Как измерить плотность электролита и зарядить АКБ автомобиля

11 May 2019
2,8k full reads
5,5 min.
7k story viewUnique page visitors
2,8k read the story to the endThat's 40% of the total page views
5,5 minutes — average reading time

Как вы помните из прошлых постов, после установки выносного регулятора напряжения проблема со стабильностью напряжения зарядки аккумулятора так и осталась нерешенной. Замена изношенного ремня генератора ничего не дала, поэтому проверим батарею на исправность, измерив плотность электролита в банках.

Для этого нам понадобится ареометр (денсиметр).

Рис.1
Рис.1

Но, для начала немного теории:

Измерение плотности электролита в сочетании с измерением напряжения под нагрузкой и без позволяет быстро установить причину неисправности в аккумуляторной батарее. При низкой плотности - это может быть дефект в какой-либо ячейке, глубокий разряд или обрыв цепи внутри АКБ. Плотность измеряется специальным прибором - ареометром (денсиметром).

В качестве электролита в аккумуляторных батареях применяют раствор серной кислоты, плотность которого измеряется в г/см3. В основном плотность зависит от концентрации раствора серной кислоты - чем больше концентрация раствора, тем больше плотность. Однако, она также зависит и от температуры раствора и от степени заряженности аккумулятора - при разрядке часть серной кислоты "уходит" в пластины, плотность снижается.

Рис.2
Рис.2

Поэтому измерение плотности принято проводить при 25 °С и полностью заряженном аккумуляторе. Плотность электролита в новой полностью заряженной батарее должна составлять 1.28±0.01 г/см3 для Средней зоны. Но может варьироваться в зависимости от климатической зоны (рис.3).

Рис.3
Рис.3

Линейно снижаясь, по мере разряда АКБ, она составляет 1.20±0.01 г/см3 у батарей, степень заряженности которых снизилась до 50%. У полностью разряженной батареи плотность электролита составляет 1.10±0.01 г/см3 (рис.4).

Рис.4
Рис.4

Если значение плотности во всех банках аккумулятора одинаково (±0.01 г/см3), это говорит о степени заряженности батареи и отсутствии внутренних замыканий. При наличии внутреннего короткого замыкания плотность электролита в дефектной ячейке будет значительно ниже (на 0.10-0.15 г/см3), чем в остальных.

Низкая плотность в одной из ячеек указывает на наличие дефекта в ней (короткое замыкание между пластинами в блоке). Одинаково низкая плотность во всех ячейках связана с глубоким разрядом всей батареи, ее сульфатацией или устареванием.

Все заливаемые аккумуляторные батареи во время заряда и работы теряют часть воды. При этом снижается уровень жидкости над пластинами и увеличивается концентрация кислоты в электролите. Работа аккумулятора с низким уровнем электролита отрицательно влияет на ресурс батареи. Поэтому перед проверкой плотности электролита необходимо проверить его уровень в банках аккумулятора. Принято считать нормальным уровень электролита на 10-15 мм выше верхней кромки пластин (сепараторов).

Существует три основных вида аккумуляторных батарей:

Малосурьмянистые (Sb/Sb) - это обычная "классическая" свинцовая батарея с добавками в пластины сурьмы, они подвержены наибольшему саморазряду и выкипанию воды из раствора электролита, но не боятся глубоких разрядов, их легко зарядить даже при низкой плотности электролита.

Кальциевые (Ca/Ca) - пластины легированы кальцием, они практически не требуют слежения за уровнем и плотностью электролита, виброустойчивы, застрахованы от длительного перезаряда до 14.8 В, терпят перепады напряжения в бортовой сети, обладают коррозионной стойкостью, имеют низкий саморазряд и больший срок службы. Однако, они имеют один недостаток - неустойчивы к глубоким разрядам. Дело в том, что при длительной глубокой разрядке их положительные пластины покрываются сульфатом кальция (сульфатация), блокирующим электрохимические реакции, вследствие чего падает емкость. Этот процесс, в отличие от образования сульфата свинца в малосурьмянистых батареях, необратим. Если разрядить кальциевую батарею ниже 11.5 В, то она уже не восстановит изначальную емкость, при разряде ниже 10.8 В потеряет до 50% своей емкости. Два-три таких разряда – и аккумулятор придется выбрасывать. Также, в связи с тем, что пластины в таких батареях упакованы в плотные пакеты, плотность электролита неравномерна - более тяжелая серная кислота скапливается внизу банок, а поверх пластин оказывается более "легкий" электролит. Из-за этого ареометр может показывать неадекватно низкую плотность при нормальной заряженности.

Такие батареи подходят тем, кто ездит регулярно на большие расстояния, кому нужны виброустойчивые аккумуляторы, хорошо переносящие постоянные перезаряды в пути.

Гибридные (Sb/Ca) - являются золотой серединой. Они довольно стойки к глубоким разрядам, при этом значительно меньше подвержены выкипанию и саморазряду по сравнению с малосурьмянистыми.

Далее разговор продолжится только о кальциевых батареях (Ca/Ca).

Для начала, проверим напряжение на клеммах аккумулятора мультиметром, чтобы определить степень ее заряженности. Измерения  необходимо проводить через 6-8 часов после выключения двигателя или отключения зарядного устройства. В нашем случае машина простояла около 4-х дней под сигнализацией - напряжение составляет 12 В, что указывает на то, что батарея почти полностью разряжена.

Рис.5
Рис.5

Теперь проверим выборочно плотность электролита в двух банках. Для этого опустим пипетку ареометра в заливное отверстие пока она не упрется в предохранительную сетку и всасываем резиновой грушей достаточное количество электролита, чтобы поплавок свободно плавал в вертикальном положении и не касался стенок колбы. Показания отсчитываются по нижнему мениску, что примерно на ~0.1 г/см3 ниже линии соприкосновения жидкости с ареометром. Измеренная плотность составляет 1.23 г/см3 при температуре окружающего воздуха 0°С, поэтому внесем поправку в показания ареометра (рис.6), приведя их к 25°С: 1.23-0.02=1.21 г/см3 - что говорит нам о том, что аккумулятор требует срочной подзарядки.

Рис.6
Рис.6

Снимаем аккумулятор и переносим в теплое помещение для подзарядки.

Еще немного теории: 

Для кальциевых батарей губительны старые "дедовские" методы зарядки, используемые для малосурмянистых АКБ с контрольно-тренировочным циклом заряда/разряда и "кипячением", а также малоэффективны некоторые автоматические зарядные устройства.

В наши дни в большинстве таких устройств используется комбинированный метод зарядки, когда в процессе заряда АКБ сила тока снижается со временем, а напряжение, наоборот, повышается. Это объясняется тем, что ЭДС аккумуляторной батареи направлена именно на напряжение, соответственно при его повышении нужно повышать и напряжение. А вот сила тока уменьшается из-за все увеличивающегося сопротивления батареи.

Для современных батарей рекомендуется начальный установочный заряд током в 5% от номинальной ёмкости напряжением 14.4 В и продолжительность зарядки не менее суток, однако, при экстренной зарядке допускается повышение заряда до 10% и продолжительностью до 12 часов. Допустимо кратковременное повышение напряжения до 16.5 В в конце цикла зарядки.

Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при зарядке не изменяются в течение 1-2 часов. Ток должен упасть практически до нуля, а входящее напряжение может повысится до 16,5 В, в зависимости от устройства.

Если вы часто заводите двигатель, двигаетесь на небольшие расстояния, и автомобиль долго простаивает без движения, то для такой батареи необходима ежемесячная плановая зарядка аккумулятора специализированным зарядным устройством, подходящим именно для кальциевых батарей.

После того, как электролит прогрелся до 20-25°С еще раз замерим напряжение и плотность. Теперь мультиметр показывает напряжение 12.45 В, а плотность в банках от 1.22 до 1.24 г/см3, что также указывает на недозаряд батареи. 

Рис.7
Рис.7

Оставляем крышечки банок приоткрытыми для выхода образующихся газов при зарядке. Подключаем разъемы зарядного устройства к клеммам аккумулятора и включаем его в сеть. Устанавливаем переключатель зарядного тока согласно правилу в 10% от номинальной емкости. Так как в нашем случае батарея имеет емкость 60 А·ч, то устанавливаем переключатель в положение 6 А и оставляем заряжаться минимум на 10 часов.

Рис.8
Рис.8

Проверим напряжение зарядного тока на клеммах - оно составляет 14.9 В, что немного больше нормы в 14.4, но не критично. Так как зарядное устройство работает в автоматическом режиме, то оно само выставляет напряжение и сила тока уменьшается в зависимости от уровня зарядки батареи. Главное, чтобы аккумулятор не "закипел".

Рис.9
Рис.9

Спустя 10 часов стрелка амперметра зарядного устройства опустилась до 0.5 А. Батарея взяла основную емкость.

Рис.10
Рис.10

Снимаем разъемы и выжидаем от получаса до 2-х часов для уравновешивания плотности и напряжения на клеммах. И снова замеряем: напряжение показывает 13.2 В и плотность 1.24 г/см3.

Рис.11
Рис.11

Как мы видим, плотность немного подросла, но все равно не достигает нормы в 1.27-1.29 г/см3. Возможно произошла сульфатация пластин, поэтому доведем время зарядки до 24 часов и измерим все параметры снова.

Итак, прошло 24 часа, стрелка амперметра опустилась еще ниже до 0.25 А и больше не опускается. Зарядное напряжение выросло до 15.1 В, плотность в ячейках батареи также возросла и составляет 1.24-1.26 г/см3, что немного ниже расчетной. Но, так как в таких батареях плотность неравномерна и внутри блоков пластин должна быть выше, то примем как нормальную.

Рис.12
Рис.12
Рис.13
Рис.13

Тем более, батарея довольно старая и уже имела несколько полных разрядов, вследствие чего кислота могла "уйти" в пластины. Напряжение на клеммах составляет те же 13.2 В, что и после 10-часового цикла, а значит батарея полностью заряжена.

Рис.14
Рис.14

Все, ставим аккумулятор обратно на автомобиль и заново проверяем работу трехуровневого регулятора.

Ставьте лайк, комментируйте, подписывайтесь на канал! Удачи на дорогах!