Со свинцово-кислотными аккумуляторами знаком практически каждый водитель, бульдозерист, тракторист и многие другие люди, связанные с эксплуатацией автомобильной и другой техники, в которой используются двигатели внутреннего сгорания. Эти аккумуляторы очень широко распространены в подобной технике. Они используются в качестве источников тока и способны отдавать большие токи за небольшие промежутки времени. Это их основное преимущество вкупе с невысокой ценой и определили их повальное использование. Применяются эти аккумуляторы для запуска двигателей внутреннего сгорания, стартеры которых при запуске потребляют большие токи. И свинцово-кислотные аккумуляторы очень хорошо подходят для этих целей. Имеются у них и серьезные недостатки, с которыми приходится мириться, и которые необходимо учитывать во время эксплуатации. И чтобы понимать, как правильно их эксплуатировать со всеми имеющимися недостатками, нужно понимать их устройство, принцип работы и как влияют имеющиеся недостатки на их срок службы.
В статье не буду приводить сложных химических уравнений двойной сульфатации, анодной и катодной полуреакций, это ни к чему. Объясню это простыми словами, понятными и доступными всем. Этого будет вполне достаточно для понимания основной физики процессов.
,Устройство свинцово-кислотного аккумулятора
Итак, сначала кратко вспомним об устройстве свинцово-кислотного аккумулятора.
Конструктивно он состоит из положительных электродов (пластин) в виде решетчатого свинца, в пустые ячейки которого запрессован диоксид свинца. И отрицательных электродов из пористого металлического свинца. Положительные и отрицательные электроды набираются в пачки, в которых они размещаются поочередно и между ними прокладывается сепаратор. Выводы одноименных электродов свариваются между собой и выводятся за пределы корпуса, в котором и размещается данная пачка электродов, находясь в растворе серной кислоты и воды, называемом электролитом.
Теперь о принципе работе аккумулятора. В процессе заряда и разряда в аккумуляторе происходят достаточно сложные химические процессы, которые можно упростить для объяснения работы, при этом принцип работы аккумулятора останется полностью достоверным.
Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора и меры предотвращения выхода его из строя
Начнем с самого начала эксплуатации аккумулятора. Аккумуляторы выпускаются производителями в сухозаряженном виде, то есть химический состав их электродов соответствует полностью заряженному состоянию. Но электролита в них нет, потому и называются они сухозаряженными.
Для того, чтобы начать эксплуатацию такого аккумулятора в него заливается электролит, и после пропитки им электродов аккумулятор становится готовым к эксплуатации и имеет полный заряд.
После подключения к аккумулятору нагрузки через нее начинает протекать ток, разряжая при этом аккумулятор. В процессе разряда, электроды начинают поглощать серную кислоту из электролита, накапливая ее в себе. Плотность электролита при этом уменьшается, так как процентное содержание серной кислоты в нем уменьшается. И когда практически вся серная кислота будет поглощена электродами из электролита, аккумулятор окажется полностью разряженным и не сможет создавать ток в нагрузке.
Находиться в разряженном состоянии кислотно-свинцовому аккумулятору категорически нельзя. Поскольку поглощенная электродами серная кислота начинает разрушать его электроды. И чем дольше аккумулятор будет находиться в разряженном состоянии, тем сильнее будет степень разрушения его электродов.
Если аккумулятор будет находиться в разряженном состоянии, например, месяц, то его электроды за это время гарантированно полностью разрушаться, и аккумулятор придется заменить. Это является серьезным недостатком этих аккумуляторов, и его нужно обязательно учитывать.
Кроме того электролит разряженного аккумулятора лишенный серной кислоты и по сути являющийся просто водой, может банально замерзнуть на морозе. При этом корпус аккумуляторной батареи лопнет.
Если аккумулятор разряжен лишь частично, то его электроды поглотят только некоторую часть серной кислоты из электролита. И процесс разрушения его электродов будет происходить значительно медленнее, но все же будет.
При зарядке аккумулятора происходит обратный процесс. Серная кислота вытесняется из его электродов обратно в электролит, плотность электролита при этом увеличивается. В полностью заряженном аккумуляторе его электроды полностью освобождены от серной кислоты, и их разрушения не происходит. Поэтому свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо стараться содержать в максимально заряженном состоянии, если вы хотите избежать их преждевременного выхода из строя и максимально увеличить срок службы.
Из всего вышесказанного вполне очевидно, что уровень заряда свинцово-кислотного аккумулятора можно определять по плотности его электролита. На практике это так и происходит. Плотность определяется ареометром.
Он состоит из прозрачной колбы, в которую отбирается электролит из аккумулятора и поплавка, находящегося в этой колбе. На поплавок нанесены риски, по которым и определяется плотность.
Поплавок ареометра с рисками плотности
Пример определения степени разряженности аккумулятора по плотности электролита
Этот метод достаточно точный, необходимо только учитывать температурную поправку электролита, так как его плотность еще меняется и от температуры. Для определения уровня заряда аккумулятора по плотности электролита существуют удобные таблицы, в которых уже учтены температурные поправки.
Определение степени разряженности аккумулятора по плотности электролита с учетом его температуры
Плотность электролита измеряется в г/см3. В разных регионах в аккумуляторы заливается электролит разной плотности, в северных районах он выше, чем в южных регионах.
Плотность заливаемого электролита в зависимости от климатических регионов
Плотность электролита соответствующая полностью заряженному аккумулятору
Плотность электролита соответствующая 50% заряду аккумулятора
Исходя из этого плотность электролита заряженного аккумулятора, в который был залит электролит для северных регионов, будет выше, чем для такого же аккумулятора, в который был залит электролит для южных регионов.
Также необходимо следить и за уровнем электролита. Нельзя допускать его снижения, а уж тем более до состояния, когда уровень электролита опускается ниже электродов и перестает их покрывать. Это также приводит к необратимому разрушению электродов. Снижение уровня электролита происходит по причине разложения воды на водород и кислород (визуально выглядит, как кипение жидкости), а также ее испарения из электролита.
Этот процесс происходит при нормальной эксплуатации аккумулятора и особенно интенсивно при его перезаряде. То есть кода аккумулятор уже полностью зарядился, и «зарядные» химические процессы в пластинах происходящие под воздействием зарядного тока закончились. Но зарядный ток продолжает через аккумулятор протекать и выполняет другую работу, разрушает электроды аккумулятора и разлагает воду на водород и кислород. В результате чего общий объем электролита уменьшается. Для восстановления его объема в аккумулятор доливается дистиллированная вода. Поэтому нельзя допускать перезаряда аккумулятора и снижения уровня электролита.
Так же «кипение» электролита может быть признаком неисправности кипящей банки аккумуляторной батареи. Но это уже другая история. В этой статье мы рассматриваем работу исправного аккумулятора.
Основные правила правильной эксплуатации аккумулятора
Ну и по заключению подведем итог всего вышесказанного в виде основных правил, позволяющих исключить преждевременный выход аккумулятора из строя и максимально продлить срок его службы:
1. Содержать свинцово-кислотный аккумулятор нужно только в полностью заряженном состоянии. И если он по какой-либо причине частично или полностью разрядился, необходимо, как можно быстрее его полностью зарядить.
2. Нельзя перезаряжать аккумулятор.
3. Нельзя допускать снижения уровня электролита, тем более до оголения электродов.
Надеюсь, статья оказалась для вас полезной. Пишите в комментариях, случались ли у вас случаи преждевременного выхода из строя аккумуляторов ваших автомобилей и другой техники. И как долго они у вас работали.
