Стартерні акумулятори: зношення, втрата ємності та методи тестування
Стартерні акумулятори мають два стани закінчення терміну служби: теплова втрата та втрата ємності. Теплова втрата спричинена корозією, яка з'являється на ранніх стадіях експлуатації та проявляється у поганому запуску двигуна через високий внутрішній опір. Цей дефіцит можна легко виміряти за допомогою тестера CCA. Досвідчений механік також може оцінити продуктивність CCA за реакцією запуску двигуна.
Рисунок 1: Троси, що підтримують міст Моранді в Італії, втратили 20% своєї міцності. Ємність більшості стартерних акумуляторів може впасти на 75% до зупинки запуску стартера. Ємність погано корелює з CCA (захист від аварійної втрати ємності).
Фактори, що впливають на термін служби
Нові акумулятори переоцінені, щоб врахувати падіння продуктивності; 25–30% – це нижня межа ємності стартерного акумулятора. Водії також опиняються в скрутному становищі, коли низькі температури ще більше знижують і без того низьку ємність. Більшість автосервісів замінюють акумулятор, коли ємність падає до 40%.
Термін служби акумуляторів у нових автомобілях скоротився з типових 5 років до 4 років, хоча кажуть, що акумулятор покращився. Допоміжні навантаження, такі як нагрівальні елементи, механічні затвори та функція старт-стоп, знижують термін служби, оскільки інтенсивне навантаження прискорює зниження ємності. У більшості випадків ємність визначає кінець терміну служби акумулятора. Це натякає на важливість перевірки ємності, але вимірювання важко здійснити. Вимірювання лише CCA недостатньо, оскільки CCA та ємність погано корелюють.
Типові несправності
Кожна система акумуляторів по-різному проявляє втрату ємності. Свинцево-кислотні батареї втрачають активний матеріал, що також відомо як розм'якшення або осипання. Акумулятор глибокого циклу містить товсті пластини, щоб витримувати багаторазові цикли розрядки-розрядки, але стартерний акумулятор має тонкі, губчасті пластини, щоб забезпечити велику площу поверхні та досягти високої потужності запуску, але термін служби обмежений 12–15 повними циклами. Третій різновид – це резервний акумулятор, розроблений для довговічності, який заповнений електролітом низької щільності для зменшення корозії. Отримана нижча питома енергія та, як наслідок, більший розмір менш критичні для стаціонарних, ніж для мобільних акумуляторів. Оскільки акумулятори ДБЖ рідко циклічно розряджаються, пластини мають помірну товщину.
Свинцево-кислотні акумулятори AGM/GEL
Надійні свинцево-кислотні акумулятори для максимальної ефективності роботи
Акумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle
Є ідеальним вибором для застосувань, що вимагають надійного, довговічного і глибоко розрядного джерела живлення
Купити
Акумулятор Victron AGM Super Cycle 12V 125Ah (M8)
Завдяки технологіям електрохімії, цей акумулятор витримує до 300 циклів розряду до 100%, що робить його відмінним для автономних електричних систем
Купити
AGM акумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Аг)
AGM VRLA батарея з високим струмом розряду, спеціально розроблена для критичних навантажень у системах ДБЖ, телекомунікаціях та енергетиці.
КупитиРозшарування кислоти – це ще одна поломка стартерних акумуляторів, спричинена фіксованим режимом заряджання та часткового розряджання. Заряджений електроліт важчий за воду та осідає донизу. Висока концентрація прискорює корозію пластин знизу вгору, як показано на рисунку 2.
Рисунок 2: Вплив кислотної стратифікації в стартерному акумуляторі.
Важча кислота опускається вниз, а легша — вгору, впливаючи на корозію пластин знизу вгору.
Ще однією поширеною причиною виходу з ладу акумулятора є сульфатація. Це трапляється, коли свинцево-кислотний акумулятор залишається в частково зарядженому стані та рідко отримує повний заряд. Акумулятори в автомобілях, що їздять у міському русі з підключеним додатковим обладнанням, зазвичай страждають від сульфатації через недостатній заряд. Двигун на холостому ходу або на низькій швидкості руху може не заряджати акумулятор достатньо.
За умови своєчасного обслуговування сульфатацію можна усунути, застосовуючи повільний заряд регульованим струмом близько 2 ампер протягом 72 годин. Після того, як кристали сульфату перетворюються на великі кристалічні структури, відновлення вже неможливе. Кажуть, що ці великі кристали блокують потрапляння електроліту в пори пластин, роблячи акумулятор непридатним для експлуатації.
Швидке тестування акумулятора не передбачає «вимірювання» стану, а оцінку симптомів, які змінюються залежно від стану заряду (SoC) та температури. Перемішування після навантаження та заряджання, а також тривалий час простою також змінюють ці симптоми. Завдання полягає в тому, щоб відрізнити хороший акумулятор з низьким зарядом від поганого акумулятора з повним зарядом. Продуктивність обох акумуляторів схожа, але стан відрізняється.
На рисунку 3 порівнюється CCA та ємність акумулятора, який зазнав теплового пошкодження. Ємність все ще висока, але енергія не може бути подана, оскільки високий опір перешкоджає подачі живлення.
Рисунок 3: Акумулятор, що вийшов з ладу внаслідок нагрівання.
Акумулятор виходить з ладу через 1-2 роки через корозію, механічний дефект або сульфатаці
Симптоми: поганий запуск двигуна через високий внутрішній опір. Вихід з ладу не раптовий, а поступовий.
Метод випробування: тестер провідності змінного струму або еквівалент. Показує низькі показники CCA.
На рисунку 4 показано старий акумулятор зі зниженням ємності. CCA може бути ще хорошим, але акумулятору не вистачає енергії для запуску двигуна.
Рисунок 4. Повний термін служби 4–5 років.
Акумулятор виходить з ладу через зниження ємності. CCA залишається в робочому діапазоні.
Симптоми: Режим відмови є раптовим, оскільки зниження ємності залишається непоміченим. Ємність слід перевіряти в рамках профілактичного обслуговування.
Метод випробування: Spectro™
На рисунку 5 показано зниження CCA та ємності залежно від старіння. У тривалому тесті німецький виробник автомобілів класу люкс досліджує 175 стартерних акумуляторів для оцінки поведінки CCA та ємності. Акумулятори в зеленому полі «пройдено» повністю відповідають специфікаціям, але ті, що у вузькому жовтому полі «облямівка», представляють інтерес, оскільки вони все ще добре заводяться та схильні до виходу з ладу через низьку ємність. Акумулятори в червоній зоні «не пройшли» більше не функціонують через низьку ємність або інші дефекти. Дуже мало досліджених акумуляторів вийшли з ладу через низький CCA; більшість проходять лінію ємності.
Рисунок 5: Ємність та CCA стартерних акумуляторів 175.
Більшість акумуляторів проходять лінію ємності; деякі виходять з ладу через низьку ємність CCA. Тестові акумулятори були встановлені на багажнику та використовувалися в помірному кліматі.
Примітка: Випробування проводив німецький виробник автомобілів класу люкс.
Ємність та ємність CCA визначалися відповідно до стандартів DIN та IEC. Акумулятори, пошкоджені нагріванням, були попередньо виключені.
Методи тестування
Тестування акумулятора нагадує огляд пацієнта лікарем. Серйозне захворювання може залишитися непоміченим, якщо вимірювати лише артеріальний тиск або температуру. Хибна оцінка стану акумулятора також може статися, якщо вимірювати лише напругу та внутрішній опір. Хоча медичний персонал добре навчений оцінювати проведені тести, аналіз акумулятора не отримує такої ж уваги, а тестові пристрої не досягли такого ж рівня, як медичні інструменти.
Прикладом досягнень у медичних пристроях є рентген. Вільгельм Рентген винайшов апарат у 1895 році для перевірки переломів кісток. Тим часом охорона здоров'я перейшла до комп'ютерної томографії та МРТ, щоб також виявити м'які тканини.
Рисунок 6: Зламана кістка, як її видно за допомогою рентгенівського апарату. Сучасні комп'ютерна томографія та магнітно-резонансна томографія (КТ) також відображають м'які тканини.
Подібні досягнення досягаються в тестуванні акумуляторів. Cadex Electronics є піонером у сфері електрохімічної імпедансної спектроскопії (EIS) для неінвазивної перевірки стану свинцево-кислотних акумуляторів за допомогою частотного сканування. EIS також оцінює стан літій-іонних акумуляторів.
Зарядні пристрої Victron Energy
Високоякісні зарядні пристрої для довговічної служби та надійності роботи
Зарядний пристрій Victron Blue Smart IP22 Charger 12/30 (1)
Ідеально підходить для використання в майстернях, а також для заряджання акумуляторів автомобілів, мотоциклів, човнів та кемперів.
Купити
Зарядний пристрій Blue Smart IP65 Charger 12/15
Завдяки класу захисту IP65, пристрій стійкий до пилу та води, що робить його ідеальним для використання в суворих умовах.
Купити
Зарядний пристрій Victron Phoenix Smart IP43 Charger 12/30 (3) 120/240V
Оснащений Bluetooth-інтерфейсом для простого налаштування й моніторингу через додаток VictronConnect. Висока ефективність та надійність роблять його ідеальним рішенням для комерційних, промислових та морських застосувань.
КупитиДослідницькі лабораторії використовують EIS протягом багатьох років для оцінки характеристик акумуляторів, але висока вартість обладнання, повільний час тестування та потреба в кваліфікованому персоналі для розшифровки великих обсягів даних обмежують використання цієї технології лабораторіями. Вчені, що спеціалізуються на акумуляторах, прогнозують, що майбутня діагностика акумуляторів буде базуватися на технологіях EIS.
Експрес-тестер акумуляторів на основі EIS, розроблений Cadex, має міцні корпуси для використання в гаражних умовах. Пристрій, що базується на багатомодельній електрохімічній імпедансній спектроскопії, також відомій як Spectro™, подає синусоїдальні сигнали в акумулятор на кілька мілівольтів. Після цифрової фільтрації отриманий сигнал формує графік Найквіста, на який накладаються різні електрохімічні моделі. Spectro™ вибирає найкраще відповідні моделі; невідповідні репліки відкидаються. Потім об'єднання даних співвідносить значення ключових параметрів для отримання оцінок ємності та CCA.
Графік Найквіста був винайдений Гаррі Найквістом (1889–1976) під час роботи в Bell Laboratories у США. Параметричний графік представляє частотну характеристику лінійної системи, відображаючи як амплітуду, так і фазовий кут на одній схемі, використовуючи частоту як параметр. Горизонтальна вісь X графіка Найквіста показує реальний імпеданс, тоді як вертикальна вісь Y представляє уявний імпеданс.
Рисунок 7: Spectro A+ з принтером перевіряє стартерні акумулятори за 15 секунд.
Spectro™ сканує акумулятор за допомогою частотного спектра, ніби фіксуючи топографію ландшафту, а потім порівнює відбиток зі збереженими матрицями для оцінки ємності акумулятора, CCA та SoC. Типовими застосуваннями є перевірка гарантії на нові автомобільні акумулятори та прогнозування закінчення терміну служби акумулятора шляхом оцінки ємності в рамках післяпродажного обслуговування. На рисунку 7 показано Spectro A+ з принтером.
