Аккумуляторная батарея – один из важнейших атрибутов любого автомобиля, и от правильной эксплуатации будет зависеть ее долговечность и «боеготовность» самой машины. В этой статье мы выясним, почему аккумулятор кипит при зарядке и можно ли этого избежать.
Устройство аккумулятора
Аккумулятор представляет собой набор пластин, разделенных диэлектрическими прокладками – сепараторами. Пластины имеют вид свинцовых решеток, в окна которых запрессован металлический свинец (катодные пластины) и диоксид свинца (анодные пластины). Пакет пластин и сепараторов погружен в электролит – водный раствор серной кислоты.
На рисунке цифрами обозначены:
- 1 – блок положительных электродов;
- 2 – полиэтиленовый сепаратор;
- 3 – блок отрицательных электродов.
Один такой аккумулятор представляет собой емкость из кислотостойкого материала – банку. Сверху банка оснащается небольшой крышкой (пробкой) с дренажным отверстием. Она нужна для обслуживания аккумулятора и сброса газов, выделяющихся на пластинах во время работы аккумулятора.
Каждый такой аккумулятор развивает ЭДС в 2 В. Для повышения выходного напряжения аккумуляторы соединяют в батареи, включая их последовательно. К примеру, 12-вольтовая автомобильная батарея представляет собой моноблок, состоящий из шести аккумуляторов. Нередко аккумуляторные батареи называют просто аккумуляторами. Это устоявшееся название, хотя и не совсем верное.
Важно. Существуют необслуживаемые аккумуляторы, не имеющие пробок. В этих батареях выделяющиеся при их работе газы рекомбинируют в воду в специальных каналах крышки, а их избыток сбрасывается специальными клапанами. Такая конструкция считается условно герметичной, но, конечно, не является герметичной полностью.
Как происходит процесс зарядки
Что происходит в аккумуляторе в процессе его зарядки и разрядки?
При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции:
Должен ли кипеть аккумулятор при зарядке? Исходя из вышеприведенных формул ни при зарядке, ни при разрядке никаких газов не выделяется, а значит, в нормальном режиме аккумулятор не кипит. Это относится также к зарядке от автомобильного генератора при езде и от сетевого зарядного устройства. Если кипение все же происходит, то это верный признак проблемы с батареей или режимом ее эксплуатации (см. раздел «Почему закипает аккумулятор»).
Как определить, что кипит аккумулятор
Как узнать, что при зарядке аккумулятора кипит электролит? Если батарея обслуживаемая, то достаточно вывернуть пробки и заглянуть вовнутрь банки. При кипении очень хорошо видно выделение пузырьков газа. Этот метод удобен во время стационарной зарядки – пробки на этот срок можно (и даже нужно) вывернуть и заглядывать в банку время от времени.
Но для контроля состояния батареи во время езды этот метод не очень удобен – не останавливаться же каждые 10 минут, чтобы заглянуть под капот. Единственное, это можно сделать сразу после поездки. А во время поездки выручают косвенные признаки. Они хороши еще и тем, что не исчезают даже после окончания кипения. Основные из них:
- Появление белого налета вокруг пробки (пробок), вызванное парами серной кислоты, которые увлекаются выходящими газами.
- Появление мокрого пятна или даже лужицы вокруг пробки (пробок). Здесь пузырьками газа увлекаются уже не пары, а сам электролит.
- Белый инееподобный налет на клеммах батареи. Вызван теми же парами кислоты, собирающимися в подкапотном пространстве и вызывающими коррозию свинцовых клемм.
Коррозии могут подвергаться и другие оголенные металлические элементы кузова, находящиеся вблизи батареи. К примеру, фиксирующая батарею планка. Выглядит такая коррозия, как обычная ржавчина.
Сказать, что эта батарея кипит, – ничего не сказать! Шипение и бульканье такой батареи, наверное, можно услышать и из-под капота
С обслуживаемым аккумулятором понятно. Что делать, если батарея необслуживаемая и не имеет пробок? Заглянуть в банку, конечно, не удастся, но все три косвенные «улики», перечисленные для обслуживаемой батареи, вполне справедливы и здесь. Только искать белый налет и мокрые пятна надо не на пробках (их просто нет), а на клапанах сброса избыточных газов.
Для обнаружения кипения при зарядке в стационарных условиях можно воспользоваться еще одним способом. Взять воздушный шарик и прижать его горловину к клапану. Если банка кипит, то шарик начнет увеличиваться в объеме.
Почему закипает аккумулятор
Почему он вообще кипит? Такой эффект может быть вызван целым рядом причин:
- Перезарядка. В процессе зарядки, как мы выяснили, происходит восстановление свинца из его сульфата. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — происходит так называемое «кипение».
- Чрезмерный зарядный ток. Если зарядный ток слишком велик, то батарея просто не успевает потратить большое количество энергии на зарядку. Излишки же энергии запускают процесс электролиза воды.
- Сульфатация. При длительной или неправильной эксплуатации батареи (в основном из-за глубокого разряда или систематического недозаряда) ее пластины покрываются чрезмерным слоем сульфата свинца. Это не только существенно снижает емкость аккумулятора, но и затрудняет протекание химических реакций. В результате получаемая при заряде энергия не успевает полностью расходоваться на восстановление свинца и начинается электролиз воды с выделением водорода и кислорода.
- Износ. Эта проблема возникает после длительной эксплуатации батареи и чаще всего начинается с кипения одной банки. Причина та же – неисправная банка не успевает потратить энергию на зарядку, и начинается электролиз.
- Низкий уровень электролита. Если пластины в той или иной банке частично оголены, то площадь соприкосновения их с электролитом становится меньше, а плотность зарядного тока — выше. Что вызывает чрезмерный ток, мы разобрали во втором пункте.
Чем это грозит
Чем чревато «закипание» аккумулятора? Прежде всего увеличивается износ и сильно сокращается ресурс работы батареи. Далее, при электролизе происходит безвозвратный расход воды (говорят, что вода «выкипает»). Если в обслуживаемом аккуме это некритично (воду можно просто вовремя долить), то с необслуживаемым это становится серьезной проблемой.
Кипение аккумулятора – это не только неудобство, но и серьезная опасность. При электролизе воды образуется смесь водорода с кислородом в идеальной для взрыва пропорции 2:1. Достаточно малейшей искры при кипении батареи в закрытом пространстве (включая подкапотное), чтобы произошел взрыв. Именно поэтому все аккумуляторные помещения оснащаются системой принудительной вентиляции.
Полезно. Многие решают вопрос с доливкой необслуживаемой батареи, просто просверлив в крышке отверстия, которые после доливки воды снова герметизируются (см. статью «Какие бывают тяговые аккумуляторы для лодочного мотора и какой выбрать»).
Что нужно делать и как избежать
Прежде чем принимать те или иные меры, необходимо выяснить, почему закипел аккумулятор. Если зарядный ток нормальный (измеряем амперметром, включенным последовательно с заряжаемой батареей), то причиной может быть износ, сульфатация пластин или низкий уровень электролита.
В случае если батарея обслуживаемая, последнюю проблему легко устранить, долив в банки дистиллированной воды (не электролита и тем более не кислоты!).
Аккум выработал свой ресурс? Его, конечно, придется заменить на новый.
Если произошла сульфатация, то можно попытаться батарею реанимировать, проведя десульфатацию специальным зарядно-разрядным устройством. Но нужно иметь в виду, что даже удачно десульфатированный аккумулятор будет уже не тот – у него уменьшатся емкость и ресурс.
Перезарядка. Чтобы ее избежать, необходимо контролировать степень зарядки по напряжению на заряжаемой батарее. Как только оно достигнет значения 13.8 ± 0.15 В, зарядку нужно прекратить. Что касается перезарядки во время езды и закипания аккумулятора прямо на машине, она может произойти при неисправности реле-регулятора. В этом случае напряжение в бортовой сети слишком велико, а при увеличении напряжения увеличивается и ток зарядки, вызывая закипание электролита.
Именно по этой причине для стационарной зарядки рекомендуется пользоваться автоматическими зарядными устройствами, которые в начале процесса стабилизируют ток, а в конце — напряжение.
Большой зарядный ток. Для большинства свинцовых аккумуляторов этот ток написан на корпусе. Максимальная величина зарядного тока составляет от 0.1 до 0.3 емкости аккумулятора. Например, если емкость аккумулятора равна 100 А/час, то ток заряда такого свинцового аккумулятора не может превышать 20 А или 30 А (это решает производитель).
Если рекомендуемый зарядный ток не указан, то необходимо следовать золотому правилу: 10 процентов от емкости. Перед окончанием зарядки батарея может закипеть даже при номинальном токе — это нормально. В этом случае его нужно просто уменьшить и контролировать напряжение, чтобы избежать перезарядки.
Если же батарея начинает кипеть во время зарядки сразу после подключения, то необходимо немедленно уменьшить ток и задуматься о покупке нового аккумулятора или проведения десульфатации. К сожалению, кипение старой или засульфатированной батареи во время езды при нормальном напряжении в бортовой сети (14.2-14.5 В) устранить, увы, не удастся. Тут вариант один – выяснение причин кипения и, возможно, покупка нового аккумулятора.
Вот мы и выяснили, из-за чего может кипеть автомобильный аккумулятор. А зная причины, мы можем успешно бороться с этим явлением.
Сейчас читают:
