При техническом обслуживании АКБ открытого вида одним из основных параметров, определяющих их техническое состояние, является плотность электролита, величина изменения которой характеризует степень разряженности АКБ (рисунок 1) [1].

Рисунок 1. Изменение плотности электролита (приведенной к температуре плюс 25 °С) в зависимости от степени разряженности батарей

При этом, плотность электролита зависит от температуры t_эл [2]. Так с повышением температуры на 1 °С уменьшается плотность электролита, а с понижением на 1 °С, наоборот, увеличивается на 0,0007 г/см³. При изменении температуры на каждые 15 °С изменяется и плотность электролита, примерно на Δρ_эл = 0,01 г/см³ (рисунок 2). За исходную принимается температура электролита, равная 25 °С. Поэтому для достоверной оценки степени разряженности аккумуляторов по изменению плотности электролита необходимо учитывать его температуру, и в случае отличия ее от 25 °С следует внести поправку Поэтому при измерении плотности электролита с целью оценки степени Δρ_эл к показаниям ареометра. 

Рисунок 2. Зависимость изменения величины плотности Δρ_эл электролита от изменения его температуры t_эл 

Для оценки степени разряженности АКБ разных видов и типов [3] в эксплуатации используют разные методики. 

Методика оценки степени разряженности аккумуляторных батарей открытого вида по изменению плотности электролита в них 

Оценку степени разряженности (∆С_р) свинцового кислотного аккумулятора открытого вида в эксплуатации обычно выполняют по изменению плотности электролита в нем, используя диагностический параметр – удельный показатель разряженности ∆С_уд, численно равный потере емкости аккумулятором в % от номинальной емкости С_ном. в процессе разряда при снижении плотности электролита на величину ∆ρ_уд = 0,01 г/см³ [2]. При этом степень его разряженности определяют из выражения

,                                                                (1)

где ρ_н²⁵ – плотность электролита полностью заряженного аккумулятора, приведенная к температуре 25^оС, г/см³;

ρ_к²⁵ – плотность электролита в аккумуляторе, измеренная в момент оценки степени его разряженности приведенная к температуре 25^оС, г/см³;

∆С_р – степень разряженности аккумулятора, % от С_ном.

На практике [1, 2] для определения степени разряженности всех типов автомобильных свинцовых кислотных аккумуляторных батарей с жидким электролитом в выражении (1) используют значение ∆С_уд = 5-6 %. Однако такой способ не учитывает их конструктивных особенностей, в частности количества электролита в аккумуляторах в пересчете на единицу емкости, которое можно оценить величиной удельного объема электролита  аккумулятора

,                                                                                        (2)

 где  V_{эл. аб}  – объем электролита в одном аккумуляторе батареи, см³;

С_ном – номинальная емкость аккумуляторной батареи, А∙ч.

Выполненные авторами исследования процесса разряда в свинцовом кислотном аккумуляторе открытого вида показали, что характер изменения его емкости (∆С_р) в батареях разных типов обусловлен зависимостью изменения плотности электролита от величины его удельного объема (V_уд), которую при разряде можно выразить поверхностью (рисунок 3).

Рисунок 3. Зависимость изменения плотности электролита от величины его удельного объема при разряде аккумулятора

Вместе с тем, выполненный анализ характеристик 78 марок разных типов свинцовых аккумуляторных батарей с жидким электролитом напряжением от 6 до 24 В и емкостью от 45 до 220 А·ч отечественных и зарубежных производителей (рисунок 4) показал, что величина удельного объема электролита в них в зависимости от конструктивных особенностей, в частности величины удельного объема электролита, изменяется в пределах от 7,65 до 17,08 см³/(А∙ч) (рисунок 5), что влияет на динамику протекания процесса разряда в них и фактическую величину ∆С_уд.

В связи с этим фактическое значение величины удельного показателя разряженности  аккумулятора открытого вида любого типа необходимо определять с учетом значения , используя выражение

,                                                                       (3)

где – теоретический удельный минимальный показатель, определяющий разряженность аккумулятора при снижении плотности электролита в нем на 0,01 г/см³, % от С_ном;

К_V − коэффициент, определяющий  соотношение между значениями фактического  и теоретического минимального удельных объемов электролита в аккумуляторах

                                                                                       (4)

Рисунок 4. Характеристики аккумуляторных батарей

Рисунок 5. Характеристика аккумуляторных батарей разных типов по величине удельного объема электролита

1 – максимальные значения V_уд для разных типов аккумуляторных батарей; 2 – минимальные значения V_уд для разных типов аккумуляторных батарей

Выполненные авторами расчеты позволили установить зависимость изменения величины теоретического удельного минимального объема электролита от плотности электролита в аккумуляторе (рисунок 6), а также зависимость изменения величины фактического удельного показателя разряженности  от величины фактического  объема электролита в аккумуляторе (рисунок 7), которые удобно использовать в практической деятельности при оценке технического состояния АКБ.

 Рисунок 6. Номограмма для определения значения теоретического удельного минимального объема электролита аккумуляторной батареи

Для определения степени разряженности конкретной аккумуляторной батареи открытого вида предлагается следующая методика [4].

Используя номограмму (рисунок 6), определяют значение теоретического минимального удельного объема электролита  аккумуляторной батареи, обусловленное значением плотности электролита при полном ее заряде.

Используя значение фактического удельного объема электролита   аккумуляторной батареи, приведенное на рисунке 4 для аккумуляторной батареи конкретного типа и марки, и определенное по номограмме значение, по выражению (4) рассчитывают значение К_V.

После этого, используя номограмму (рисунок 7), определяют фактическое значение удельного показателя разряженности  конкретной марки аккумуляторной батареи и по выражению (1) рассчитывают ее фактическую степень разряженности (∆С_р). 

Рисунок 7. Номограмма для определения фактического значения удельного показателя разряженности аккумуляторной батареи

Пример

Определить степень разряженности ∆С_р аккумуляторной батареи 6ТСТС-140А, плотность электролита в которой в заряженном состоянии составляет ρ_н²⁵ = 1,28 г/см³, а значение измеренной плотности электролита, приведенное к температуре 25^оС, ρ_н²⁵ = 1,23 г/см³.

Последовательность действий:

- по таблице 2 определяем значение  = 14,86 см³/(А·ч);

- по номограмме (рисунок 4) определяем значение = 9 см³/(А·ч);

- рассчитываем значение К_V= / = 14,86/9 = 1,65;

- по номограмме (рисунок 7) определяем значение = 7,15%;

- используя выражение (1) рассчитываем фактическую величину степени разряженности аккумуляторной батареи.

В случае применения известной методики оценки [1, 2] величина степени разряженности аккумуляторной батареи 6ТСТС-140А составила бы всего 25-30%, что свидетельствует о целесообразности использования предложенной методики с целью повышения точности оценки технического состояния АКБ в процессе эксплуатации. 

Методика оценки степени разряженности аккумуляторных батарей конструктивно-технологического исполнения VRLA и VL при эксплуатации 

Оценку степени разряженности аккумуляторных батарей конструктивно-технологического исполнения VRLA и VL [3] при эксплуатации осуществляют по изменению величины напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) – напряжения на полюсных выводах аккумуляторной батареи при отсутствии внешней нагрузки [2].

Для получения достоверных результатов при измерении НРЦ следует соблюдать следующие правила:

- для измерения величины НРЦ использовать высокоомный вольтметр с внутренним сопротивлением не менее 300 Ом/В;

- измерение величины НРЦ выполнять в состоянии покоя аккумуляторной батареи через 5-6 часов после остановки двигателя автомобиля (отключения зарядного устройства) и отключения потребителей электрической энергии системы электрооборудования;

- оценку степени разряженности аккумуляторной батареи выполнять путем сравнения измеренного при конкретной температуре электролита значения НРЦ с соответствующим его значением из рисунка 8. 

Рисунок 8. Характеристика степени разряженности АКБ в зависимости от измеренного значения НРЦ и температуры электролита 

Краткие выводы

В техническом обслуживании нуждаются свинцовые стартерные аккумуляторные батареи всех видов и типов, однако объем и периодичность выполняемых операций, способы оценки степени их разряженности в эксплуатации различаются.

Для повышения точности оценки степени разряженности аккумуляторных батарей открытого вида в процессе эксплуатации следует учитывать их конструктивные особенности, в частности величину удельного объема электролита в аккумуляторах.