Неисправности акб и их причины: признаки износа, сроки эксплуатации, списание аккумуляторных батарей

Неисправности аккумуляторных батарей | www.uazik.net

Аккумуляторные батареи (АКБ) могут отказать не только по вине производителя, но и при нарушении правил их эксплуатации на автомобиле. Возникшие дефекты снижают емкость и ток стартерного разряда батареи или делают ее неработоспособной.
Емкость (упрощенно) — сколько электричества в данный момент способна отдать батарея при разряде. Чем ниже этот параметр, тем меньше времени АКБ способна питать электрооборудование, например вращать стартер.
Номинальная емкость указывается производителем на корпусе батареи и определяется по специальной методике.
Степень заряженности — отношение емкости батареи к номинальной (умноженное на 100%). Указывает сколькими процентами от номинальной емкости обладает в данный момент батарея. Для обеспечения нормального ресурса АКБ степень заряженности должна находиться в пределах 75-95%.
Ток стартерного разряда (холодной прокрутки) определяет пусковые свойства батареи. При его снижении стартер будет медленнее прокручивать коленвал, что затрудняет пуск двигателя (при условии, что стартер исправен).

 

Производственные дефекты:

 

Появляются, как правило, в течение первых месяцев эксплуатации батареи. Их внешние проявления и возможные причины возникновения приведены ниже.

Дефект	Признаки	Возможная причина
Разрыв электрической цепи внутри АКБ	Напряжение на выводах батареи есть, но стартер не вращается	Разрушение мостиков* между банками. Плохая сварка полюсных клемм и т. п. (фото 1)
Короткое замыкание между положительными и отрицательными электродами (пластинами)	В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде зарядным устройством дефектная банка не «кипит». При работе стартера в банке происходит интенсивное газовыделение	Повреждение сепаратора или неправильное его размещение в процессе сборки (фото 2). Низкое качество материала сепаратора или отклонение его размеров от допустимых (фото 3). Перекос электродов
Недоформованная активная масса электродов (фото 4)	Полностью заряженная батарея не может обеспечить более двух – трех пусков двигателя, а при заряде и разряде интенсивно «кипит»	Нарушена операция формования – процесс заряда электродов
Отрыв электродов (пластин) от соединительных мостиков	При работе стартера электролит в такой банке «кипит». При бездействии батареи плотность электролита не снижается	Низкое качество сварки пластины с мостиком

 

Если гарантийный срок не истек и есть подозрение, что неисправность батареи появилась по вине производителя, необходимо обратиться в специализированную мастерскую. При этом надо иметь кассовый или товарный чек, а также гарантийный талон с датой продажи и наименованием организации-продавца. К тому же желательно, чтобы в нем были указаны характеристики батареи на момент продажи — плотность электролита, напряжение на выводах без нагрузки и т.

д. Это поможет проведению экспертизы.

В мастерской должны установить причину неработоспособности АКБ или снижения ее характеристик. Результаты исследования батареи заносят в гарантийный талон, и если дефект производственный — АКБ подлежит замене на новую.

 

Эксплуатационные дефекты

 

Возникают в результате небрежной эксплуатации батареи на автомобиле. Основные нарушения — не осуществляется контроль за уровнем электролита и состоянием электрооборудования. Дефекты, приведенные в таблице,
 

Дефект	Признаки	Возможная причина
Сильное окисление полюсных клемм	Напряжение на выводах батареи есть, а стартер не крутится. Клеммы греются	Не проводилась очистка полюсных клемм
Оплывание активной массы – оголение решеток электродов	Темный цвет электролита. Быстрое снижение напряжения батареи при работе стартера	Длительная эксплуатация батареи с низкими степенью заряженности и уровнем электролита. Вибрация незакрепленной батареи
Замерзание электролита при отрицательных температурах	Вздутие стенок корпуса или его разрушение	Очень низкие степень заряженности и плотность электролита из-за глубокого разряда АКБ
Взрыв смеси кислорода и водорода (гремучего газа)	Трещины на крышке и стенках или полное разрушение корпуса	Уровень электролита ниже верхних кромок электродов приводит к накоплению гремучего газа, который взрывается при малейшем искрении
Коррозия (полная) решеток положительных электродов	Батарея плохо заряжается*. Быстрое снижение напряжения батареи при работе стартера	Постоянный перезаряд из-за большого напряжения (более 14,6 В). Интенсивная эксплуатация автомобиля (более 60 тыс км. в год)
Короткое замыкание между электродами	В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде дефектная банка не выделяет газ и не «кипит». При работе стартера в банке происходит интенсивное газовыделение	Большое количество оплывшей активной массы**. Разрушение сепараторов из-за низкого уровня электролита

* Заряд током 5,5 А батареи емкостью 55 А.ч продолжается более 15 часов.
** Только для старых типов батарей с сепараторами типа мипласт.

 
 
делают батарею практически непригодной к дальнейшему применению. Исключение составляет только оплывание активной массы электродов, да и то лишь в начальной стадии. Поскольку значительное образование шлама (оплывшей активной массы) приводит к оголению решеток пластин и потере работоспособности АКБ при включении стартера.

Причины эксплуатационных дефектов возникают из-за перечисленных ниже факторов.

Низкая степень заряженности (менее 75%) может являться результатом:

• слабого натяжения ремня привода генератора;
   
• неисправности генератора и регулятора напряжения.
  При работающем двигателе на выводах батареи напряжение составляет менее 13,6 В;
   
• неисправности стартера, приводящие к увеличению силы тока, которую он потребляет, или повторению попыток пуска двигателя;
   
• окисление клемм соединений силовых проводов, что ухудшает работу стартера или заряд батареи;
   
• постоянное использование при стоянии в пробке мощных потребителей электроэнергии (например, обогревателя заднего стекла). Генератор не всегда может обеспечить их работу на холостых оборотах двигателя, поэтому АКБ разряжается;
   
• регулярные многократные прокручивания коленвала двигателя (неудачные попытки пуска) при последующем кратковременном движении. Генератор не успевает достаточно зарядить батарею.

Уровень электролита будет ниже нормы, если:

• своевременно не проводить контроль его уровня. В жаркую погоду желательно производить проверку чаще, поскольку высокая температура способствует быстрому испарению воды;
  
   
• на выводы батареи подается напряжение более 14,6 В из-за неисправности регулятора напряжения.

При интенсивной эксплуатации автомобиля в режиме «такси» (более 60 тыс. км в год) необходимо как можно чаще (через 3-4 тыс. км пробега) проверять уровень электролита. Также желательно, чтобы напряжение на клеммах АКБ находилось в пределах 13,8 –13,9 В.

 

Рекомендации

В случае сильного разряда можно попытаться самостоятельно установить его причину, воспользовавшись ориентировочной схемой действий:
Рис. 1. Ориентировочный порядок действий для выяснения причины разряда АКБ.

* Пример ориентировочной оценки времени заряда АКБ номинальной емкостью 55 А·ч (например, 6СТ-55А).

Плотность электролита при +25С составляет 1,21 г/см3.
По табл. 3 определяем степень заряженности — 56%.
Фактическая емкость батареи — 55і0,56=30,8 А·ч.

Ее необходимо подзарядить на 55–30,8=24,2 А·ч.
Теоретическое время заряда током 5,5 А — 24,2/5,5=4,4 часа
Действительное время заряда с учетом к.п.д. (0,85) — 4,4/0,85= 5,2 часа.
На окончание заряда указывает бурное газовыделение. Плотность электролита во всех банках должна составлять 1,27-1,28 г/см3 (при +25°С).

Признаки неисправности батареи могут появляться не только из-за ее дефектов. Например, низкая плотность электролита в одной из банок возникает при доливе в нее дистиллированной воды больше уровня. Добавлять электролит, а тем более кислоту в банку ни в коем случае недопустимо.

Перед зимним сезоном будет не лишним снять батарею с автомобиля и зарядить постоянным током равным 0,1 от численного значения номинальной емкости. Для батареи номинальной емкостью 55 А·ч сила зарядного тока должна составлять 5,5 А.

В зимних условиях эксплуатации, когда часто включены мощные потребители (фары, отопитель, обогреватель заднего стекла и т. п.), желательно раз в месяц проверять степень заряженности батареи по плотности электролита с учетом температурной поправки.
 

Температура электролита, °С	–34…-20	–19…–5	-4…+10	+11…+25	+26…+40
Поправка, г/см3	–0,03	–0,03	–0,02	–0,01	+0,01

 
Это поможет своевременно принять решение:

• о необходимости заряда батареи стационарным зарядным устройством;
   
• о рациональном использовании электроприборов;
   
• о поиске неисправности в электрооборудовании.

Рис. 2. Упрощенная диаграмма определения необходимости заряда аккумуляторной батареи в зависимости от температуры и плотности электролита.

5 причин смерти АКБ зимой / Причины неисправности АКБ — Блог — AutoShop98.com

В 95 % случаев автомобильные аккумуляторы полностью выходят из строя зимой. С приходом морозов они в одно прекрасное утро отказываются крутить стартер. Некоторые из «умерших» АКБ еще можно оживить, просто подзарядив их с помощью стационарного устройства. Однако чаще всего приходится идти в магазин за новым аккумулятором, так как замерзшие, как правило, восстанавливать бесполезно.

В статье описаны основные 5 причин, по которым срок службы АКБ заканчивается, как правило, в зимнее время. В завершении приведены элементарные советы, как помочь аккумулятору безболезненно пережить нелегкое для него время.

---

Причина 1. Недостаток обслуживания

---

С наступлением холодов даже самые заядлые автолюбители реже заглядывают под капот, чем по теплу. Это факт. А автомобильный аккумулятор, даже если он только с магазина, зимой требует не меньше внимания, чем прослуживший несколько лет.

---

Причина 2. Критическое снижение плотности электролита

---

Электролит нормальной плотности (батарея полностью заряжена) не замерзает даже при очень сильных морозах. По мере разряда АКБ электролит в нем постепенно превращается в дистиллированную воду. Чем сильнее он разряжен, тем при меньшем морозе происходит замерзание.

Замерзший аккумулятор – мертвый аккумулятор. Он не только не будет крутить стартер, но и после отогрева с последующим зарядом от стационарного устройства уже не восстановит свою первоначальную емкость. В результате образования расширяющегося льда безвозвратно деформируются свинцовые пластины, вплоть до разрушения.

---

Причина 3. Неэффективный заряд от генератора

---

Машина простояла всю ночь на морозе. Утром ее завели (потратив на это немало энергии), прогрели пару минут и поехали. Доехав за 20 минут до места назначения, двигатель глушится. Чаще всего таких поездок бывает по две за день – на работу утром и обратно вечером.

Среднестатистический автолюбитель полагает, что за время этого кратковременного передвижения аккумулятор восстанавливает потраченную на запуск энергию от генератора. Однако это не так. В зимнее время химические процессы в АКБ существенно замедляются. По этой причине после запуска двигателя аккумулятор почти не принимает заряд от генератора в течение 30 минут. Соответственно, восстановить потерянное он не успевает.

Если за батареей не следить, и ездить в таком режиме день за днем, она постепенно разрядится в ноль, электролит превратится в воду и замерзнет. Это касается как старых аккумуляторов, так и абсолютно новых.

---

Причина 4.

Повышенное энергопотребление

---

Зимой холодно, а световой день короче. Соответственно, постоянно работает вентилятор печки и чаще включаются фары. Даже самый мощный и полностью исправный генератор с трудом справляется с восстановлением заряда АКБ и одновременным питанием всех включенных потребителей. Соответственно, все это частично работает от батареи, которая свой заряд недополучает.

Последствия аналогичные вышеописанным – замерзание электролита.

---

Причина 5. Утрудненные пуски двигателя

---

При морозах масло в картере двигателя заметно густеет. Чтобы стартер смог прокрутить коленчатый вал во время запуска, ему требуется очень много энергии. Если машина с дизельным мотором, ситуация еще больше усугубляется, так как такие двигатели и по теплу крутить тяжело. Нагрузка на АКБ возрастает и тогда, когда в авто есть газовая установка, с которой двигатель запускается зимой с трудом, и не всегда с первой попытки.

Подобьем итоги, 5 основных причин неисправности АКБ зимой

1. Недостаток обслуживания в зимнюю пору года.
2. Критическое снижение плотности электролита.
3. Неэффективный заряд от генератора.
4. Повышенное энергопотребление зимой.
5. Утрудненные пуски двигателя.

Вывод

Самый главный совет, исходящий из вышесказанного, заключается в следующем. Аккумуляторную батарею зимой нужно всегда поддерживать в заряженном состоянии. Для этого надо регулярно контролировать ее состояние (по напряжению, плотности, индикатору на корпусе) и, при необходимости, не лениться подзаряжать от стационарного устройства.

Если аккумулятор старенький, то он не способен держать заряд всю ночь по умолчанию. Даже если его зарядить с вечера, к утру плотность снизится, все замерзнет и так далее. АКБ еще послужит, если забирать его на ночь в тепло. К сожалению, делать это могут только те автолюбители, которые оставляют свои авто на ночь в запираемом гараже или на охраняемой парковке.

---

Видео: причины неисправности АКБ и способы их устранения

---

Схожий материал

Топ-10 отличных семейных автомобилей с полным приводом

Как подготовить автомобиль к продаже

Как правильно перевезти собаку в машине

Меняем тормозные колодки на колесах своими руками

Принцип работы датчика давления в шинах: обзор, особенности и устройство

Обман на АЗС: как нам не доливают бензин и как уберечься от жульничества?

Самый дешевый способ очистки системы охлаждения автомобиля

Как продлить жизнь автомобильного аккумулятора

Удаление ржавчины с кузова автомобиля в домашних условиях

Правильная зарядка АКБ дешевым зарядным устройством

Система рулевого управления автомобиля, её диагностика и ремонт

Как избавиться от запотевания стекол в автомобиле. Причины и способы их устранения.

Об автомобильных тормозах: история появления, правила ухода

Восстановление автомобильного аккумулятора

10 возможных причин почему низкое напряжение бортовой сети

Галоген или светодиод — что лучше. Сравнение по 15 критериям

ГУР vs ЭУР: что лучше — гидроусилитель или электроусилитель руля

Как проверить генератор автомобиля: 10 основных неисправностей

10 причин почему стартер еле крутит и пояснения к ним

Как проверить втягивающее реле стартера

Какой домкрат купить и как правильно его выбрать

Какой набор инструментов купить для автомобиля: 5 вариантов

История шин Bridgestone / Бриджстоун

История шин Матадор / Matador

неисправности акб для списания симптомы умирающего аккумулятора замыкание аккумуляторной батареи неисправная акб неисправности и техническое обслуживание аккумуляторной батареи электролит на поверхности аккумулятора коробление пластин аккумулятора причины неисправности акб автомобиля неисправности акб и их причины неисправности акб причины и способы их устранения

Неисправности аккумуляторной батареи | Устройство автомобиля

 

Какие неисправности могут возникнуть в аккумуляторной батарее?

К основным неисправностям аккумуляторной батареи относятся: окисление выводных штырей и клемм, подтекание электролита через трещины в баке, повышенный саморазряд, внутреннее короткое замыкание пластин, их сульфатация.

Какие причины окисления штырей и клемм и как их устраняют?

Штыри и клеммы окисляются при попадании на них паров электролита. Для удаления окислов мелкой наждачной стеклянной бумагой зачищают выводные штыри и клеммы. Выявляют трещины на мастике и паяльником прогревают эти места до расплавления мастики. Устанавливают клеммы на штыри, хорошо закрепляют, а затем смазывают их тонким слоем технического вазелина. Подтягивают крепление проводов, соединяющих клеммы с массой и стартером.

Какие причины подтекания электролита и как их устраняют?

Подтекание электролита происходит из-за образования трещин на баке при недостаточном креплении батареи на автомобиле или падении ее. Такую батарею лучше сдать в ремонтную мастерскую. Если это невозможно, то выливают остаток электролита, протирают и просушивают бак, а затем расширяют острым предметом трещину и заливают ее эпоксидной смолой.

Какие причины повышенного саморазряда батареи и как их устраняют?

Повышенный саморазряд аккумуляторной батареи может быть от загрязнения поверхности батареи электролитом, водой, грязью, попадания внутрь ее металлических предметов или частиц, образующих гальванические пары, применения для доливания электролита недистиллированной воды. Чтобы устранить саморазряд, протирают поверхность батареи, удаляют металлические предметы, а при необходимости заменяют и электролит с промывкой батареи дистиллированной водой.

Какие причины вызывают внутреннее короткое замыкание пластин и как их устраняют?

Короткое замыкание пластин возникает при неисправности сепараторов, короблении пластин во время разрядки токами большой силы (длительное пользование стартером, проба на искру). На коробленной пластине появляются трещины, а затем выпадает активная масса, которая, опускаясь вниз в виде шлама, заполняет ребра и соединяет отрицательные пластины с положительными, что ведет к еще большей силе разрядных токов и выходу батареи из строя. Такую батарею необходимо сдать в ремонт. Если такой возможности нет, то следует разрезать соединительные перемычки данного аккумулятора, снять мастику и вынуть его из бака. Слить электролит, удалить шлам и заменить поврежденные пластины и сепараторы. Установить аккумулятор на место, запаять соединительные перемычки, залить мастику, а затем и электролит. Подзарядить аккумуляторную батарею.

Что такое сульфатация пластин и какие причины ее образования?

Сульфатация пластин – это поверхностное покрытие пластин крупнокристаллическим сернокислым свинцом в виде белого налета. Крупные кристаллы сульфата свинца закрывают поры активной массы, препятствуя проникновению электролита и формированию активной массы при зарядке. Сопротивление батареи резко возрастает. Активная поверхность пластин уменьшается, вызывая снижение емкости батареи. Признаком сульфатации пластин является то, что батарея быстро заряжается, то есть в ней быстро повышаются напряжение и температура электролита, происходит бурное газовыделение, а плотность электролита повышается незначительно. При установке такой батареи на автомобиль и включении потребителей (стартера) она тут же разряжается из-за малой емкости.

Причинами сульфатации пластин есть разряд батареи ниже 10,2 В, длительное хранение ее в разряженном состоянии, недостаточная плотность электролита, низкий уровень электролита или его отсутствие.

Как устраняют небольшую сульфатацию пластин?

Небольшую сульфатацию пластин можно устранить проведением одного или нескольких циклов «заряд – разряд». Для этого аккумуляторную батарею полностью заряжают и доводят плотность электролита в каждом аккумуляторе до 1,285 г/см³, доливая электролит плотностью 1,4 г/см³ или дистиллированную воду. Затем батарею разряжают через лампу силой тока 4-5 А до напряжения 1,7 В в каждом аккумуляторе, определяют разрядную емкость и приводят ее к температуре 30°С по формуле:

где Е_Д – емкость аккумуляторной батареи, приведенная к +30°С, А·ч; Е_Р – разрядная емкость аккумуляторной батареи, полученная умножением силы разрядного тока на время разрядки в часах, А·ч; t – средняя температура электролита в аккумуляторах во время разрядки, °С; 0,01 – температурный коэффициент емкости.

Если действительная емкость будет не менее 80% номинальной, батарею снова заряжают и устанавливают на автомобиль. Этот цикл рекомендуется применять после 6 месяцев хранения батареи и перед длительным ее хранением.

Как и чем проверяют уровень и плотность электролита?

Проверяют уровень электролита в каждом аккумуляторе с помощью стеклянной трубки внутренним диаметром 3-5 мм, открытой с обоих концов (рис.88, а).

Рис.88. Приборы для проверни уровня (а) и плотности (в) электролита, напряжения (б) аккумулятора.

Для контроля уровня трубку опускают в аккумулятор до упора в предохранительную сетку, а затем, закрыв ее пальцем, вынимают. Столбик жидкости в трубке укажет на уровень электролита в данном аккумуляторе. В случае его понижения необходимо долить чистой дистиллированной воды (доливать лучше перед выездом на линию или перед зарядкой батареи с тем, чтобы вода хорошо перемешалась с электролитом). Если уровень понизился из-за вытекания электролита (трещины бака, опрокидывание батареи), то доливают не воду, а электролит такой же плотности, что и в остальных аккумуляторах. При отсутствии стеклянной трубки уровень электролита можно проверить чистой эбонитовой или деревянной палочкой.

Ареометром или денсиметром проверяют плотность электролита в каждом аккумуляторе (рис.88, в). По плотности электролита можно судить о степени заряженности аккумуляторной батареи, руководствуясь данными таблицы 8. Необходимо помнить, что температура замерзания электролита зависит от его плотности. Если плотность снизилась до 1,1 г/см³, то он замерзнет в батарее при температуре -7°С; при 1,22 -37; 1,31 -66°С. Замерзая, электролит расширяется и разрушает бак. Батарея выходит из строя. Поэтому при хранении автомобиля на улице в холодное время года рекомендуется на ночь снимать аккумуляторную батарею и хранить ее в теплом помещении.

8. Плотность электролита (г/см³), приведенная к 15°С в зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи, %

Степень заряженности
100	75	50
1,31 1,29 1,27 1,25	1,27 1,25 1,23 1,21	1,23 1,21 1,19 1,17

Какое назначение нагрузочной вилки, как она устроена и работает?

Нагрузочная вилка («пробиик») служит для измерения напряжения в каждом аккумуляторе. Она состоит (рис.88, б) из двух контактных ножек, рукоятки, нагрузочного сопротивления и вольтметра. В нагрузочной вилке НИИАТ ЛЭ-2 имеются два сопротивления: одно из них включают при проверке батарей емкостью 44-65 А·ч, другое – емкостью 70-100 А·ч. Сопротивление подключается при помощи зажимов. Нагрузочную вилку включают плотным прижиманием ножек к выводам проверяемого аккумулятора в течение 5 с. В конце пятой секунды считывают показания вольтметра. При исправной и заряженной батарее напряжение будет 1,7-2,0 В. Если оно меньше, то батарею сдают на зарядку или в ремонт.

***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Источники электрического тока на автомобиле»

аккумулятор, аккумуляторный, батарея, емкость, пластина, плотность, уровень, электролит

Смотрите также:

Рекомендуем автоаккумуляторы батареи только проверенных производителей акб

Почему автомобильные аккумуляторы выходят из строя?

Привычка вождения, а не неисправность аккумулятора, часто является причиной отказа аккумулятора.

Немецкий производитель роскошных автомобилей сообщает, что из 400 автомобильных аккумуляторов, возвращенных по гарантии, 200 работают хорошо и не имеют проблем. Низкий заряд и расслоение кислоты являются наиболее распространенными причинами явного отказа. Производитель автомобилей говорит, что проблема чаще встречается в больших роскошных автомобилях, предлагающих энергоемкие вспомогательные опции, чем в более простых моделях.

В Японии неисправность аккумуляторной батареи является самой большой жалобой владельцев новых автомобилей. Средний автомобиль проезжает всего 13 км (8 миль) в день и в основном в перегруженном городе. В результате аккумуляторы никогда не заряжаются полностью и происходит сульфатация. Аккумуляторы в японских автомобилях маленькие и обеспечивают мощность, достаточную только для запуска двигателя и выполнения некоторых элементарных функций. Северная Америка может быть защищена от этих проблем с батареями, отчасти из-за поездок на большие расстояния.

Хорошие рабочие характеристики аккумулятора важны, поскольку проблемы в течение гарантийного периода негативно сказываются на удовлетворенности клиентов. Любая потребность в обслуживании в течение этого времени регистрируется, и номер публикуется в отраслевых журналах. Эти данные вызывают большой интерес у потенциальных покупателей автомобилей во всем мире.

Неисправность батареи редко бывает вызвана заводским браком; водительские привычки являются более распространенными виновниками. Высокая мощность вспомогательного оборудования при движении на короткие расстояния предотвращает периодическую зарядку до полного насыщения, что так важно для долговечности свинцово-кислотного аккумулятора. По данным ведущего европейского производителя автомобильных аккумуляторов, заводской брак составляет менее 7 процентов.

Аккумуляторная батарея остается слабым звеном, и поломки на 1,95 млн автомобилей в течение шести лет и менее выглядят следующим образом:

52 % аккумулятор
15 % спущенная шина
8 % двигатель
7 % колеса
7 % впрыск топлива
6 % обогрев и охлаждение
6 % топливная система

* Источник ADAC 2008 за 2007 год

Кислотное расслоение, проблема автомобилей класса люкс

Распространенной причиной выхода из строя аккумуляторной батареи является кислотное расслоение. Электролит в многослойной батарее концентрируется на дне, в результате чего верхняя половина элемента становится бедной кислотой. Этот эффект подобен чашке кофе, в которой сахар собирается на дне, когда официантка забывает принести ложку для перемешивания. Аккумуляторы склонны расслаиваться, если их держать на низком уровне заряда (ниже 80%), и у них никогда не будет возможности полностью зарядиться. Этому способствует езда на короткие расстояния с работающими стеклоочистителями и электрическими обогревателями. Кислотное расслоение снижает общую производительность батареи.

На рис. 1 показана обычная батарея, в которой кислота равномерно распределена сверху вниз. Эта батарея обеспечивает хорошую производительность, потому что пластины окружены правильной концентрацией кислоты. На рис. 2 показана многослойная батарея, в которой концентрация кислоты мала вверху и тяжела внизу. Легкая кислота ограничивает активацию пластины, способствует коррозии и снижает производительность. С другой стороны, высокая концентрация кислоты на дне искусственно повышает напряжение холостого хода. Аккумулятор выглядит полностью заряженным, но имеет низкий CCA. Высокая концентрация кислоты также способствует сульфатации и дополнительно снижает и без того низкую электропроводность. Если не проверить, такое условие в конечном итоге приведет к выходу из строя батареи.

Рис. 1: Обычная батарея Кислота равномерно распределяется сверху вниз в ячейке и обеспечивает максимальную CCA и емкость.

Рис. 2: Многослойная батарея Концентрация кислоты легкая вверху и тяжелая внизу. Высокая концентрация кислоты искусственно повышает напряжение холостого хода. Аккумулятор выглядит полностью заряженным, но имеет низкий CCA. Чрезмерная концентрация кислоты вызывает сульфатацию нижней половины пластины с.

Дать аккумулятору отдохнуть в течение нескольких дней, встряхнуть или опрокинуть устройство, чтобы устранить проблему. Дополнительный заряд, при котором 12-вольтовая батарея доводится до 16 вольт в течение одного-двух часов, также устраняет расслоение кислоты. Топпинг также снижает сульфатацию, вызванную высокой концентрацией кислоты. Необходимо внимательно следить за тем, чтобы батарея не нагревалась и не теряла избыточный электролит из-за выделения водорода. Всегда заряжайте аккумулятор в хорошо проветриваемом помещении. Накопление газообразного водорода может привести к взрыву. Водород не имеет запаха и может быть обнаружен только с помощью измерительных приборов.

Сложность тестирования аккумуляторов

В течение последних 20 лет тестирование аккумуляторов отставало от других технологий. Причина: аккумулятор очень сложно тестировать, если не считать полного заряда, разряда и перезарядки. Батарея ведет себя так же, как мы, люди. Мы до сих пор не знаем, почему в одни дни мы работаем лучше, чем в другие.

Даже при использовании высокоточного зарядно-разрядного оборудования свинцово-кислотные аккумуляторы производят тревожно высокие колебания емкости при повторяющихся измерениях. Чтобы продемонстрировать варианты, Cadex протестировал 91 автомобильные аккумуляторы с различными уровнями производительности (рис. 3). Сначала мы подготовили батареи, дав им полную зарядку и 24-часовой период отдыха. Затем мы измерили емкость, подав разряд 25 А на 10,50 В или 1,75 В на элемент (черные ромбы).

Эта процедура была повторена во второй раз, и полученные мощности были нанесены на график (фиолетовые квадраты). Это привело к колоссальным +/- 15% различиям в показаниях емкости для всего населения. Некоторые батареи показали более высокие показания во второй раз; другие были ниже. Другие химические вещества, по-видимому, более стабильны в показаниях емкости, чем свинцово-кислотные.

Рисунок 3: Колебания емкости. Емкость 91 автомобильного аккумулятора, измеренная с помощью обычного метода разрядки, показывает колебание +/- 15%.

С самого начала нагрузочные тестеры были стандартным методом тестирования автомобильных аккумуляторов. 1992 год принес нам проводимость переменного тока, метод, который упростил тестирование батарей. Сейчас мы экспериментируем с мультимодельной спектроскопией электрохимического импеданса (ЭИС) в портативном варианте по доступной цене.

Получить быструю и достоверную оценку неисправного аккумулятора сложно. Большинство используемых тестеров аккумуляторов измеряют только ток холодного пуска (CCA) и показания напряжения. Емкость, самый важный показатель батареи, недоступен. В то время как получение только показаний CCA относительно просто, измерение емкости очень сложно, а инструменты, предлагающие эту функцию, дороги.

Spectro CA-12 производства Cadex Electronics является первым в серии высокотехнологичных тестеров аккумуляторов, способных измерять емкость, CCA и состояние заряда (SoC) в рамках одного неинвазивного теста. Технология основана на мультимодельной спектроскопии электрохимического импеданса (ЭИС). Система вводит 24 частоты возбуждения в диапазоне от 20 до 2000 Гц. Синусоидальные сигналы регулируются на уровне 10 мВ/элемент, чтобы оставаться в пределах напряжения тепловой батареи свинцово-кислотного аккумулятора. Это обеспечивает стабильные показания для маленьких и больших батарей.

Во время 30-секундного теста выполнено более 40 миллионов транзакций. Запатентованный алгоритм анализирует данные, и окончательные результаты отображаются в виде емкости, CCA и состояния заряда.

ЭИС очень сложна и до недавнего времени требовала специальных компьютеров и дорогого лабораторного оборудования, не говоря уже о химиках и инженерах для интерпретации показаний. Аппаратное обеспечение полной системы EIS обычно монтируется на стойках, а установка стоит десятки тысяч долларов.

Сложный выбор

Ни один тестер аккумуляторов не решает всех проблем. Тестеры начального уровня недороги, просты в использовании и способны обслуживать широкий спектр батарей. Однако эти устройства дают лишь приблизительную информацию о состоянии батареи. Лабораторные испытания в Cadex показывают, что тестер аккумуляторов на основе EIS в четыре раза точнее определяет разряженные аккумуляторы, чем электропроводность переменного тока. Обычные тестеры часто ошибочно оценивают аккумулятор из-за низкого уровня заряда. Многие батареи заменяются, когда они должны были быть перезаряжены, в то время как другим выдается свидетельство об исправности, когда они должны были быть заменены.

Кислотное расслоение трудно измерить даже с помощью технологии EIS. Неинвазивные тестировщики просто делают снимок, усредняют измерения и выдают результаты. Многослойные батареи, как правило, показывают более высокие показания состояния заряда из-за повышенного напряжения. На предварительных тестах Spectro CA-12 также показывает несколько более высокие показания CCA и емкости, чем обычно. После того, как аккумулятор отдохнул, емкость имеет тенденцию к нормализации. Это может быть связано с эффектами диффузии в стратифицированных в результате покоя. Доступно мало информации о том, как долго стратифицированная батарея должна отдыхать, чтобы улучшить состояние, за исключением того, что более высокие температуры ускорят процесс диффузии.

В идеале тестер аккумуляторов должен показывать уровень кислотного расслоения; сульфатация, поверхностный заряд и другие подобные условия и показать, как исправить проблему. Эта функция пока невозможна. Проводится много исследований, чтобы найти решение, которое предлагает более полную оценку батареи без необходимости полной разрядки. Знания, полученные о свинцово-кислотных батареях, можно затем применить к другим аккумуляторным системам, таким как тяговые, военные, морские, авиационные и стационарные батареи.

5 странных проблем, вызванных слабым аккумулятором, и как их избежать

&nbsp Показать все 6 фотографий

Сводка

Разряженная батарея может привести к множеству неприятных проблем. Вот как их избежать.

Сводка

Разряженная батарея может привести к множеству неприятных проблем. Вот как их избежать.

Аккумулятор вашего автомобиля, вероятно, не будет работать так долго, как вы думаете. Согласно сообщениям владельцев множества различных марок и моделей автомобилей, заводские аккумуляторы во многих современных автомобилях имеют более короткий, чем ожидалось, срок службы — всего два или три года.

Когда этот аккумулятор начинает часто затянувшийся процесс умирания, неприятные проблемы с электроникой автомобиля становятся все более вероятными. Современная автомобильная электроника может быть такой же суетливой едокой: если они не получат именно то, что им нравится, они станут раздражительными и могут даже устроить сцену.

Что именно нравится современной автомобильной электронике? Непрерывный, стабильный поток электроэнергии в точном количестве, обеспечиваемый свежей и исправной батареей.

Все, что меньше, может вызвать проблемы в ряде систем и функций автомобиля, которые проявляются случайным образом и их трудно воспроизвести, что расстраивает, когда вы пытаетесь показать технику, что не так.

Вот пять странных проблем, часто возникающих, когда батарея садится, и несколько советов, как избежать головной боли, связанной с батареей.

Случайное и спонтанное загорание нескольких контрольных ламп

Основным признаком разряда аккумулятора является внезапное и спонтанное загорание нескольких контрольных ламп и предупреждающих сообщений в комбинации приборов, что может сопровождаться неработоспособностью различных систем, включая круиз-контроль, антиблокировочная система тормозов, контроль тяги и многое другое.

Однажды ваша приборная панель может загореться, как поплавок на рождественском параде, когда многие системы будут отключены. В другой день все может пойти нормально.

Это отличный повод для профессионального осмотра аккумулятора и системы зарядки и немедленной замены аккумулятора, если он не прошел профессиональный тест.

Pro Tip

Многие автовладельцы сообщают о неудовлетворительной производительности аккумуляторов, установленных на заводе, при этом некоторым из них требуется несколько замен аккумуляторов в течение короткого промежутка времени. Есть много факторов, влияющих на исправность автомобильного аккумулятора, поэтому регулярная проверка аккумулятора — отличная идея. Профессионал может легко проверить состояние батареи (часто это бесплатно), и вы даже можете сделать это самостоятельно, если у вас есть мультиметр, который, как правило, недорог. Здоровый, полностью заряженный автомобильный аккумулятор должен показывать около 12,6 вольт.

Зажигание/дверные замки/окна/аксессуары по собственному усмотрению

Проблемы, подобные перечисленным ниже, часто могут быть связаны со слабым или умирающим аккумулятором: ;

Дверные замки с электроприводом, которые самопроизвольно меняют положение сразу после того, как вы их запираете или отпираете;

Кнопочное зажигание, которое срабатывает непоследовательно;

Электрические стеклоподъемники, которые случайным образом реагируют на входы переключателя электрических стеклоподъемников;

Нестабильная работа стереосистемы;

Случайный сбой или сбои в работе сенсорного интерфейса;

Неустойчивая работа брелоков дистанционного управления или электропривода складной крыши.

Многие владельцы сообщают, что свежая батарея решает подобные проблемы, хотя тут многое зависит от многих факторов.

Если один или несколько аксессуаров с электронным питанием в вашем автомобиле ведут себя странно, начните диагностику с проверки аккумулятора и системы зарядки.

Pro Tip

Редкое использование автомобиля или частое использование автомобиля на очень коротких дистанциях может отрицательно сказаться на сроке службы аккумулятора. Если ваш автомобиль стоит в гараже в течение длительного периода времени или если вы ездите на нем всего несколько минут за раз, ваша батарея может разряжаться быстрее, чем ваш генератор может ее зарядить. Со временем это может привести к снижению производительности и долговечности аккумулятора.

Если у вас небольшой пробег или вы редко пользуетесь своим автомобилем, рассмотрите возможность более длительных поездок примерно раз в неделю. Просто отправляйтесь на ближайшее шоссе и отправляйтесь в круиз. Это хорошо для вашей батареи (и может помочь сохранить ваш двигатель чистым и счастливым).

Ошибка автоматического запуска/остановки

Автоматические системы запуска/остановки обычно используются в современных автомобилях для выключения двигателя, когда автомобиль останавливается на светофоре, и перезапуска его, когда водитель отпускает тормоза. Цель состоит в том, чтобы сократить время работы на холостом ходу и сэкономить топливо.

Слабая или разряженная батарея может, однако, нанести ущерб многим системам автоматического запуска/остановки, которые требуют выполнения различных условий для правильной работы. К ним относятся условия, связанные с температурой окружающей среды, рабочей температурой двигателя, запросами от системы климат-контроля и других аксессуаров, а также исправной аккумуляторной батареей.

Система автоматического запуска/остановки не обязательно останавливает двигатель каждый раз, когда вы останавливаете машину, но разряженный или разряженный аккумулятор может вообще помешать работе системы. В некоторых случаях разряженный или разряженный аккумулятор может даже помешать системе перезапустить двигатель, из-за чего вы можете заглохнуть посреди перекрестка.

Это происходит редко, но подчеркивает важность регулярных проверок аккумуляторной батареи и системы зарядки в рамках плана текущего обслуживания вашего автомобиля. В вашем руководстве по эксплуатации есть полная информация.

Обратите внимание, что слабая батарея может случайно отключить другие функции, включая адаптивный круиз-контроль, мониторинг слепых зон и многие другие.

Pro Tip

Не отсоединяйте и снова не подсоединяйте автомобильный аккумулятор в надежде сбросить некоторые проблемы, связанные с электроникой, если у вас нет профессионального подтверждения того, что это нормально.

Иногда отключение аккумулятора в современном автомобиле может решить досадную проблему. В других случаях это может привести к срабатыванию иммобилайзера двигателя, блокировке автомобиля или даже повреждению дорогостоящей бортовой электроники. Обратитесь к руководству пользователя для получения дополнительной информации, отметив, что в некоторых автомобилях есть определенные процедуры, которые необходимо соблюдать, если аккумулятор будет отключен. Если сомневаетесь, обратитесь к профессионалу.

Самопроизвольное срабатывание сигнализации

Разряженный аккумулятор может стать причиной многочисленных неисправностей, и если одна из них окажется внутри вашей автомобильной сигнализации, вы можете без всякой причины устроить всем окрестностям серенаду гудка в 3 часа ночи.

Это редко, но не неслыханно, поэтому, если ваша автомобильная сигнализация начинает самопроизвольно активироваться и если вы можете подтвердить, что автомобиль не был взломан, ответом может быть новая батарея.

Наконечник Pro

Когда вы в последний раз визуально осматривали аккумулятор вашего автомобиля на предмет коррозии клемм аккумулятора? Клеммы аккумулятора могут со временем покрыться кристаллическим веществом, напоминающим сухую соль, возможно, белого, синего или зеленоватого цвета. Если они присутствуют, эти отложения необходимо удалить, поскольку они являются полупроводниковыми и могут вызывать разрядку аккумулятора. Очистите коррозию (или обратитесь к профессионалу), и ваша батарея и система зарядки отблагодарят вас долгим и безотказным сроком службы.

Не могу переключиться с парковки

Некоторые новые автомобили имеют электронный переключатель передач, который работает немного как джойстик, вместо механического переключателя старой школы с физической связью. Это посылает электронный сигнал на модуль самой коробки передач, который включает выбранную передачу.

То есть при условии, что мощности достаточно для работы.

Иногда недостаточная мощность аккумулятора может вызвать проблемы с электроникой в ​​этом типе переключателя передач, что приведет к нестабильной работе, предупреждающим сообщениям или невозможности перевести автомобиль из режима ПАРКОВКИ, а иногда даже в том случае, если энергии достаточно для фактического запуска. двигатель в первую очередь.

Обратите внимание, что уровень заряда батареи со временем колеблется, и хотя ваша батарея может быть полностью заряжена, предыдущее состояние низкого энергопотребления может помешать правильной работе компьютерного мозга трансмиссии и целостности программного обеспечения в нем, что может вызвать переключение передач. невозможно.

Pro Tip

Подзарядное устройство — это фантастический способ продлить срок службы аккумуляторной батареи вашего автомобиля, сэкономить деньги и избавиться от головной боли, а также практически устранить проблемы со сроком службы аккумуляторной батареи, характерные для транспортных средств, которые используются нечасто, таких как кабриолеты, спортивные автомобили или легковые автомобили. которые живут в летнем доме своего владельца. Дешевое зарядное устройство можно купить примерно за 50 долларов. Один конец подключается к аккумулятору примерно за минуту, а другой подключается к бытовой розетке. Подключайте зарядное устройство к аккумулятору всегда, когда транспортное средство не будет использоваться более нескольких дней, и оно будет заряжать, кондиционировать и поддерживать аккумулятор в хорошем состоянии, устраняя проблемы, связанные с аккумулятором.

Джастин Притчард

Джастин Причард

Узнать больше

Джастин Причард — автомобильный журналист, консультант, телеведущий и фотограф из Садбери, Онтарио.

Почему батареи выходят из строя

 

 

Для инженера-прикладника, разрабатывающего надежные продукты, зависящие от аккумуляторов в качестве источника питания, важно понимание возможных режимов отказа используемых элементов. Это необходимо для того, чтобы он мог гарантировать, что изготовитель элементов предусмотрел потенциальные неисправности самих элементов и что неподходящие или неконтролируемые условия эксплуатации во время производства и последующего использования элементов можно предотвратить или избежать. Конструкции батарейных блоков и приложений, использующих элементы, должны смягчать последствия любых режимов отказа как элементов, так и приложений, в которых они используются. Это также должно включать стратегию сдерживания для устранения катастрофических отказов, таких как тепловой выход из строя в результате внешних угроз, таких как аварии или экстремальные злоупотребления, не зависящие от разработчика.

Аккумуляторы с разным химическим составом или конструкцией элементов могут выйти из строя по-разному. В этом отчете описаны некоторые из наиболее распространенных отказов элементов и предложены превентивные меры, которые необходимо учитывать при выборе элементов для новых батарей.

 

Почему клетки выходят из строя

 

Ошибки конструкции ячейки

Логично начать анализ с конструкции самой ячейки. К сожалению, это та область, в которой инженер-разработчик приложений обладает наименьшими знаниями и на которую он меньше всего может повлиять. Ошибки конструкции ячейки, такие как слабая механическая конструкция, неадекватные герметичные уплотнения и вентиляция, использование некачественных материалов и неправильные допуски, могут быть причиной многих потенциальных отказов. Если он не обладает квалификацией в области физической химии и не имеет опыта проектирования компонентов и доступа к подробным данным о конструкции ячейки и специализированному оборудованию, такому как масс-спектрометры и электронные микроскопы, инженер-технолог мало что может сделать, чтобы убедиться в качестве конструкции ячейки. только из характеристик. Однако можно провести ускоренное испытание на срок службы на образцах элементов, чтобы убедиться, что они соответствуют требуемым требованиям надежности для предлагаемого применения. Прежде чем какие-либо элементы будут приняты для использования в ваших батареях, они должны пройти тщательное квалификационное тестирование для выявления любых потенциальных недостатков. Дополнительные сведения см. в разделе Тестирование батареи. Если у вас нет необходимого оборудования для проведения этих тестов, ваш дружелюбный дизайнер упаковки сможет сделать это за вас.

 

Производственные процессы вышли из-под контроля

Это область, в которой разработчик приложений может начать оказывать некоторое влияние. Ячейка может быть хорошо спроектирована, но как только она попадает из конструкторской лаборатории на фабрику, ее судьба определяется директором фабрики. В хорошо управляемых компаниях это не должно быть проблемой, но плохо управляемое производственное предприятие может привести к многочисленным потенциальным источникам сбоев в ячейке. Это вряд ли будет проблемой на большом автоматизированном заводе с известным брендом, который нужно защищать, но если вы ищете производителя ячеек с наименьшими затратами, вы должны осознавать, что можно срезать углы для достижения целей по затратам. Некоторые симптомы, на которые следует обратить внимание: —

 

• Ручные методы производства. — Очень трудно добиться точности и воспроизводимости с помощью методов ручной сборки, а отсутствие точности означает возможные короткие замыкания, утечки, ненадежные соединения и загрязнение. Это относится не только к уличным операциям с использованием дешевой рабочей силы. Даже в хорошо управляемых компаниях, когда внедряются новые технологии, первоначальные требования клиентов обычно удовлетворяются продуктами ручной работы или продуктами, изготовленными на полуавтоматическом оборудовании, до тех пор, пока не установится спрос и не оправдаются инвестиции в автоматизированное производственное оборудование.
• Устранение повреждений, таких как царапины или раздавливание узла электрода.
• Компоненты с отклонениями от допуска создают такие же проблемы, как и при неточной сборке, упомянутой выше.
• Заусенцы на фольге токосъемника электрода вызывают короткое замыкание.
• Пустоты уменьшают емкость ячейки, увеличивают импеданс и препятствуют рассеиванию тепла.
• Загрязнение активных химических веществ приводит к нежелательным химическим эффектам, которые могут привести к различным формам выхода из строя элемента, таким как перегрев, повышение давления, снижение емкости, увеличение импеданса, саморазряд и короткое замыкание.
• В материалах корпуса остались смазочные материалы или мусор.
• Плохой контроль морфологии частиц электрода. Размер частиц должен быть очень маленьким и однородным, чтобы обеспечить заданную мощность ячейки.
• Процесс вышел из-под контроля. — Типичным примером является переменная толщина покрытия активных химикатов на электродах. Опять же, результаты могут повлиять на емкость элемента, импеданс и саморазряд. Технологический контроль также относится к температуре и влажности воздуха на производственном предприятии, а также к точности размеров компонентов.
• Использование неутвержденных альтернативных материалов. Это не обязательно очевидно, но это, безусловно, происходит. Для подтверждения этого могут потребоваться испытания образцов.
• Качество сварки/уплотнения — это может привести к некачественным, ненадежным соединениям и локализованному нагреву.
• Сепаратор поврежден в процессе сварки
• Механические недостатки. В небольших элементах наиболее вероятной проблемой будет утечка электролита. Ячейки большего размера будут более склонны к растрескиванию или расщеплению, что также приведет к утечке или деформации, что означает, что ячейки могут не поместиться в корпус, предназначенный для них.
• Плохая герметизация приводит к утечке и потере активных химикатов или проникновению воды, коррозии и потенциальным проблемам с безопасностью.
• Системы качества и управление качеством. — После конструкции самой ячейки это, пожалуй, самые важные факторы, влияющие на отказы ячейки. Производственное предприятие должно иметь в наличии в ключевых точках производственного процесса средства контроля, которые устанавливают ограничения и постоянно контролируют все параметры, которые в конечном итоге могут повлиять на качество и надежность продукта. Корректирующие действия должны вступать в действие автоматически всякий раз, когда приближаются указанные пределы, чтобы гарантировать, что они никогда не будут нарушены. Система должна быть не только на месте, но и должна быть видна, что она полностью функционирует. Записи должны храниться как доказательство того, что система всегда работает правильно.

 

Все эти пункты могут быть проверены инженером по применению аккумуляторов, чтобы убедиться в достоверности предлагаемого поставщика элементов при условии, что поставщики элементов разрешат доступ к своим заводам-изготовителям.

 

См. также Производство аккумуляторов

 

Старение

Рабочие характеристики батареи со временем постепенно ухудшаются из-за нежелательных химических реакций и физических изменений активных химических веществ. Этот процесс, как правило, необратим и в конечном итоге приводит к выходу из строя батареи. Ниже приведены некоторые примеры: —

• Пассивация. Это резистивный слой, который нарастает на электродах, препятствуя химическому действию клетки, увеличивая ее импеданс и в то же время уменьшая количество активных химических веществ в клетке. Постепенное наращивание слоя SEI является основной причиной старения клеток. В конечном итоге слой SEI может заблокировать пористую поверхность электродов, что приведет к критическому отказу элемента. Узнайте больше о пассивации, а также о положительных и отрицательных аспектах этого слоя, известного как слой SEI.
• Коррозия также потребляет некоторые активные химические вещества в ячейке, что приводит к увеличению импеданса и потере емкости
• Химические потери в результате испарения. В некоторых конструкциях элементов газообразные продукты, возникающие в результате перезарядки, выбрасываются в атмосферу, вызывая потерю емкости.
• Изменение физических характеристик (морфологии) рабочих химикатов.
  • Кристаллообразование. Со временем кристаллическая структура на поверхности электрода изменяется по мере образования более крупных кристаллов. Это уменьшает эффективную площадь электродов и, следовательно, их токопроводящую и энергоаккумулирующую способность.
  • Дендритный рост. Это образование мелких кристаллов или древовидных структур вокруг электродов в том, что должно быть водным раствором. Первоначально эти дендриты могут вызывать усиление саморазряда. В конечном итоге дендриты могут пробить сепаратор, что приведет к короткому замыканию.
• Закороченные ячейки. Ячейки, которые были относительно приемлемыми, когда были новыми, могли содержать скрытые дефекты, которые становятся очевидными только по мере того, как процесс старения берет свое. Это может включать плохую конструкцию ячейки, загрязнение, заусенцы на металлических деталях и сепараторах, поврежденных в результате сварочных операций на токосъемниках электродов, что может привести к соприкосновению электродов друг с другом, вызывая короткое замыкание.
• Растрескивание электрода или электролита. Некоторые элементы с твердым электролитом, такие как литий-полимерные, могут выйти из строя из-за растрескивания электролита.

Описанный выше процесс старения ускоряется при повышенных температурах.

 

Дополнительные сведения о старении см. на странице Срок службы батареи.

 

Ниже приводится сводка механизмов старения анода и катода, опубликованная NREL

.

 

Механизмы старения

Source NREL Images: Vetter et al., Механизмы старения литий-ионных аккумуляторов, J. Power Sources, 147 (2005) 269-281

 

Неконтролируемые рабочие условия

Хорошие аккумуляторы не застрахованы от поломок, которые могут быть вызваны тем, как они используются или неправильно используются. Высокая температура ячейки является основным убийцей, и это может быть вызвано следующими ситуациями.

• Плохой дизайн приложений
• Неподходящая ячейка для приложения
• Неподходящий профиль зарядки
• Перезарядка
• Условия окружающей среды. Высокая температура окружающей среды. Отсутствие охлаждения.

• Высокая температура хранения
• Физические повреждения также являются способствующим фактором

Большинство из этих условий приводят к перегреву элемента, что в конечном итоге и убивает его.

 

Злоупотребление

Злоупотребление означает не только преднамеренное физическое насилие со стороны конечного пользователя. Это также распространяется на случайные злоупотребления, которые могут быть неизбежными. Это может включать падение, раздавливание, проникновение, удары, погружение в жидкости, замерзание или контакт с огнем, что может произойти, например, с автомобильным аккумулятором. Аккумуляторы также случайно попали в механизм откидывания кресел самолета, что привело к их раздавливанию и возгоранию. Общепризнано, что батарея может не выдержать всех этих испытаний, однако сама по себе батарея не должна создавать повышенную опасность или проблему безопасности в этих обстоятельствах.

 

Внешние факторы

Неисправности батареи не обязательно могут быть вызваны естественным износом или неправильным использованием пользователем. Они вполне могут быть вызваны неисправностями в системах, в которых они установлены. Аккумуляторы, используемые в автомобилях, могут быть подвержены множеству проблем, любая из которых может привести к выходу аккумулятора из строя, например:

• Неисправности датчиков
• Отказ прерывателя цепи
• Неисправности вентилятора или насоса
• Потеря охлаждающей жидкости
• Неверные или отсутствующие сообщения BMS
• Сбой BMS
• Потеря связи или помехи
• Отказ зарядного устройства (перезарядка)

Чтобы определить причину отказа, бортовая диагностика автомобиля (OBD) должна быть сопоставлена ​​с записью данных в BMS.

 

Как клетки выходят из строя

 

Действия или процессы, описанные выше, приводят к сбою ячеек следующим образом:

 

Активные химикаты исчерпаны

В первичных элементах это не классифицируется как неисправность, поскольку этого следует ожидать, но в случае вторичных элементов мы ожидаем, что активные химические вещества будут восстановлены путем перезарядки. Однако, как отмечалось выше, старение вызывает постепенное истощение активной массы. Узнайте больше об разрядке и о том, как она влияет на срок службы батареи.

 

Изменение молекулярной или физической структуры электродов

Несмотря на то, что химический состав активных химических веществ может оставаться неизменным, изменения в их морфологии, происходящие по мере старения клетки, могут препятствовать осуществлению химических действий, что в конечном итоге делает клетку непригодной для использования.

 

Пробой электролита

Перегрев или перенапряжение могут вызвать химическое разрушение электролита.

 

Электродное покрытие

В литиевых элементах работа при низкой температуре или перегрузка по току во время зарядки могут вызвать отложение металлического лития на аноде, что приведет к необратимой потере емкости и, в конечном итоге, к короткому замыканию.

 

Повышенное внутреннее сопротивление

Внутренний импеданс клетки имеет тенденцию увеличиваться с возрастом по мере образования более крупных кристаллов, уменьшая эффективную площадь поверхности электродов.

 

Уменьшенная вместимость

Это еще одно следствие старения клеток и роста кристаллов. Иногда его можно восстановить путем восстановления элемента, подвергая элемент одному или нескольким глубоким разрядам.

 

Повышенный саморазряд

Изменяющаяся кристаллическая структура активных химических веществ, как указано выше, может вызвать набухание электродов, увеличивая давление на сепаратор и, как следствие, увеличивая саморазряд ячейки. Как и во всех химических реакциях, это увеличивается с температурой.

К сожалению, эти изменения обычно необратимы.

 

Газирование

Газообразование обычно происходит из-за перезарядки. Это приводит к потере активных химических веществ, но во многих случаях это также может быть опасно. В некоторых камерах выделяющиеся газы могут быть взрывоопасными. Например, свинцово-кислотные аккумуляторы выделяют кислород и водород при перезарядке.

 

Повышение давления

Газообразование и расширение химических веществ из-за высоких температур приводят к повышению давления в ячейке, что может быть опасным, как указано выше. В герметичных ячейках это может привести к разрыву или взрыву ячейки из-за повышения давления, если в ячейке нет выпускного отверстия для выхода газов. Повышение давления может вызвать короткое замыкание из-за проникновения в сепаратор (см. далее), и это больше проблема цилиндрических ячеек, которые имеют тенденцию сопротивляться деформации под давлением, по сравнению с призматическими ячейками, корпуса которых имеют большую «податливость», тем самым смягчая эффект давления. в некотором роде.

 

Проходка сепаратора

Короткие замыкания могут быть вызваны прободением сепаратора из-за роста дендритов, загрязнением, заусенцами на электродах или размягчением сепаратора из-за перегрева.

 

Отек

Перед тем, как давление в камере достигнет опасных пределов, некоторые клетки склонны к вздутию из-за перегрева. Это особенно верно для литий-полимерных ячеек. Это может привести к потере емкости из-за ухудшения контакта между проводящими частицами внутри элемента, а также к внешним проблемам при установке элемента в корпус батареи.

 

Перегрев

Перегрев всегда является проблемой и является фактором, способствующим почти всем отказам элементов. У этого есть много причин, и это может привести к необратимым изменениям химических веществ, используемых в клетках, выделению газа, расширению материалов, набуханию и деформации оболочки клетки.

Электролиты особенно уязвимы к теплу, разрушаясь при температурах до 70°C. Такие температуры могут достигаться в салоне припаркованного автомобиля, что может превышать рекомендуемую максимальную температуру ионно-литиевых аккумуляторов, используемых в таких устройствах, как ноутбуки, оставленные в средство передвижения.

Предотвращение перегрева элемента — лучший способ продлить срок его службы.

 

Термический разгон

Скорость, с которой протекает химическое действие, удваивается при повышении температуры на каждые 10 °C. Ток, протекающий через ячейку, вызывает повышение ее температуры. По мере повышения температуры электрохимическое действие ускоряется, и в то же время импеданс элемента уменьшается, что приводит к еще более высоким токам и более высоким температурам, что в конечном итоге может привести к разрушению элемента, если не будут приняты меры предосторожности.

 

Последствия отказов элементов

 

Отмеченные выше механизмы отказа не всегда приводят к немедленному и полному отказу ячейки. Отказу часто будет предшествовать ухудшение производительности. Это может проявляться в снижении емкости, увеличении внутреннего импеданса и саморазряде или перегреве. Если поврежденный элемент продолжает использоваться, повышенное тепловыделение элемента может привести к преждевременному отключению напряжения цепями защиты до того, как элемент будет полностью заряжен или разряжен, еще больше снижая эффективную емкость.

Измерение состояния работоспособности ячеек может обеспечить заблаговременное предупреждение о надвигающемся отказе ячейки.

 

Существует несколько возможных режимов отказа, связанных с полным выходом из строя ячейки, но не всегда можно предсказать, какой из них произойдет. Это очень сильно зависит от обстоятельств.

• Разомкнутая цепь — это отказоустойчивый режим для ячейки, но может быть не для приложения. Как только путь тока перерезан и батарея изолирована, возможность дальнейшего повреждения батареи ограничена. Однако это может не подойти пользователю. Если одна ячейка многоэлементной батареи выйдет из строя, то вся батарея выйдет из строя.
• Короткое замыкание. Если одна ячейка аккумуляторной цепи выйдет из строя из-за короткого замыкания, остальные ячейки могут быть слегка перегружены, но батарея продолжит обеспечивать питание своей нагрузки. Это может быть важно в экстренных ситуациях.

Короткие замыкания могут быть внешними по отношению к ячейке или внутренними внутри ячейки. Система управления батареями (BMS) должна быть в состоянии защитить элемент от внешних коротких замыканий, но BMS мало что может сделать для защиты элемента от внутреннего короткого замыкания.

 

Внутри ячейки есть разные степени отказа.

• Жесткий Короткий

  Прочное соединение между электродами вызывает чрезвычайно высокий ток и полный разряд, что приводит к необратимому повреждению элемента.

• Мягкая короткая или микрокороткая

  Небольшой локальный контакт между электродами. Возможно самоисправление из-за плавления небольших областей контакта, вызванного протеканием сильного тока, который, в свою очередь, прерывает путь тока, как в предохранителе.

На существование мягкого короткого замыкания может указывать увеличение саморазряда элемента или наличие элемента с более высоким саморазрядом, чем у остальной части населения. Этот индикатор, к сожалению, менее выражен в больших ячейках, где он наиболее необходим.

• Взрыв. Этого следует избегать любой ценой, и батарея должна иметь защитные схемы или устройства для предотвращения этой ситуации.
• Пожар — Это также возможно, и, как указано выше, аккумулятор должен быть защищен от этой возможности.

 

Подробнее о последствиях сбоя ячейки

См. также Безопасность батареи

 

Системы управления батареями

(BMS) предназначены для предотвращения всех этих сбоев или минимизации последствий, если сбои неизбежны. Однако система батарей также должна быть спроектирована таким образом, чтобы защитить как батарею, так и пользователя в случае выхода из строя самой BMS. Посмотрите, как это реализовано в многоуровневой системе безопасности.

 

Ложные тревоги

Иногда вы можете обнаружить, что кажущаяся неисправность батареи на самом деле является внешней неисправностью элементов. Это может быть в зарядном устройстве или в схеме защиты. Это может произойти, когда «совершенно хорошее» зарядное устройство не может зарядить аккумулятор. Возможно, это могло быть вызвано несоответствием настроек предела защиты между аккумулятором и зарядным устройством. Диапазон регулирования напряжения зарядного устройства может быть недостаточным для полностью разряженной батареи, или ограничения по току могут быть установлены слишком низкими, чтобы обеспечить первоначальный бросок тока в батарею при включении зарядного устройства.

Также возможно, что неисправность в цепи защиты может привести к разрядке аккумулятора. Следовательно, прежде чем обвинять ячейки, следует проверить возможность внешних сбоев.

 

Увеличение срока службы батареи

 

Дизайн приложений

Первый шаг — убедиться в том, что для приложения выбрана наиболее подходящая батарея.

 

Квалификация поставщика

Вторым шагом является выбор поставщика ячеек, на которого можно положиться в обеспечении безопасных и надежных продуктов.

 

Квалификация ячейки

Следующим шагом является проверка того, что выбранные элементы соответствуют требуемым спецификациям при всех предполагаемых условиях использования и что встроенные предохранительные устройства, такие как клапаны сброса давления, функционируют правильно.

 

Цепи защиты

После выбора ячейки можно указать вспомогательные электронные схемы. Наиболее важными из них являются цепи безопасности, которые гарантируют, что элементы поддерживаются в пределах заданных пределов рабочей температуры, тока и напряжения. Это также должно включать спецификацию зарядного устройства.

См. Методы защиты аккумулятора

 

Снятие напряжения с ячеек

Предоставление достаточного времени для химических превращений.

См. Периоды отдыха

 

Обзоры проектирования системы предотвращения отказов

Процесс разработки новой клеточной технологии может занять до 10 и более лет. Предотвращение отказов должно быть важным пунктом повестки дня во время регулярных обзоров проекта, которые должны проводиться в течение этого периода. См. Анализ режимов отказа и последствий.

 

Квалификация продукта

Когда готовые аккумуляторные блоки станут доступными, они должны быть подвергнуты квалификационным испытаниям как самостоятельные единицы и как часть квалификационных испытаний продукта, в котором они используются, а также с соответствующим зарядным устройством. Эти тесты должны определить, есть ли какие-либо нежелательные взаимодействия между этими единицами.

 

Хранение

Не израсходуйте срок службы батареи без необходимости, храня ее при слишком высоких температурах.