Содержание [скрыть]
Кипение аккумулятора всегда воспринимается как чрезвычайная ситуация, при ее возникновении немедленно начинается поиск причин. Правда, рецепты и советы обычно сводятся к замене или аккумулятора – мол, бракованный, если начал кипеть, или зарядного устройства – вышло из строя. Четкого ответа на вопрос, почему кипит аккумулятор при зарядке, каковы реальные причины, не дают даже специалисты фирм-производителей батарей для автомобилей.
Необычайную сложность процессов можно представить хотя бы тем, что при зарядке только химических реакций, идущих в свинцово-кислотном элементе, современным химикам известно более 40. Еще почти два десятка – процессы тепловые, конвективные, электрические, не имеющие химической природы, но влияющие на зарядку и кипение.
Теория и практика зарядки АКБ
Теория достаточно сложно описывает переходные процессы образования заряда. Ответить на вопрос – почему при зарядке кипит электролит, можно, сославшись на упрощенное объяснение процесса и пару формул:
- электродвижущая сила, или Э.д.с., на клеммах одиночной банки аккумулятора формируется, как разность потенциалов на электродах из свинца и двуокиси свинца;
- при заряде на положительной и отрицательной пластинах образуются свинец и двуокись свинца.
Э.д.с. на электродах можно увеличивать, повышая концентрацию серной кислоты в электролите, но при этом растет внутреннее сопротивление электролита. Оптимальное значение проводимости достигается при плотности в 1,24 -1,30 г/см3:
где
В ходе зарядки аккумулятора увеличивается плотность электролита, напряжение на электродах возрастает и достигает значений, при которых вместо отложений соединений свинца происходит разрядка ионов водорода и ионов гидроксония с выделением газообразных водорода и кислорода. Электролит кипит от пузырьков, а не от температуры. Кипение меняет интенсивность процессов заряда.
Должен ли кипеть аккумулятор при зарядке? Наука говорит, что заряженный и исправный аккумулятор должен начать кипеть, далее зарядку батареи необходимо прекращать. Если аккумулятор начал кипеть при зарядке – возникла неисправность цепи, или заряд достиг физических возможностей емкости батареи.
В реальной ситуации процесс образования кислорода и водорода начинается при достижении аккумулятором 30% заряда и более, его интенсивность увеличивается с ростом плотности электролита. Наглядным является процесс зарядки на обслуживаемом аккумуляторе, через отверстия для доливки воды можно различить одиночные пузырьки газов, выделяющиеся в процессе заряда батареи. Если считать выделение газов кипением, то при зарядке кипит аккумулятор всегда. Вопрос сводится к определению грани безопасного кипения, по достижении которой газообразование и кипение скачкообразно меняют свою интенсивность и приводят к необратимым последствиям. Важно вовремя остановить кипение аккумулятора или изменить характеристику заряда для предотвращения разрушения пластин батареи.
Обычная аккумуляторная батарея состоит из шести банок, объединенных последовательно в одну систему. Параметры зарядки устанавливаются для всех банок общим напряжением и током, формируемыми зарядным устройством. На начальном этапе зарядки образование пузырьков газа всегда было признаком нормального процесса накопления заряда. Если через пару часов в аккумуляторе одна банка не кипит, т.е. не выделяет одиночных пузырьков и не «работает на заряд», процесс останавливают для выяснения причин проблемы. Наиболее часто отказ возникает из-за внутреннего замыкания электродов.
Выход из строя одной банки приводит к тому, что на остальных пяти напряжение с 2,33 В увеличивается до 2,88 В, что значительно превышает расчетные параметры и зарядка выходит на режим перезаряда. Почему кипит аккумулятор при зарядке – происходит нагрев электролита, увеличивается его проводимость, возрастает зарядный ток, большое количество пузырьков кислорода и водорода заставляют кипеть электролит.
Если электрические параметры зарядки вовремя не скорректировать, очень быстро остальные пять элементов батареи получат поверхностный заряд и перейдут в режим интенсивного кипения электролита. При такой зарядке, параметры емкости определяются ионами металла, осевших на поверхностных порах пластин электродов. Величина заряда, как правило, составляет не более трети номинальной емкости батареи. Остальные поры электродного вещества, более глубокого залегания, соединения свинца не накапливают и остаются заполненными электролитом, поэтому в накоплении заряда участия не принимают. Аккумулятор, не получив заряда исчерпал свои возможности и начал кипеть.
Даже закрытые или герметизированные необслуживаемые аккумуляторы довольно сильно страдают от продуктов разложения электролита. При кипении водород и кислород, накапливающиеся в объеме банки при кипении, могут повышать внутреннее давление, вплоть до физического разрушения корпуса.
Специальный клапан, предусмотренный конструкцией батареи, легко пропускает водород из-за его высокой летучести, но с кислородом могут возникать определенные трудности. Особенно, если материал резины не способен полноценно противостоять воздействию адской смеси из серной кислоты и кислорода. В дешевых необслуживаемых батареях резина превращается в подобие эбонита, намертво запечатав клапан. Для водорода даже в этом случае подобный дефект не будет препятствием для вытекания из банки, кислород будет накапливаться, растворяться в электролите, тем самым усиливая коррозию электродов и тоководов.
Несмотря на единую технологию и материал, применяемый для изготовления положительных и отрицательных электродов аккумулятора, практически всегда банки одной батареи имеют небольшие отличия характеристик анодов. В процессе эксплуатации банки нагревались до разной температуры, по-разному накапливали и отдавали энергию. После 2-3 лет эксплуатации в одной связке аккумуляторной батареи находятся элементы с различными характеристиками. Практические измерения напряжения на банках подтверждают предположение.
В таких условиях одна или две банки батареи, имеющие пониженную из-за сульфатации или по иным причинам емкость, зарядятся быстрее остальных банок нормальной емкости. Возникает стандартная ситуация, когда в «немолодом» аккумуляторе часть банок подвергается перезаряду с кипением, а часть – недополучили заряд и поэтому очень уязвимы для глубоких разрядов и низких температур. Внешне выглядит так – аккумулятор кипит при зарядке, но не заряжается.
Кипит аккумулятор при езде
В ситуации с кипением электролита при заряде стационарным прибором еще как-то можно контролировать ход процедуры и при необходимости вносить коррективы. В условиях, когда аккумулятор годами эксплуатируется на автомобиле без какого-либо обслуживания, срок его службы может уменьшиться в разы. Если начинает кипеть аккумулятор на машине, причины те же, но последствия тяжелей. Почему кипит аккумулятор при езде? Вследствие появления дополнительных негативных факторов, связанных с эксплуатацией машины.
К отрицательным факторам относятся:
- наличие вибраций и ударов, способных вызвать расслоение и осыпание массы положительного электрода;
- огромные тепловые потоки в подкапотном пространстве в летний период нагревают батарею и электролит до нежелательных температур в 50-60ºС. Вода испаряется интенсивнее, выше саморазряд и коррозия клемм. При этом пузырьки интенсивно кипят, испаряют и выводят воду из электролита. В газах, выбрасываемых через клапан батареи, половину объема составляют водяные пары.
- работа генератора осложнена большим количеством бортовых потребителей энергии, снижающих возможность полноценного заряда батареи.
При длительном использовании фар, дворников, даже в продолжительном движении, аккумуляторная батарея не может получить заряд нужного уровня, а значит, резко повышается риск кипения одной из проблемных банок при недостаточном заряде остальных.
Статистика исследований причин выхода из строя необслуживаемых аккумуляторов говорит о том, что в 80% аккумулятор терял свои качества из-за сульфатации и кипения электролита. Практически всегда кипение обнаруживается на этапе выхода аккумулятора из строя.
Видео почему кипит аккумулятор:
