Привет, Хабр! Подавляющее большинство современных автомобильных аккумуляторов кальциевые, про которые существует расхожий миф, будто бы дозаряд при напряжении выше 15.5, 15.0 или даже 14.7 вольт действует на них губительно.
Сегодня мы исследуем этот вопрос опытным путём.
Пациент стоял под капотом автомобиля в течение трёх лет. Его обслуживание за этот период времени ни разу не производилось. Ежедневный пробег составлял от 50 до 100 километров.
Стационарный заряд свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора необходимо осуществлять не реже, чем два раза в год, а лучше всего — перед началом каждого сезона, особенно зимнего.
▍ Чистота — залог здоровья
Обратите внимание на отсутствие запотевания вокруг пробок. Так получилось благодаря тому, что последние дополнены обычными резиновыми кольцами размером 3/4 дюйма из магазина сантехники.
Такие уплотнители проявляют прекрасную кислотостойкость, не нарушают отвода газов из аккумулятора, так как под несъёмной крышкой последнего имеется лабиринт, сообщающийся с газоотводными отверстиями.
Иногда в такое отверстие вставляется гибкая трубочка, чтобы направить пожаровзрывоопасный водород в безопасное место кузова автомобиля.
Существует ещё один простой, дешёвый и действенный способ герметизировать пробки — заклеить их полоской обычного скотча.
Многие производители аккумуляторов неспроста наклеивают этикетку поверх пробок.
Обслуживание аккумуляторной батареи следует начинать с очистки её корпуса от пыли и грязи, вызывающих саморазряд. Важнее всего обеспечить, чтобы посторонние примеси не попали внутрь банок и не загрязнили электролит. В идеале имеет смысл поддерживать чистоту под капотом и убирать загрязнения по мере их накопления.
АКБ изготовлена в октябре 2019 года. Эксперимент производился в августе 2023, когда её возраст составлял без двух месяцев 4 года.
Это тот самый экземпляр конвейерного аккумулятора Лада АКОМ 6СТ-62VL, что упоминался в статье про правильный ввод АКБ в эксплуатацию.
Двигатель автомобиля был заглушен за два часа до снятия АКБ, и температура последней составляет 40.1 градуса Цельсия. Поэтому имеет смысл подождать несколько часов, пока аккумулятор остынет до комнатной температуры.
Маркировка 6СТ-62VL Euro расшифровывается как 12-вольтовый стартерный аккумулятор с ёмкостью 20-часового разряда 62 ампер*часа, очень малым эксплуатационным расходом воды и обратной (европейской) полярностью клемм. Паспортный ток холодной прокрутки (ТХП) составляет 600 ампер в стандарте EN.
Технология Ca/Ca предполагает легирование кальцием решёток как отрицательных, так и положительных пластин. Все аккумуляторы с очень малым (VL) расходом воды производятся именно по такой технологии, в отличие от просто малого (L) расхода.
Согласно показаниям тестера Topdon BT300P, данная АКБ c напряжением разомкнутой цепи (НРЦ) 12.77 В полностью заряжена и находится в хорошем состоянии. Пусковой ток 537 из 600 ампер соответствует 80% здоровья. Внутреннее сопротивление аккумулятора составляет 5.17 миллиом.
Однако это четырёхлетний высококачественный аккумулятор производства Жигулёвского завода АКОМ имени Н. М. Игнатьева. Опыт подсказывает, что 80-процентное состояние здоровья обусловлено не необратимым оплыванием активных масс и коррозией решёток, а довольно значительной сульфатацией. Так это или нет, покажут измерения после полного стационарного заряда.
▍ Природа сульфатации
Кто-то спросит, зачем заряжать аккумулятор, НРЦ которого соответствует стопроцентной заряженности? — Затем, чтобы диссоциировать застарелые сульфаты, восстановить нефункционировавшие участки активных масс для полноты ёмкости и токоотдачи, устранить расслоение электролита.
Аномально высокая концентрация серной кислоты в нижней части банок и глубоких слоях активных масс препятствует восполнению заряда от генератора автомобиля.
Продолжительное нахождение участков активных масс в состоянии хронической недозаряженности приводит к тому, что на поверхности нормального рабочего сульфата свинца, образующегося в ходе электрохимической реакции разряда, кристаллизуется из раствора труднорастворимый сульфат.
Данное явление носит название сульфатации. Чтобы преодолеть последнюю, необходим дозаряд при повышенном напряжении продолжительностью не менее 24 часов. Чаще всего на достижение результата требуется несколько суток.
А что, если установить повышенное зарядное напряжение с ограничением тока для системы заряда в источнике бесперебойного питания или под капотом автомобиля?
В таком случае будет происходить избыточный расход воды, сводящий на нет преимущества кальциевого аккумулятора. Более того, это только одно из негативных последствий.
Хронический перезаряд приведёт к наработке активных масс — оксида свинца и губчатого свинца — из решёток и тоководов, что может вызвать снижение механической прочности, нарушение электрического контакта и разбухание конструкций, приводящее к коротким замыканиям.
А если речь идёт о герметизированных свинцовых аккумуляторах — гелевых и AGM — то в недостаток превратится их ключевое преимущество — рекомбинация кислорода. Последняя происходит с выделением тепла, отчего AGM-аккумулятор с подсохшими стекломатами перегревается и разбухает.
▍ Перезаряд и недозаряд
Поэтому полный стационарный дозаряд свинцового аккумулятора следует производить периодически, а рабочее зарядное напряжение устанавливать таким, чтобы минимизировать хронический перезаряд.
А может ли перезаряд сочетаться с недозарядом? — Как ни странно, да, причём не только при разбалансировке между ячейками, но и внутри одной банки аккумулятора.
При наличии «злокачественных» сульфатов и расслоении электролита в верхней части банки будет наблюдаться перезаряд.
Активные массы там заряжены, и подводимая электрическая энергия будет расходоваться на разложение воды, окисление свинца положительных конструкций и превращение отрицательных в губчатую форму.
При этом в нижней части банки напряжения может не хватать для преодоления ЭДС электрохимической ячейки, диссоциации застарелых сульфатов и перемешивания электролита. Получается, что сверху вовсю идёт перезаряд с пузырьками газов, а снизу сохраняется недозаряд и прогрессирует сульфатация.
Решение диалектического противоречия таково: контролируемый перезаряд осуществляется периодически, с ограничением времени, тока и температуры аккумулятора.
Это позволяет последнему эффективно функционировать в течение длительного времени между десульфатациями, испытывая некоторый недозаряд вследствие присущих ему физических и химических свойств.
▍ Специфика режима работы АКБ
Маленькие тяговые и резервные аккумуляторы для электроскутеров и источников бесперебойного питания, в отличие от больших, не предусматривают возможности долива дистиллированной воды или разбавленного электролита.
Соответственно, не предусмотрена и многочасовая десульфатация. Однако профиль заряда, рекомендуемый такими ведущими производителями гелевых тяговых АКБ, как Tianneng (TNE) и Chilwee (EVF), предписывает двухчасовой дозаряд при напряжении 16 вольт током 0.01С (180 мА для 18 ампер*часов), если основной заряд продолжался более трёх часов, что свидетельствует о глубокой разряженности АКБ перед постановкой на заряд.
Такой двухчасовой 16-вольтовый дозаряд не обеспечит полной десульфатации, но значительно замедлит деградацию аккумулятора без риска его перегрева.
Однако следует заметить, что этот этап необходим после каждого значительного разряда тяговой АКБ, то есть после каждой длительной поездки. Если мы много ездим на электроскутере и заряжаем его каждый день, то и 16 вольт требуются его аккумулятору каждый день.
А если речь идёт об автомобиле, то стационарный заряд нужен гораздо реже. Соответственно, и десульфатация потребует ощутимо большего времени, а также несколько более высокого напряжения.
▍ Мнимый заряд
Действительно ли наша сегодняшняя автомобильная АКБ полностью заряжена, как считает тестер Topdon BT300P? Существует формула, связывающая напряжение разомкнутой цепи и плотность электролита.
12.77/6 — 0.84 = 1.288(3). Почти 1.29 килограмма на кубический дециметр — просто отличный результат. Но соответствует ли он показаниям рефрактометра?
Измеренная плотность электролита по банкам от минусовой клеммы к плюсовой составила 1.26, 1.27, 1.27, 1.27, 1.27, 1.26. Несоответствие фактической плотности расчётной говорит о расслоении электролита.
Получается так называемый «мнимый заряд»: аномально высокая концентрация серной кислоты в нижних частях банок создаёт повышенную электродвижущую силу, но значительная часть активных масс при этом разряжена и сульфатирована. Эндоскоп показывает следующую картину.
Белые пятна — это сульфат свинца, и его довольно много даже сверху, где ЭДС электрохимической ячейки ниже и заряд восполняется эффективнее. В нижней части банки, куда не заглянуть эндоскопом, положение дел ещё хуже.
Перед стационарным зарядом следует проверить уровень электролита. В первой, третьей и четвёртой банке он составил около двух сантиметров над верхними краями пластин, во второй и пятой — полтора сантиметра, в шестой — немного ниже.
При вводе данного аккумулятора в эксплуатацию его масса составляла 15.16 кг. За три года эксплуатации под капотом автомобиля она уменьшилась до 15 кг. То есть, потеряно 160 граммов воды, так как кислота из АКБ испаряться не может.
В три банки с более высоким уровнем электролита следует добавить по 22 мл дистиллированной воды, а в три остальных банки — по 30 миллилитров.
Потеря воды ведёт к повышению плотности электролита. Соответственно, наблюдается повышенное НРЦ, не соответствующее реальному уровню заряженности аккумулятора.
Что интересно, забор электролита со дна банок пипеткой, удлинённой при помощи тонкой трубочки от WD-40, показал отсутствие вертикального расслоения.
Получается, что аномально высокая концентрация кислоты расположена в слоях сульфатированных активных масс, находящихся ближе к решёткам. Это тоже расслоение, но горизонтальное.
▍ Заряжаем до 14.7 В
Итак, гаражные мифы утверждают, что на кальциевый аккумулятор нельзя подавать зарядное напряжение выше 14.7 В. Посмотрим, насколько зарядится наша АКБ при этом напряжении.
Воспользуемся зарядным устройством Бережок-V1 в ручном режиме, установив ток 6 А, что составляет 10% от паспортной ёмкости 12-часового разряда.
Как видим, напряжение на клеммах практически мгновенно подскочило до установленного максимума 14.7 В, а ток снизился с 6 до 1.6 А и продолжает снижаться. По прошествии пары минут видим уже 900 миллиампер.
Температура аккумуляторной батареи в начале процесса заряда составляет 24.9 градуса Цельсия.
По прошествии неполных суток наблюдаем снижение зарядного тока до двухсот миллиампер.
Плотность электролита выросла, но менее, чем на одну сотую долю. Дистиллированную воду в банки пока не доливали.
За двадцать с половиной часов аккумулятору сообщено 6 А*ч.
Прошло более двух суток. Аккумулятор получил 11.1 ампер*часа. Сила тока и напряжение остались без изменений.
Плотность электролита в крайних банках стала чуть выше 1.27, а в остальных четырёх — чуть выше 1.28.
Как видим, рост плотности замедлился, а результат пока нельзя назвать удовлетворительным, учитывая потерю воды.
По истечении третьих суток заряда напряжение и ток не изменились. Всего за 73 часа 10 минут аккумулятору сообщено 14.8 А*ч.
Рост плотности электролита остановился. Получается, что 3.7 ампер*часа затрачены без ощутимой пользы.
Неопытные автолюбители на этом моменте могут посчитать, будто аккумулятор полностью заряжен. Уровень электролита и его плотность находятся в допустимых пределах.
Однако мы с вами знаем о недостаче 160 миллилитров воды. Соответственно, более 87 граммов серной кислоты остаются связанными в сульфатах.
▍ Результаты «низковольтного» дозаряда
Отключаем заряд, снимаем клеммы и даём аккумулятору отстояться в течение пятнадцати часов, после чего повторим проверку внутреннего сопротивления аккумуляторным тестером.
Итак, последнее упало на 150 микроом. Соответственно, ток холодной прокрутки возрос с 537 до 554 ампер, что даёт прирост состояния здоровья с 80 до 85 процентов. Разве это не результат?
Но мы получили напряжение разомкнутой цепи 13.06 В, соответствующее плотности 1.33(6). Налицо расслоение, причём к горизонтальному прибавилось вертикальное. Измеренная плотность электролита, отобранного снизу средних банок, составила 1.30.
Получается, что произошла частичная десульфатация, восстановившая некоторую долю активных масс, итогом чего стал прирост токоотдачи. Однако процесс восстановления аккумулятора остановился из-за невозможности преодолеть расслоение и диссоциировать застарелые сульфаты при зарядном напряжении 14.7 вольт.
Следует ли из этого, что расслоение электролита является результатом заряда? — Именно так. Гравитационные силы не сдвигают растворённую кислоту вниз, но они препятствуют подъёму в верхние слои сульфат-ионов, образовавшихся при неполном заряде.
Также расслоение в свинцово-кислотном аккумуляторе вызывается и его разрядом. В ходе последнего образуется вода, которая «не хочет» самопроизвольно опускаться вниз и остаётся в верхней части банок.
Для полного заряда необходимо перемешивание электролита. Следует отметить, что оно происходит и вследствие ускорений при движении автомобиля, однако недостаточно эффективно.
▍ Первый контрольный разряд
Чтобы оценить состояние активных масс, следует учитывать не только его внутреннее сопротивление, одной из составляющих которого является удельное сопротивление электролита. Последнему свойственна нелинейная зависимость от концентрации серной кислоты.
Наиболее точный результат даст контрольный разряд током 5% от паспортной ёмкости, то есть тремя амперами, до касания ЭДС под нагрузкой некоторого порогового значения.
Разряд по ГОСТ предписывает 10.5 вольт. Но для экономии времени, и чтобы не подвергать изношенный аккумулятор глубокому разряду, можно разряжать до 12 вольт, что даст примерно половину от полной ёмкости.
Сейчас мы это осуществим при помощи электронной нагрузки ZKE Tech EBC-A10H.
Имеем результат 28.34 ампер*часа. Это 45.7% паспортной ёмкости, то есть 91.4% от её половины. А по сравнению с половиной фактической ёмкости данного экземпляра АКБ, когда он был новым, получается 81.6%.
Отметим, что измеренный за три года до описываемого эксперимента ток холодной прокрутки равнялся не 600 паспортным, а целым 722 амперам! 554 А составляет не 85, а всего-навсего 71.8 процента от этого значения.
То есть, по факту из строя вышли 18.6 % активных масс и 28.2 % их площади.
▍ Повышаем зарядное напряжение
Устанавливаем напряжение завершения заряда 16.3 вольта и запускаем зарядное устройство в адаптивном автоматическом режиме.
Прошло 26 часов, в течение которых ЗУ завершило заряд и перешло в режим хранения. Аккумулятору сообщено 32.2 А*ч.
Плотность электролита в крайних банках чуть ниже 1.26, а в средних — почти 1.27. Напряжение разомкнутой цепи 13.3 вольта, что свидетельствует о расслоении.
На дне четвёртой банки наблюдаем плотность 1.32.
Устанавливаем напряжение окончания заряда 16.5 В и снова запускаем ЗУ, которое сразу переходит на этап дозаряда. Адаптивный алгоритм начинает с небольших токов и не спешит поднимать напряжение.
Автору эксперимента пришлось отлучиться на неделю. За это время аккумулятор получил скромные 19.6 А*ч.
Плотность электролита в первой и шестой банках составила 1.29, а в остальных — 1.295. Плотность на дне четвёртой банки 1.30. То есть, расслоение практически устранено.
Заглянем внутрь банки эндоскопом. Наблюдается медленное движение небольшого количества маленьких пузырьков. Активного «кипячения» не происходит. Пластины в значительной мере очистились от белых пятен сульфата свинца.
График тока в режиме хранения выглядит следующим образом. Как видим, Бережок-V1 не держит аккумулятор под буферным напряжением и не десульфатирует малым непрерывным током при повышенном напряжении, а осуществляет короткие сессии дозаряда, чередуя их с паузами длительностью 15-20 минут.
При этом напряжение доходит до заданного максимума только на очень короткое время. Более половины времени сессии десульфатации проходит при напряжении ниже 14.5 вольт.
Такой адаптивный алгоритм позволяет минимизировать перезаряд, потерю воды, нагрев аккумулятора и расход электроэнергии.
А это полный график первого заряда до 15.3 В, на котором можно выделить несколько стадий. «Зубцы» отрицательного тока — это не ошибка логгера. Зарядное устройство реализует асимметричный (реверсивный) заряд.
Заливаем в каждую банку по 30 миллилитров дистиллированной воды. Это удобно делать при помощи шприца.
Десульфатацию продолжим в автоматическом режиме, но установив заведомо недостижимое напряжение 17.4 В. Критерием завершения процесса будет прекращение роста плотности электролита.
В случае аккумулятора без доступа к электролиту таким критерием может служить прекращение роста напряжения перемешивания.
▍ Завершение десульфатации
По прошествии трёх часов заряда плотность в крайних банках составила 1.26, в остальных — 1.27, на дне четвёртой банки — чуть выше 1.29. Как видим, перемешивание электролита происходит.
Прошло ещё пять часов. В первой и второй банках 1.27, а в средних — 1.28.
По состоянию на 23-й час десульфатации плотность поднялась ещё на одну сотую долю. Как на поверхности, так и на дне 4-й банки имеем 1.29. То есть, электролит перемешан.
Расслоение устранено, причём бурного «кипячения» для этого не потребовалось. Электролит слегка помутнел, но не почернел.
Чтобы продлить жизнь старого аккумулятора, можно скорректировать плотность электролита вниз, если климат не экстремально холодный. Добавим в крайние банки по 15, а в средние — по 20 миллилитров воды.
Прошло 6 часов 20 минут. Плотность в крайних банках чуть выше 1.27, в средних — 1.275. На дне четвёртой чуть выше 1.275.
Обслуживание аккумулятора можно считать завершённым, но перед его установкой под капот необходимо удостовериться, что уровень электролита не слишком высок.
▍ Оцениваем результаты
После ночного отстоя аккумуляторный тестер показывает 4.89 мОм и 568 А — 90% здоровья. Напряжение разомкнутой цепи 12.84 В соответствует 100-процентной заряженности.
Полезная ёмкость, отданная аккумулятором при втором контрольном разряде до 12 вольт под нагрузкой 3А, составила 31.01 А*ч — ровно половину паспортной!
Далее был произведён заряд в адаптивном режиме с установленным напряжением завершения 16.5 В. Плотность электролита в крайних банках составила 1.25, в средних — 1.255.
Как видим, 16.5 вольт — это не только не много, но даже мало, если речь идёт об экономном, щадящем алгоритме, который кратковременно использует повышенное напряжение при ограниченном токе для перемешивания электролита, а основную десульфатацию производит при более низком напряжении.
▍ «Кипятим» аккумулятор
Для сравнения теперь давайте попробуем дозаряжать кальциевую АКБ по старинке, с активным газовыделением и запахом сероводорода.
Устанавливаем зарядный ток 3 ампера — 5% от паспортной ёмкости — и снимаем ограничение напряжения, повернув регулятор зарядного устройства на максимум. Включаем ручной режим стабилизированного блока питания.
Напряжение быстро поднялось до 16.1 В. Температура АКБ на момент начала «кипячения» составляет 26.8 градусов Цельсия.
Прошёл час. Зарядное напряжение возросло до 16.8 В, а температура аккумулятора — до 30.9 градусов.
Наблюдается сильное помутнение электролита и активное газовыделение с образованием брызг.
5% паспортной ёмкости — это слишком высокий ток для классического дозаряда без ограничения напряжения. Оптимальная сила тока более чем втрое ниже и составляет полтора процента номинальной ёмкости 20-часового разряда. Тогда и напряжение не настолько зашкаливает.
Не следует забывать, что при масштабировании аккумуляторной батареи её масса, а, стало быть, и ёмкость, изменяется в третьей степени, а площадь поверхности корпуса — всего лишь во второй.
Это значит, что большие (например, грузовые) аккумуляторы более склонны к перегреву при заряде, и ток «высоковольтного» дозаряда в 5% от ёмкости им просто противопоказан. Для них лучше выбрать ещё более низкий ток — 1%.
Прошёл час дозаряда током 0.9 ампер. Зарядное напряжение не возросло, а наоборот, снизилось до 16.1 В.
Нагрев аккумулятора замедлился, и мы наблюдаем температуру 31.9 градуса. Однако это совершенно нормальная температура для заряда, особенно в жарком помещении.
Активное газовыделение сохраняется, но теперь уже не чрезмерно интенсивно.
Тем не менее, дальнейший дозаряд был продолжен в адаптивном автоматическом режиме, после восьми часов работы которого наблюдается плотность 1.28 во всех банках.
▍ Делаем выводы
Десульфатация завершена. Белых пятен сульфата свинца на пластинах и тоководах практически не осталось.
«Кипячение» слишком большими токами и напряжениями для кальциевого аккумулятора действительно представляет опасность, и это не миф.
Однако без повышенного напряжения невозможно осуществить перемешивание электролита и диссоциацию застарелых сульфатов. То и другое необходимо для десульфатации.
Благодаря применению адекватного профиля стационарного заряда, 4-летний аккумулятор, использовавшийся без обслуживания в течение 3 лет, получилось восстановить до 90% паспортной токоотдачи и 100% паспортной ёмкости.
Заряд без повышенного напряжения таких результатов не дал. Если не устранить сульфатацию и расслоение электролита, то под капотом автомобиля они будут прогрессировать, и аккумулятор вскоре придёт в такое же недозаряженное состояние, как было до стационарного заряда.
Правильно десульфатированная АКБ эффективнее восполняет заряд от генератора и сохраняет высокие эксплуатационные характеристики в течение более длительного времени эксплуатации.
Больше подробностей в оригинальном видео аккумуляторщика Виктора Vector, предоставившего опытные данные для статьи.
© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»
Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT 💻
