Как измерить плотность электролита и зарядить АКБ автомобиля

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

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

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

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

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

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

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 установочный заряд током в 10% от номинальной ёмкости напряжением 14.4 В и продолжительность зарядки не менее суток. Однако, 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

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

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

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

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

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.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

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

P.S. Все же, стоит проверить динамику падения напряжения при стоянке автомобиля на утечку, а также подкорректировать немного плотность. Но это уже другая история...

Подписывайтесь на блог! Удачи на дорогах!