Привет, Хабр! Испытания пяти аккумуляторных батарей для автомобилей азиатского производства подошли к завершению.
- Furukawa Battery Super Nova 55D23L
- Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE
- Solite 85D23L
- Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B
- Exide Premium EA654
Сегодня проверим, какие из этих АКБ смогут запустить двигатель в разряженном состоянии при низкой температуре, а затем будем заряжать их большим током с измерением температуры корпуса.
За плечами у нас и наших подопытных аккумуляторов входной контроль после приобретения, контрольно-тренировочный цикл (КТЦ) с 20-часовым разрядом по ГОСТ и измерение резервной ёмкости 2-часового разряда. После которого они, разумеется, были полностью заряжены. Потому что хранить свинцовые аккумуляторы в разряженном состоянии имеет смысл только ради экстремального эксперимента, будучи готовыми к значительной потере эксплуатационных характеристик.
А теперь мы разрядим их программируемыми зарядно-разрядными устройствами «Кулон-912». Как мы уже писали, к большому сожалению, эти прекрасные приборы с удалённым управлением по Wi-Fi и записью графиков напряжения и тока на SD-карту теперь сняты с производства.
Разряжать будем по ГОСТ, током 3 ампера до напряжения под нагрузкой 10.5 вольта. Температура в помещении 26.2 градуса Цельсия.
Разряд завершён. Зафиксируем отданную ёмкость и напряжение на клеммах разряженных аккумуляторов.
- Furukawa Battery Super Nova 55D23L — 11.84 В, 61.08 А*ч.
- Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE — 11.92 В, 22.58 А*ч.
- Solite 85D23L — 11.94 В, 53.10 А*ч.
- Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B — 11.21 В, 65.42 А*ч.
- Exide Premium EA654 — 11.57 В, 72.59 А*ч.
При разряде Panasonic (Yuasa), скорее всего, произошёл сбой прибора «Кулон-912», потому он насчитал такую низкую ёмкость. Либо с этой дорогой АКБ, которая совсем не порадовала в предыдущих текстах, всё совсем плохо. С этим разберёмся далее. А сейчас посмотрим таблицу динамики ёмкости.
У АКБ Mazda (Exide) видим значительный, почти на 10 процентов прирост ёмкости. Создаётся впечатление, что формовка пластин этого аккумулятора продолжается.
Дадим разряженным аккумуляторам отстояться в течение суток, а затем охладим их вместе со всем помещением до 9 градусов по Цельсию.
Протестируем холодные разряженные батареи аккумуляторным тестером KONNWEI KW710. Это довольно дорогой и очень продвинутый прибор. Сегодня особенно пригодится именно он, потому что у него длинные съёмные провода, в отличие от других моделей.
Будет удобно запускать двигатель и оперировать тестером, сидя на водительском кресле. Давняя традиция, которая пошла от старых громоздких стендов для испытания электрооборудования автомобилей (их никто не отменял, но сейчас есть и малогабаритные приборы) и предполагала работу двух человек. Один за стендом, другой на месте водителя. Сегодня с карманным прибором можно управиться в одиночку, при условии, что хватит длины проводов, либо имеется беспроводная связь со смартфоном.
Его более продвинутой версией является KW720, снабжённый термопринтером для результатов испытаний и поставляемый с чемоданчиком, в отличие от виниловой сумочки у модели 710. Такое оборудование ориентировано уже не на автолюбителя, а на станции техобслуживания.
Как видим из результатов проверки тестером, внутреннее сопротивление каждой АКБ сильно возросло, а пусковой ток снизился по сравнению с предыдущими показателями разряженных батарей. Дело в том, что тогда измерения проводились при 26.8, а теперь при 9.1 градусе Цельсия.
▍ Заводим авто разряженным аккумулятором
Итак, устанавливаем холодный аккумулятор под капот автомобиля. Первым подопытным будет Exide Premium EA654.
В меню аккумуляторного тестера выбираем режим «форма волны». Так китайский производитель дословно перевёл английское waveform. Можно было назвать эту опцию режимом осциллоскопа или осциллографа.
Включаем зажигание, наблюдаем просадку напряжения вследствие работы бензонасоса с 11.5 до 9.6 В. После просадки оно постепенно поднимается. При попытке запустить двигатель напряжение проседает до 3.9 вольта. Пуск двигателя не удался.
Проделаем то же самое с Furukawa Battery Super Nova 55D23L. При включении зажигания напряжение снижается с 11.7 до 10.1 вольта, а при включении стартера до 6.5. Двигатель не стартовал. При повторной попытке даже не щёлкает втягивающее реле стартера. Снова неудача.
У аккумулятора Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B напряжение при работе бензонасоса снижается с 11.1 до 8.8, а при работе стартера — до 8.5 В. Стартер звучит увереннее, чем с двумя предыдущими батареями, звуковой сигнализации просадки напряжения бортовой сети не слышно. На экране осциллоскопа видим более длительную работу стартера с двумя провалами вместо одного. Тем не менее, двигатель не заработал. При повторных попытках стартер уже не крутится, напряжение просаживается до 5.3 В.
Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE проседает под действием бензонасоса с 11.8 до 9.5, а при работе стартера до 4.6 вольта. Стартер вращает коленвал, но двигатель не запускается.
У Solite 85D23L бензонасос просаживает напряжение с 11.8 до 9.3 В, а стартер до 6.9. Пуск снова неудачный.
Итак, ни один из разряженных аккумуляторов не смог запустить двигатель. Как и 5 из 6 российских АКБ в корпусе L2, испытания которых завершились в статье по этой ссылке.
Тюмень Premium 6СТ-60LA просаживается питанием бензонасоса с 11.2 до 9.8 В, а стартером — до 6.6 В. Двигатель не завёлся.
У Tubor Titan Arctic 62.1VL просадка с 11.0 до 10.6 В при работе стартера 8.8. Работа стартера была более уверенной, без сигнализации о низком напряжении, но пуск также неудачный.
АКБ Алькор Space 6СТ-60VLA просела с 11.7 до 11.3 В, затем очень сильно — до 3.1. Запуск не удался.
Аккумулятор Decus Hard 6СТ-60AH VL до включения зажигания выдавал 11.5 вольта, после — 11.0, под стартерной нагрузкой просел до 3.8.
И наконец, АКОМ Reactor 6СТ-62VL (технология концерна Эксайд) при включении зажигания просел с 11.6 до 11.2 В при работе стартера до 6.4, но при этом запустил двигатель!
Не исключаю вероятности того, что ему помогли пять предыдущих аккумуляторов, которые своими попытками «расшевелили» механику холодного двигателя.
Если экстраполировать опыт аккумуляторов на людей, выходит, что очень полезно документировать и публиковать даже свои неудачи и ошибки на пути к поставленной цели. Это поможет кому-нибудь из коллег достичь успеха, и успех коллеги теоретически принесёт пользу и радость вам.
Кому-нибудь точно принесёт. А экспериментатору хотя бы просмотры контента. Это тоже успех. Что греха таить, все мы более склонны незамедлительно открывать ссылку на контент с эпичными фейлами и наслаждаться их зрелищем, чем созерцать поступательное движение к успеху. Что дольше, утомительнее и не так забавно, потому не так нравится обезьянке немедленного удовольствия. Или не все? Напишите в комментариях.
Подробнее об этом эксперименте с аккумуляторами российского производства можно посмотреть на видео Аккумуляторщика Виктора Vector.
▍ А теперь самое интересное
Представим себе, что каждый из аккумуляторов всё-таки смог запустить двигатель. Теперь он подключён к мощному трёхфазному мосту, выпрямляющему ток от могучего генератора.
Кстати, вы знали, что автомобильный синхронный генератор является обратимой машиной переменного тока, способной служить электромопеду в качестве двигателя? Такой вариант электропривода был очень даже популярным, когда все специализированные мотор-колеса и кареточные моторы были дорогими и труднодоступными.
Двигатель из генератора прекрасно работал от обычного велосипедного контроллера, «умеющего» функционировать без датчиков Холла. Разумеется, нужно было подать ток на обмотку возбуждения, потому что постоянных неодимовых магнитов, как в веломоторах, у автомобильного генератора нет.
Напишите в комментариях про свой опыт, связанный с постройкой, модернизацией или просто эксплуатацией персонального электротранспорта: электромопедов, скутеров, велосипедов, моноколес, гироскутеров и так далее.
Аккумуляторы отогревались в течение суток. Заряжать каждый из них будем четырьмя подключёнными параллельно ЗУ Бережок-V1, которые в ручном режиме способны выдавать ток до 20 ампер.
▍ Какие бывают ЗУ
Ручной режим Бережка-V1 аналогичен Вымпелу-57 производства того же петербургского НПП «Орион», и называется алгоритмом CC/CV, постоянный ток — постоянное напряжение. Пока напряжение на клеммах не достигло установленного пользователем с помощью ручки регулятора, на клеммы подаётся заданный стабилизированный ток. По достижении заданного напряжения ток начинает снижаться, асимптотически приближаясь к нулю. Потому второе общепринятое название такого способа заряда — плавное уменьшение тока.
Чтобы полностью зарядить современный свинцовый аккумулятор таким стабилизированным блоком питания с установкой напряжения и тока, приходится осуществлять несколько последовательных этапов, совокупность которых называется профилем заряда. Параметрами этапа являются ток, напряжение, время и условия перехода на следующий этап.
Автоматические ЗУ, например, Вымпел-56, СТЕК, Optimate, Hyundai, Daewoo реализуют один или несколько предварительно запрограммированных профилей заряда.
Программируемые зарядные устройства, такие как Вымпел-55, Кулон-820, Нано-20, Victron Energy Blue Smart 12/15 позволяют запрограммировать желаемый многоступенчатый профиль.
Адаптивные ЗУ — BL1204, Автоэлектрика T1001A, Бережок-V1 вместо фиксированного числа и параметров этапов заряда отслеживают напряжение и ток в реальном времени, на основании чего переключаются между этапами и принимают решение о завершении заряда.
Некоторые программируемые зарядные устройства имеют и адаптивные режимы. Действительно, если в конструкции ЗУ имеется микроконтроллер, способный на взаимодействие с человеком, почему бы не попробовать использовать его возможности по максимуму?
Нет, это не сигнал музыкального инструмента, а график напряжения при зарядке Бережком-V1. Осциллограммы на клеммах адаптивных ЗУ имеют сложную форму, потому что микроконтроллер подстраивается под состояние АКБ. Адаптивные ЗУ используют реверсивный (асимметричный) зарядный ток. Они стараются не перегреть, не «кипятить» попусту АКБ, и при этом зарядить, десульфатировать, перемешать электролит максимально полно. В отличие от генератора автомобиля.
▍ Заряжаем током 80 ампер!
Именно таким током мощный генератор современного автомобиля будет заряжать аккумулятор после пуска двигателя, пока напряжение бортовой сети, то есть напряжение на клеммах АКБ, не поднимется до значения, на которое настроен регулятор напряжения. Или реле-регулятор, по старой терминологии, когда это было действительно вибрационное реле.
Если аккумулятор имеет нормальный уровень заряженности (state of charge, SoC), это напряжение будет достигнуто быстро, соответственно, быстро снизится и зарядный ток. Поэтому значительно разогреться аккумулятор не успеет.
А что будет, если аккумулятор разряжен очень сильно? Такую ситуацию мы сейчас и смоделируем. Каждое из четырёх зарядных устройств настроено на 20 ампер и 14.2 вольта. Это равно минимально возможной настройке автомобильного регулятора напряжения.
Начинаем с аккумулятора Exide Premium EA654. Температура его корпуса 27.3 градуса Цельсия. Измеряем температуру корпуса, а не электролита, потому что у этой АКБ доступа к электролиту нет.
Прошло 15 минут заряда. Температура аккумулятора 30.3 градуса, ток 80.7 ампера. Напряжение достигло 14.1 В.
Прошло ещё 15 минут заряда. Температура аккумулятора 36 градусов, ток снизился до 50.5 ампер. Как нетрудно догадаться, теперь заряд идёт при стабилизированном напряжении 14.2 В.
Сейчас нагрузка распределяется между четырьмя ЗУ неравномерно. Дело в том, что они настроены не на абсолютно равное напряжение. То ЗУ, что на фотографии, ещё не достигло установленного напряжения, потому работает всё ещё в режиме стабилизации тока, выдавая почти половину из общих 50.5 А.
Это известное свойство комбинированной обратной связи (ОС) следует учитывать при параллельном соединении преобразователей напряжения. Для этого у каждого из них обязательно должна быть ОС по току.
Прошло ещё 15 минут, корпус АКБ разогрелся до 40.1 градуса Цельсия. Ток заряда 28.5 А.
Как видим, его обеспечивают всего два ЗУ. Остальные два «отдыхают», потому что настроены на напряжение ниже присутствующего на клеммах. Заряд будем продолжать до тех пор, пока будет расти температура АКБ.
Прошло ещё 15 минут. Температура 42.5, ток заряда 17.3 А.
Единственное преобразующее электрическую мощность ЗУ показывает 17.7 ампера, потому что низковольтные части, то есть дисплеи и схемы управления трёх остальных ЗУ сейчас питаются от него. Их силовые преобразователи почти отключились, так как напряжение на клеммах превышает заданные их настройками.
Спустя следующие 15 минут на термометре 43.7 градуса. Температура всё ещё растёт, хотя уже медленнее. Ток 12.2А.
Прошло в общей сложности полтора часа с начала заряда. Температура 44.1. Ток 8.9 А.
Ещё 15 минут, 44.3 градуса и 6.3 ампера. И далее температура снижается до 44.2.
Проделаем с остальными аккумуляторами то же самое и занесём данные в таблицу.
Такой режим быстрой зарядки способен восполнить только основной заряд (bulk charge), потому теперь поставим все 5 АКБ на дозаряд в автоматическом адаптивном режиме ЗУ Бережок-V1.
▍ Выводы
АКБ полностью заряжены и отстаивались после заряда чуть более недели. Протестируем аккумуляторы прибором Konnwei KW650.
Как видим, ни один из аккумуляторов не пострадал вследствие пережитого издевательства. Более того, все они повысили свои характеристики.
В отличие от АКБ Тюмень Premium 6СТ-60LA из предыдущей серии тестов, которая погибла от перегрева при заряде большим током. Покоробились пластины и возникло короткое замыкание в средней банке.
Это ещё один довод в пользу того, что нельзя эксплуатировать на автомобиле разряженный аккумулятор, и выбирать АКБ при покупке следует осмотрительно.
Автомобиль так и не завели, зато ни одного аккумулятора не испортили.
Итоговая сводная таблица говорит нам о том, что сильнее всех разогреваются при таком экстремальном заряде аккумуляторы с более толстой активной массой.
Просто потому, что на её электрохимическое преобразование требуется больше кулонов электрического заряда, поэтому на внутреннем сопротивлении выделяется больше джоулей по закону Джоуля-Ленца. А корпуса, и соответственно, площадь поверхности охлаждения, одинаковы. Да, у АКБ разные массы, но теплоёмкость электролита выше теплоёмкости свинца.
Также мы видим, что заряд до напряжения 14.2 вольта возобновляет не всю ёмкость аккумулятора, даже если бы мы продолжали его до околонулевого тока.
Медленнее всех поднималось напряжение на аккумуляторе Мазда, предназначенном для системы «старт-стоп». Такое свойство позволяет ему дольше заряжаться максимально возможным током, то есть эффективнее восполнять основной заряд. Что для упомянутой системы просто необходимо, ведь она использует стартер буквально после каждой остановки на светофоре.
В мире свинцовых аккумуляторных батарей нет ничего мистического, а есть естественно-научные законы и технические факты, хотя встречаются и маркетинговые явления. Ни гвоздя, ни жезла, и до встречи в новых статьях!
Видеоверсия статьи
Опытные данные предоставлены автором экспериментов и видео — Аккумуляторщиком Виктором Vector.
Играй в наш скролл-шутер прямо в Telegram и получай призы! ?️?
