Аккумулятор

[Miki Lauda]

Я посчитал с точностью до 4-й значащей цифры, что внутреннее сопротивление полностью заряженного нашего Фиамм емкостью 70Ач составляет 0,0016586 Ом

Никита29, НРЦ, как я понимаю, 12,84В было у Вас при замерах, а какое было падение напряжения и каким током смотрели, если не секрет?

[АндрейЛ]

Более того, мне совершенно не понятна сама причина перехода на большую ёмкость - людей живущих на юге.
Не вижу смысла этого делать, да и непонятен сам мотив..., т.к. и с меньшей ёмкостью АКБ - там всё будет спокойно хватать.

И с точностью вот наоборот, это как раз поддаётся пониманию для северян, - иметь у себя на борту несколько больше ёмкость АКБ.
Которая даёт ему некое спокойствие и надежду что в сильный мороз, этой ёмкости и пускового тока хватит прокрутить гену и завести мафынку.

Но как и сказал правильно ув. АндрейЛ, - если система зарядки кашкая не способна обеспечить 100 процентную зарядку кальциевой АКБ на коротких и средних дистанциях..., значит сульфатация там будет прогрессировать в независимости от ёмкости АКБ.
А при коротких поездках..., аккумулятор большей ёмкости умрёт значительно быстрей нормированного.

Борис,ёмкость и пусковой ток это одини из характеристик АКБ и насколько я понимаю не самые важные если АКБ не подзаряжать в тепле. При эксплуатации при отрицательных температурах критичным будет зарядный ток который АКБ сможет брать при отрицательных температурах. Насколько я понимаю этот показатель может отличаться у разных моделей АКБ в разы и о нем на АКБ не пишут!!!

[Никита29]

Никита, тут ошибочка.
Вообще сопротивление АКБ более-менее постоянная величина………Но то, что в процессе заряда ток падает - совершенно верно, так как зарядный ток определяется выражением:
I=(Uг-Eа)/Ra,

Моя ошибочка, вполне сознательная, в другом. Я привязал внутреннее сопротивление к зарядке, а правильно привязывать эту величину к разрядке. Упростить пояснения хотелось, поэтому так.

Но ошибочка и у Вас. По сути та же, что и у меня. Вы тоже привязали внутреннее сопротивление к зарядке.
Зарядный ток вычисляется не делением разницы напряжений на внутреннее сопротивление АКБ.
Взаимосвязь зарядного тока, напряжения зарядки, ЭДС АКБ и внутреннего сопротивления согласно закону Киргофа описывается таким уравнением:

Поскольку в формулу входит плотность электролита то внутренне сопротивление по мере зарядки постоянным током и увеличения ЭДС , которая для источника питания равна напряжению на клеммах, растет:

Поэтому именно на измерении величины внутреннего сопротивления АКБ основана работа дилерских тестеров, оценивающих состояние АКБ. Измеряют внутреннее сопротивление и дальше программа рассчитывает степень зарядки, пусковой ток и пригодность АКБ.

Найду времечко, распишу подробнее почему более емкая АКБ прослужит дольше при любых равных прочих.

Попробуйте, может у Вас получится , у вас авторитет большой. У меня не получилось

А при коротких поездках..., аккумулятор большей ёмкости умрёт значительно быстрей нормированного.

Поэтому попытки убедить прекращаю.

[vasvi]

Но ошибочка и у Вас. По сути та же, что и у меня. Вы тоже привязали внутреннее сопротивление к зарядке.
Зарядный ток вычисляется не делением разницы напряжений на внутреннее сопротивление АКБ.
Взаимосвязь зарядного тока, напряжения зарядки, ЭДС АКБ и внутреннего сопротивления согласно закону Киргофа описывается таким уравнением:

Поскольку в формулу входит плотность электролита то внутренне сопротивление по мере зарядки постоянным током и увеличения ЭДС , которая для источника питания равна напряжению на клеммах, растет:
...

Ну так всё верно и нет у меня ошибки, я в своей формуле просто не дописал последнее слагаемое уравнения из книжки.
В книжке пишут: U=E+Ra*I+х Соответственно I=(U-E-х)/Ra, как я и написал, только не стал пудрить мозг ещё одним слагаемым "х", описывающем поведение электролита в процессе заряда (по сути являющимся добавкой к ЭДС) чтобы не усложнять и так непростые вещи.
А с учетом того, что аккумулятор в автомобиле заряжается при постоянном напряжении, то и внутренние сопротивление АКБ можно считать условно постоянным. Так что всё-таки определяющей величиной для тока заряда является разница напряжения и ЭДС, ну и внутреннее сопротивление, которое зависит главным образом от емкости при прочих равных.

[vasvi]

Долго терпел-терпел, но решился-таки написать свои соображения на эту животрепещущую тему.
Всё что написано ниже, написано впервые и собственноручно (без плагиата).

1. Какой тип АКБ устанавливается в автомобили в качестве стартерной?

Во всех автомобилях устанавливается свинцово-кислотный стартерный аккумулятор.
Недавно тут слышал такое заблуждение: «В кашкае не свинцово-кислотный аккумулятор, а кальциевый». Это ошибка. Кальций в данном случае является не основным элементом электродов, а одной из легирующих добавок, доля которой не превышает 0.2%. Основное назначение добавки кальция – снижение скорости электролиза воды. Именно благодаря добавке кальция удалось создать «необслуживаемые» батареи, у которых электролиз воды снижен в разы по сравнению с «обычными» свинцово-сурьмянистыми батареями. Кроме того кальций снижает саморазряд батареи в разы.

Обратная сторона медали кальция - увеличение чувствительности к глубоким разрядам. Кстати говоря, на минуточку, делать электроды из свинцово-кальциевых сплавов придумали ещё в 70 годах. Кроме кальция в качестве легирующих компонентов применяется ещё целый набор других элементов: сурьма, мышьяк, медь, олово, селен, серебро, причем доля некоторых элементов может доходить до единиц процентов. Всё это направлено на нивелирование недостатка привносимого кальцием (чувствительность к глубоким разрядам) и поиском компромисса между остальными характеристиками аккумулятора и его стоимостью.

Положительные и отрицательные электроды свинцово-кислотного аккумулятора изготавливают с разным содержанием легирующих компонентов. Конкретный состав каждый производитель мудрит сам. Поэтому когда мы слышим, что аккумулятор «кальциевый» или «Ca/Ca», «Са+», «гибридный» и т.д. это всё только вершина айсберга. Это говорит лишь о том, что в составе электродов есть кальций, а сколько в нем этого кальция, а также сколько и каких там других легирующих элементов, от которых тоже очень многое зависит, остается за кадром. Именно поэтому говорить об идентичности двух «Ca+» аккумуляторов разных производителей нельзя. Они могут иметь разные характеристики в значительной степени. Ну и, в конце концов, если аккумулятор «необслуживаемый», то можно говорить как минимум, что в составе его электродов одной из легирующих добавок является кальций.

--- Продолжение следует ---

[vasvi]

--- Продолжение ---

2. Как происходит процесс заряда АКБ в автомобиле. Что и как им управляет?

Сразу после запуска двигателя система регулирования бортового напряжения пытается так отрегулировать ток возбуждения генератора, чтобы в бортовой сети было некоторое заданное напряжение. Обычно эта величина равна 14.0-14.7В. Контрольная точка для замера – положительная клемма АКБ относительно массы. Аккумулятор подключен просто параллельно бортовой сети и между этой бортовой сетью и аккумулятором нет никакого управляющего элемента, способного регулировать зарядный или разрядный ток аккумулятора. Таким образом, получается, что АКБ заряжается при условиях постоянного напряжения на её клеммах в так называемом режиме «Constant Voltage».

Чем же в этих условиях регулируется зарядный ток аккумулятора?
Он регулируется состоянием самой батареи – её ЭДС и внутренним сопротивлением. Зарядный ток батареи определяется выражением:

I=(Uг-Eа)/Ra, где:
Uг - генераторное напряжение бортовой сети, оно постоянное и у нас равно 14.2-14.3В (по крайней мере на моем экземпляре кашкая).
Eа - ЭДС аккумулятора – величина, исходно зависящая от степени заряда батареи, быстро увеличивающаяся в начальный период заряда и стремящаяся к Uг, но никогда его не достигающая.
Rа - внутреннее сопротивление аккумулятора, величина почти постоянная (немного снижается в процессе заряда - растет заряд и растет температура).
На самом деле всё немного сложнее, но для общего понимания можно упростить.

Внутреннее сопротивление АКБ более-менее постоянная величина. Она немного зависит от степени заряда АКБ (чем больше заряд, тем ниже сопротивление); от температуры батареи (чем выше температура - выше "подвижность" электролита, тем ниже сопротивление); от емкости батареи (чем выше емкость, тем ниже сопротивление); от степени состаренности батареи (чем старше становится батарея, тем выше становится её сопротивление).

Таким образом, зарядный ток в основном зависит от разницы генераторного напряжения бортовой сети и ЭДС аккумулятора. Если аккумулятор сильно разряжен, то и разница будет большой и, как следствие, зарядный ток будет большой. Сразу после запуска двигателя с новым, но сильно разряженным аккумулятором зарядный ток может достигать предельно-возможных токов генератора, т.е. сотню-полторы ампер. Но такой режим длится очень не долго, так как заряд очень интенсивный, ЭДС АКБ растет быстро и ток тоже быстро снижается по экспоненте. По мере того как заряд АКБ подходит к насыщению ток заряда падает до долей ампера и «зависает» на этом уровне.

Теперь о нюансах:

- Номинальное напряжение бортовой сети может быть разным на разных авто. Производители автомобилей бесконечно пытаются найти компромисс между более высоким бортовым напряжением (14.7В), для быстрой зарядкой в коротких поездках, и пониженным напряжением (14.0В или даже ниже) ради снижения электролиза («выкипания» электролита) в длинных многочасовых поездках. Кроме того разный состав легирующих элементов электрода имеет слегка разный оптимальный уровень зарядного напряжения, но проблема заключается в том, что какой именно это уровень – знает только производитель конкретной батареи с конкретным составом электродов. Например на моей Тииде номинальное бортовое напряжение равно 14.0В, а на Кашкае 14.2 – уж из каких конкретно соображений выбраны такие уровни, знает только производитель. Но, повторюсь, истины в этом вопросе нет, одни компромиссы.

- Некоторые производители реализуют всякого рода алгоритмы регулирования бортового напряжения в пределах от 13.8 до 15.0В по разным критериям, таким как: температура батареи (чем ниже температура, тем выше напряжение) или время одной поездки (в начале поездки напряжение повыше, а концу пониже) и т.п.

- В некоторых автомобилях, как в нашем кашке, например, реализован плавный подъем бортового напряжения до номинального уровня. Так в частности в нашем авто подъем напряжения после запуска до номинальных 14.2 осуществляется за 45 секунд. Сделано это для того, чтобы снизить максимальный пик ток заряда, который в первые секунды после запуска мотора может быть очень большим, если напряжение резко поднять до номинала.

- Как и в любой энергосистеме, в автомобиле в любой момент времени всегда сохраняется энергетический баланс – сколько вырабатывается, столько и потребляется. Потребителей (к которым относится и аккумулятор в процессе заряда) может быть столько, что генератор банально может оказаться не в состоянии столько выдать на гора. Взглянем на характеристики нашего генератора BOSCH F000BL0890:


При этом мультипликация шкива генератора имеет коэффициент порядка 3 (диаметр шкива генератора в три раза меньше диаметра шкива коленвала):


Таким образом, генератор вращается в три раза быстрее коленвала.
Тогда мы видим, что даже на холостом ходу двигателя, когда его обороты не менее 500, генератор вращается со скоростью не менее 1500 об/мин и способен отдавать ток нагрузки не менее 84А.
В процессе прогрева, когда приходится включать самые мощные потребители (обогрев сидений, стекол, зеркал) да ещё и аккумулятор много тянет обороты мотора обычно порядка 800-1200. При этом генератор способен на отдачу не менее чем 124А.
На оборотах мотора 5000/3=1666 и выше генератор уже выходит на способность отдавать свою максимальную мощность с током не менее 150А.

Давайте прикинем. Допустим мы запустили холодный мотор зимой. Основные системы потребляют порядка 5А, вентилятор климата – 5А, громкая музыка – 5А, ближний свет – ещё 10А, обогрев передних сидений – 10А, обогрев заднего стекла и зеркал – 30А, итого 65А, значит на зарядку АКБ остается ещё запас 124-65=59А. Конечно, аккумулятор совсем не обязательно будет потреблять такой ток, всё зависит от его степени разряженности.

А вот если при этом включить обогрев лобового – 70А, то на зарядку АКБ мощности не останется. Что при этом произойдет с бортовой сетью? Напряжение в ней провалится настолько, чтобы соблюдался баланс вырабатываемой и потребляемой энергий. При снижении напряжения бортовой сети потребляемая мощность падает, во-первых за счет снижения тока заряда АКБ, так как снижается вплоть до нуля разность (Uг-Eа), а во-вторых пропорционально напряжению снижается потребление резистивных нагревателей (разного рода обогревы). Если и при этом генерируемой мощности всё равно не хватает, разность (Uг-Eа) становится отрицательной и аккумулятор переходит на разряд и берет на себя часть нагрузки вместе с генератором. Раньше на старых советских авто со слабым генератором такое было не редкостью. Пока едешь и обороты высокие – бортовое напряжение 14.5В, стал на перекрестке с включенными фарами и ещё чем-то – опа-на, напряжение 12.5, а значит аккумулятор взял на себя часть нагрузки и разряжается.

Таким образом, если Вы видите, что напряжение бортовой сети 14.0В и выше это говорит о том, что генератор справляется с текущей нагрузкой, в том числе и с тем током заряда АКБ, который ей нужен. Как правило, сейчас на современных автомобилях проблемы нехватки мощности генератора не встречаются. Нам с генератором вообще повезло, из-за обогрева лобовика он имеет приличную мощность.

--- Продолжение следует ---

[vasvi]

--- Продолжение ---

3. Какой метод заряда свинцово-кислотных аккумуляторов используют современные зарядные устройства?

Классическим является режим «ConstantCurrent – ConstantVoltage - Float», отраженный на графике:


Первая фаза – заряд при постоянном токе, при этом напряжение АКБ растет.
При достижении некоторой величины напряжения включается вторая фаза – заряд при постоянном напряжении, при этом ток заряда падает по экспоненте. Это так называемая абсорбционная фаза заряда.
А по истечении некоторого времени (обычно 8 часов) или при падении тока до некоторой малой величины зарядное устройство переходит в третью фазу – поддержания заряда в которой напряжение снижается до 13.2-13.8В, дабы АКБ не перезаряжался и не «выкипал» по чем зря.

Есть ещё конечно разного рода режимы волшебного «восстановления», «десульфатации», «импульсного заряда», «заряда несимметричным переменным током» и прочие «Smart» режимы, но мой опыт говорит о том, что по большому счету это все фикция и если аккумулятору хана, то мертвому припарки все эти танцы с бубном.
Да простят меня все верующие в «волшебные зарядные устройства».

В автомобиле фактически всегда работает вторая фаза - заряд при постоянном напряжении. Если только аккумулятор совсем разряжен при слабом генераторе, тогда есть некоторое подобие первой фазы, но очень не долго. Ну а третья фаза не реализована и отсутствует как таковая потому как непрерывные поездки (без глушения мотора) по 8 и более часов практически невозможны, а если и случаются, то крайне редко. Может, конечно, на фурах что-то подобное реализовано, но я не в курсе.

--- Продолжение следует ---

[vasvi]

--- Продолжение ---

4. Аккумулятор какой емкости будет лучше работать и дольше проживет на автомобиле при прочих равных?

Зная теперь основные принципы работы системы генератор-АКБ в автомобиле, будет не сложно ответить на это вопрос. Тут есть несколько факторов.

Фактор первый – глубина разряда в каждом цикле.
Допустим, имеем стандартный цикл, который начнем, для простоты, с полностью заряженного состояния. Стоянка автомобиля несколько дней с некоторой утечкой, обычно это 50-200мА, т.е. за три дня автомобиль съедает 3.6- 14.4Ач емкости батареи. Или, например, Вам пришлось скоротать в автомобиле часа три с включенной музыкой, разряд АКБ составит порядка 15Ач.
Допустим, мы имеем две батареи 60 и 80 Ач. Тогда первая разрядится на 15/60=25%, а вторая на 19%.
Т.е. батарея с меньшей емкостью в процентах разрядится глубже, чем более емкая батарея. Количество циклов любой свинцово-кислотной батареи обратно пропорционально глубине каждого разряда в процентах. Вот, к примеру, типовой график для очень качественной свинцово-кислотной батареи:


Видно, что, например, при глубине разряда всего на 10% в каждом цикле батарея способна на 6000 таких циклов. При глубине разряда на 50% количество циклов уменьшается на порядок до 650, а при глубине разряда на 90% количество циклов падает до 300. Для других свинцово-кислотных аккумуляторов качественно график будет точно таким же, но с другими цифрами.
Т.е. вывод из этого простой, чем меньше глубина разряда свинцово-кислотного аккумулятора в процентах в каждом цикле, тем больше таких циклов сможет выдержать батарея при прочих равных.

Теперь запускаем мотор и аккумулятор начнет заряжаться. Поскольку внутреннее сопротивление обратно пропорционально емкости батареи, то более емкая батарея потянет более высокий ток и вернет себе эти 15Ач быстрее, чем менее емкая. А если поездка короткая, то у менее емкой батареи есть шанс не успеть вернуть себе все эти 15Ач. Через несколько аналогичных циклов можно поиметь эффект накопления таких недозарядов. Причем риск их поиметь на менее емкой батарее выше при прочих равных. Это в свою очередь приводит к более сильной деградации и сокращению емкости и оставшихся циклов. Далее по мере снижения емкости батареи образуется положительная обратная связь этого негативного эффекта – при каждом цикле батарея в процентах разряжается всё глубже и глубже и от каждого такого цикла деградирует всё быстрее и быстрее.

Фактор второй – пусковой ток.
Как известно, стартерные батареи деградируют не только от количества циклов и их глубины, но и от количества пусковых токов, их величины и длительности.
Причем значение имеет величина тока в процентах от максимального.
Например, имеем всё те же две батареи 60 и 80Ач. У первой максимальный пусковой ток 600А, а у второй – 800А. На практике пусковой ток при нормальных условиях такой машины как у нас – гораздо меньше, ампер 150 наверное (не измерял к сожалению, но это и не важно). Тогда для первого аккумулятора этот ток будет составлять 150/600=25%, а для второго 19% от максимального. Это будет приводить к тому, что первая батарея будет деградировать от каждого пуска несколько быстрее, чем вторая. Более высокая скорость деградации будет приводить к более высокой скорости снижения емкости и как следствие к более высокой скорости снижения предельного пускового тока. В общем, опять имеем положительную обратную связь, при которой менее емкая батарея будет деградировать всё быстрее и быстрее.

Фактор третий – запас емкости сможет Вас просто выручить в определенной ситуации, когда захотелось с музычкой посидеть на выезде где-то…

Фактор четвертый – при лютых морозах пониженное внутреннее сопротивление более емкой батареи может стать тем решающим фактором, которое просто позволит завести автомобиль, а для менее емкой – нет.


5. И наконец, почему на кашкаях с аккумулятором 70Ач проблем с последним гораздо больше, чем на икстрейлах с аккумулятором 60Ач? И почему для икстрейла снизили емкость АКБ?

Ответ на этот вопрос можно найти, если ответить на другой вопрос: «Почему официалы массово соглашаются на гарантийную замену аккумулятора, хотя в гарантийной книжке четко написано, что аккумуляторные батареи не попадают под гарантию вообще?».
Очевидно, что им заведомо известно, что фиамм выпускал бракованные батареи. Гарантийная замена батарей, скорее всего, происходит за счет фиамм в конечном итоге. Позже ниссан решил сменить поставщика батарей и ставить менее емкие, но более качественные батареи (чтобы вписаться в себестоимость).
Конечно это правильное решение – уж лучше более качественную батарею поставить хоть и меньшей емкости.
Я не зря писал везде «при прочих равных».
Но в идеале – лучше качественную и максимальной емкости.

[Miki Lauda]

Что тут скажешь... Бурные, продолжительные аплодисменты !!!

Хотя , вот с этим:

Есть ещё конечно разного рода режимы волшебного «восстановления», «десульфатации», «импульсного заряда», «заряда несимметричным переменным током» и прочие «Smart» режимы, но мой опыт говорит о том, что по большому счету это все фикция и если аккумулятору хана, то мертвому припарки все эти танцы с бубном.
Да простят меня все верующие в «волшебные зарядные устройства».

все-таки не соглашусь, т.к. кроме веры, есть еще и реальные положительные результаты обратного

[Belarus]

Пока толстый сохнет, худой сдохнет. (с)