрузочной вилкой. Чтобы понять, какую лучше вилку использовать, ознакомьтесь с обзором нагрузочных вилок. Сопротивлением в 150-200 А искусственно создают нагрузку для батареи, при этом она должна выдать напряжение в 10,5В, которое спустя 3-5 секунд у здоровой батареи начнет плавно расти. Помимо нагрузочной вилки можно использовать также специальный диагностический тестер.

Таблица для определение степени заряженности аккумулятора

Для того, чтобы понять требуется аккумулятору зарядка или нет, необходимо замерить напряжение батареи. Существует таблица, показывающая насколько заряжен аккумулятор.

Эксплуатация аккумулятора с низким напряжением

Низкое напряжение аккумулятора говорит о том, что АКБ имеет не полный заряд, а, возможно, и находится в состоянии глубоко разряда. Эксплуатация и хранение аккумулятора с напряжением ниже В являются нарушением условий эксплуатации и грозит прекращением гарантийных обязательств. У аккумулятора с низким напряжением низкая плотность электролита – вся кислота собирается у пластин, что приводит к сульфатации, которая приводит к выходу его из строя по вине потребителя. Также, если оставить разряженные аккумулятор на холоде, он может попросту замерзнуть в лед, что приведет еще и к оплыванию активной массы.

Источник