Привет, Хабр! Белый налёт на аккумуляторах, который мы видим на фото, — это не сульфат свинца и не обрывки упаковочного материала, а иней. Продолжая серию всесторонних испытаний, мы охладили частично разряженные АКБ до -18 градусов Цельсия.
В тестах участвуют российские АКТЕХ Standart, Тюмень ASIA, АКОМ ASIA, Tubor Classic и белорусский ZUBR ASIA, предназначенные для автомобилей азиатского производства.
Сегодняшний эксперимент может показаться необычным, но он весьма актуален. Насколько эффективно будет восполняться заряд от генератора в зимнее время? От этого напрямую зависит надёжность АКБ и её долговечность.
Результаты предыдущих этапов тестирования отражены в таблице, по которой можно наблюдать динамику предварительного рейтинга аккумуляторов.
▍ Как происходит десульфатация?
Все подопытные полностью заряжены и подключены к зарядным устройствам (ЗУ) Бережок V1 в режиме хранения. Это не буферный режим при постоянном напряжении на клеммах, а периодический кратковременный подзаряд с десульфатацией.
На дисплее ЗУ, подключённого к АКБ Tubor Classic, мы видим ток 0.6 А при напряжении 15.6 В, тогда как три остальных ЗУ уже несколько минут не подают ток на клеммы аккумуляторов. Пауза обычно продолжается от 15 до 40 минут, а длительность сессии десульфатации колеблется от нескольких секунд до минуты.
Перенапряжение необходимо для диссоциации застарелых сульфатов. Происходит восстановление сульфатированных активных масс (АМ) малым током.
После того, как все участки сульфата свинца, доступные в данный момент для реакции Гладстона-Трайба, преобразованы в губчатый свинец отрицательных активных масс (ОАМ) и оксид свинца положительных активных масс (ПАМ), полезная реакция перестаёт потреблять ток, и напряжение на клеммах начинает расти далее.
Вместо того чтобы снизить ток, прекратить его подачу или ограничить напряжение, ЗУ делает прямо противоположное, а именно, ненадолго увеличивает ток до 2 ампер. Напряжение поднялось до 16.3 вольт.
Это вызывает кратковременное разложение воды на кислород и водород, благодаря чему происходит эффективное перемешивание электролита. Напряжение на клеммах растёт далее, до 16.5 вольт, и ЗУ снижает ток до 1.2 А, а затем ещё ниже.
В это время происходит десульфатация тех участков активных масс, куда благодаря перемешиванию электролита газовыми пузырьками поступило достаточное количество воды для реакции.
После непродолжительной десульфатации малым током при максимальном напряжении ЗУ отключает ток и переходит в длительную паузу. В течение последней происходит диффузия ионов в электролите и деполяризация, благодаря которой последующая десульфатация будет более эффективной при меньшем перенапряжении.
Данный способ десульфатации более является более действенным и щадящим для АКБ, чем продолжительный заряд малым током без ограничения напряжения. А буферный режим при постоянном низком напряжении вообще не десульфатирует свинцовые аккумуляторы, потому что для осуществления реакции Гладстона-Трайба в направлении заряда необходимо преодолеть термодинамическую ЭДС электрохимической ячейки в зоне реакции.
Сульфатированные участки АМ окружены повышенной концентрацией кислоты, и поэтому не только испытывают недостаток воды, необходимой для реакции заряда, но и имеют аномально высокую ЭДС, без преодоления которой десульфатация не осуществится.
▍ Разряжаем аккумуляторы
Температура в помещении лаборатории составляет 24.2 градуса Цельсия.
Разрядим каждый из испытуемых аккумуляторов при помощи электронной нагрузки ZKE TECH EBC-A10H. Для сегодняшнего опыта нам не нужен глубокий разряд, поэтому установим напряжение завершения 12 вольт под нагрузкой стабилизированным током 5% паспортной ёмкости.
Для трёх АКБ 6СТ-65 разрядный ток составит 3.25 А, а для Tubor Classic 6СТ-60 — 3 А.
Разряд завершён. Зафиксируем значения ёмкости, отданной каждым из аккумуляторов, а также напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) после разряда.
- АКТЕХ Standart 6СТ65 — разряд не проводился, так как АКБ неисправна.
- Тюмень ASIA 6СТ65 — 39.05 А*ч, НРЦ 12.18 В.
- АКОМ ASIA 6СТ65 — 42.89 А*ч, НРЦ 12.12 В.
- Tubor Classic 6СТ60 — 28.82 А*ч, НРЦ 12.38 В.
- ZUBR ASIA 6СТ65 ZPA650 — 44.17 А*ч, НРЦ 12.23 В.
▍ Признаки износа аккумулятора
Сравним получившиеся значения с фактической ёмкостью 20-часового разряда, измеренной во второй части исследования.
- Тюмень ASIA 6СТ65 — 39.05 А*ч = 54% от 72.29 А*ч.
- АКОМ ASIA 6СТ65 — 42.89 А*ч = 65% от 65.83 А*ч.
- Tubor Classic 6СТ60 — 28.82 А*ч = 47% от 61.88 А*ч.
- ZUBR ASIA 6СТ65 ZPA650 — 44.17 А*ч = 66% от 67.22 А*ч.
Это является признаком износа активных масс: из электролита израсходовано меньше кислоты, поэтому её концентрация, и следовательно, термодинамическая ЭДС, выше, чем у трёх остальных аккумуляторов.
Чтобы подтвердить или опровергнуть данную гипотезу, на завершающем этапе большого теста аккумуляторов мы повторим проверку фактической ёмкости 20-часового разряда до 10.5 вольт под нагрузкой.
▍ Плотность электролита
Так как все испытуемые АКБ снабжены пробками для доступа к электролиту, у нас имеется возможность непосредственно измерить его плотность, а не только судить о ней по напряжению на клеммах.
- Тюмень ASIA 6СТ65 — 1.16 грамма на кубический сантиметр.
- АКОМ ASIA 6СТ65 — 1.17.
- Tubor Classic 6СТ60 — 1.20.
- ZUBR ASIA 6СТ65 ZPA650 — 1.17.
И дело не в том, что корпуса, а стало быть, и объёмы банок, одинаковы, но при этом объём пластин у аккумулятора с меньшей заявленной ёмкостью меньше. Соответственно, при одинаковой плотности электролита кислоты в банке АКБ меньшей ёмкости будет больше.
Если бы активные массы не были изношенными, то при большей плотности электролита они выдавали бы более высокую ЭДС под нагрузкой. Соответственно, 12-вольтовый порог окончания разряда был бы достигнут позже, и АКБ отдала бы большую, а не меньшую полезную ёмкость.
Как мы помним из первой части исследования, заводская плотность электролита в аккумуляторах АКОМ и ЗУБР, произведённых по технологии концерна Exide, составляет 1.30 килограмма на кубический дециметр. У двух остальных АКБ она равняется 1.29.
Судя по массе и ёмкости, из числа четырёх испытуемых АКБ больше всего активных масс у Тюмень ASIA. Именно поэтому плотность электролита в этом аккумуляторе после разряда до 12 вольт составила 1.16 против 1.17 у двух «эксайдовских» АКБ.
НРЦ после 20-часового разряда до 10.5 В у данной АКБ также оказалось самым низким — 11.23 В против 11.27 у АКОМ, 11.69 у ZUBR и 11.73 у Tubor. Отметим, что в тот раз Tubor Classic показал хороший результат 61.88 А*ч, что на 3% выше паспортного значения.
Повышенная плотность электролита в АКБ, изготовленных с применением технологии Exide, обусловлена продвинутой конструкцией плотных сепараторов.
С одной стороны, они предотвращают оплывание активных масс и короткое замыкание, тем самым, позволяя аккумулятору надёжно работать в условиях долговременного недозаряда.
С другой стороны, эти АКБ склонны к устойчивому расслоению электролита. Поэтому для того, чтобы избежать замерзания его верхних слоёв в зимнее время, предусматривается электролит повышенной плотности.
▍ Охлаждаем аккумуляторы
Далее помещаем испытуемые АКБ в морозильную камеру и охлаждаем их до минимально возможной температуры, которая определяется наименьшей из наблюдаемых плотностей электролита.
Так как последняя равна 1.16, охлаждать аккумуляторы будем до -18 градусов Цельсия, будучи уверенными, что электролит не замёрзнет ни в одном из них.
После 36 часов в морозильной камере при температуре -17.7 градусов проконтролируем параметры аккумуляторов при помощи измерительного прибора TOPDON BT300P.
Так как наши аккумуляторы предназначены для азиатских автомобилей, выбираем японский индустриальный стандарт JIS, рейтинг 65D23. Первые две цифры означают номинальную ёмкость аккумулятора, D23 — типоразмер корпуса.
▍ Что показал тестер?
В данном случае мы используем профессиональный прибор, поэтому результаты измерений можно не только прочитать на цветном экране, но и распечатать на чековой ленте.
Два аккумулятора из четырёх держатся молодцом, третий показывает просто прекрасные результаты, а четвёртый ведёт себя вполне предсказуемо.
- Тюмень ASIA 6СТ65 — внутреннее сопротивление 7.13 мОм, ТХП 421 из номинальных 370 А, состояние здоровья (State of Health, SoH) 100%, НРЦ 12.11 В, уровень заряженности (State of Charge, SoC) 18%, вердикт — хорошая АКБ, требуется зарядить.
- АКОМ ASIA 6СТ65 — 8.09 мОм, 371 А, SoH 100%, НРЦ 12.13 В, SoC 22%, хорошая, зарядить.
- Tubor Classic 6СТ60 — 11.11 мОм, 270 А, SoH 53%, НРЦ 12.32 В, SoC 53%, хорошая, зарядить.
- ZUBR ASIA 6СТ65 ZPA650 — 8.20 мОм, 366 А, SoH 98%, НРЦ 12.16 В, SoC 27%, хорошая, зарядить.
Однако при температуре корпуса +27 градусов и нулевом проценте заряженности картина была иной. При внутреннем сопротивлении, соответственно, 8.47 и 9.97 мОм аккумуляторы АКОМ и ЗУБР смогли запустить двигатель, тогда как остальные три АКБ, включая Тюмень с 14.78 мОм, с этой задачей не справились.
▍ Как обмануть нагрузочную вилку?
Полностью разряженный АКТЕХ Standart 6СТ65 тогда показал НРЦ 12.73 В и внутреннее сопротивление 7.94 мОм, но это был неисправный аккумулятор в состоянии мнимого заряда.
80% его активных масс в тот момент были действительно заряженными, но не имели электрического контакта с решётками пластин, иными словами, осыпались и не участвовали в отдаче накопленной полезной энергии потребителю. В работу были включены только 20% активных масс.
Будучи новым, такой бракованный аккумулятор успешно «обманет» тестеры, включая нагрузочную вилку, и в заряженном состоянии будет заводить двигатель. Но вне зависимости от условий подзаряда, такой аккумулятор вскоре ждёт стремительная сульфатация и разрушение пластин.
▍ Заряжаем на морозе
Приступаем к заряду наших АКБ в режиме блока питания стабилизированным напряжением 14.7 В без ограничения силы тока. Именно так происходит зарядка аккумулятора генератором автомобиля. Заряжать будем в течение одного часа.
Весь этот час «эксайдовские» аккумуляторы АКОМ и ЗУБР заряжались почти неизменным током 18-21% от паспортной ёмкости.
За этот час первый из них получил от ЗУ 28.9% ёмкости, затраченной при разряде, а второй — 30.7%. Тем не менее, 5 баллов получает АКОМ, так как нагрелся до 8.7 градусов Цельсия против 10.2 градусов у АКБ ЗУБР, получившей 4 балла. Меньший нагрев свидетельствует о более высоком КПД заряда и качестве изготовления аккумулятора.
АКБ Тюмень начала свой заряд почти вдвое более низким током, однако по мере разогрева этот ток стал возрастать и превысил зарядные токи всех конкурентов. Поставим ей три балла.
И наконец, аккумулятор Tubor проиграл этот этап состязания. Его заряд в диапазоне температур от -17.7 до +5.8 градусов Цельсия оказался самым неэффективным.
Получается следующая таблица полуфинальных итогов.
Заключительный, седьмой этап испытаний позволит нам сделать окончательные выводы. Мы повторим измерение ёмкости 20-часового разряда и тока холодной прокрутки, благодаря чему сможем судить о динамике износа аккумуляторов в ходе наших жёстких, приближенных к реальности тестов.
Видеоверсия статьи
Опытные данные предоставлены автором экспериментов и видео — Аккумуляторщиком Виктором Vector.
Скидки, итоги розыгрышей и новости о спутнике RUVDS — в нашем Telegram-канале ?
