Покупая новый автомобиль, мы не задумываемся о возможном сроке его службы. Но при этом понимаем, что кроме свойств самого автомобиля, его долголетие в значительной мере зависит от условий и режима эксплуатации, от условий хранения и обслуживания.
Роль владельца в долголетии автомобиля является решающей, ведь он на длительном этапе контролирует эти факторы, может снижать их негативное влияние на надёжность работы основных узлов, агрегатов и компонентов электрооборудования. В таком же сложном взаимодействии условий (внешних и внутренних) работает стартерная батарея. Каждый новый автомобильный аккумулятор имеет свой конструктивный ресурс, обеспеченный изготовителями путем применения различных добавок в сплаве решёток и активной массе пластин. Свойства сепараторов, качество электролита и строгое соблюдение технологии на всех этапах изготовления аккумуляторной батареи окончательно формируют исходный ресурс. Расход ресурса стартерной АКБ, залитой электролитом и заряженной ещё на заводе, начинается с конвейера производителя. Время доставки батареи до покупателя работает на снижение её ресурса, оно должно быть минимальным.
Как же в последующем расходуется ресурс аккумулятора? - От момента его установки на автомобиль и до полного исчерпания потенциальных возможностей в режиме стартер-нога запуска двигателя. Календарное время гада эксплуатации автомобиля также в некоторой мере влияет на принятие решения по замене аккумуляторной батареи на новую, если её ресурс исчерпан. А происходит это ежедневно и с различной интенсивностью. Как снижается ресурс основных элементов автомобильных аккумуляторов при эксплуатации автомобиля? Рассмотрим основные факторы, приводящие в итоге стартерную батарею к полному отказу.
При безукоризненном исполнении всех конструктивных элементов аккумулятора основными деталями обеспечения его разрядной мощности являются блоки пластин. Это они из внешней цепи (от зарядного устройства или генератора автомобиля) получают заряд и отдают накопленную энергию в виде разрядного тока. Зарядно-разрядные процессы на электродах (пластинах) протекают в присутствии электролита (раствора серной кислоты). Это он пропитывает каждую частичку активной массы пластин, подготавливая и поддерживая процесс этих реакций. Плотность электролита снижается при разрядном процессе и наоборот- повышается при зарядном. Изменение плотности электролита связано с расходованием части серной кислоты в процессе разряда и её образованием вновь при зарядном процессе. Работа аккумуляторной батареи начинается в состоянии заряженности, близком к полному использованию активной массы пластин. Непродолжительный разряд на питание стартера при пуске двигателя сменяется зарядом от генератора. Стартерный разряд по продолжительности и глубине разряда аккумуляторной батареи зависит от технического состояния системы зажигания, топливоподачи, температуры окружающего воздуха и т.д. Работающий двигатель обеспечивает заряд аккумулятора от генератора.
Величина зарядного тока и продолжительность заряда имеют индивидуальные значения с учётом начальной температуры электролита (условий хранения автомобиля), состояния заряженное, технического состояния генератора, регулятора напряжения и последующей продолжительности работы автомобиля. На зарядный режим аккумулятора при движении автомобиля влияет и количество включенных штатных потребителей электроэнергии, которые могут изменять зарядный режим в широком диапазоне. При возникновении неисправности генератора, зарядный режим батареи может смениться на разрядный, при котором степень заряженности постепенно снижается и может наступить полный отказ. Подобное не является характерным, но в экстремальных условиях (зимние - с холодами, летние - с высокой температурой) количество отказов увеличивается. Многообразие пусковых режимов, а также зарядных режимов, в сочетании с продолжительностью суточной работы автомобиля в течение года, создают определённую интенсивность износа электродов (пластин).
У современных аккумуляторов глубокие (полные) разряды способствуют отслоению активной массы от жил решёток положительных («плюсовых») пластин, а продолжительная эксплуатация батареи с заряженностью менее 60 % приводит к оплыванию этой массы, она в виде шлама оседает на дно банок. И отслоение активной массы, и её оплывание в шлам снижают разрядную мощность и ресурс аккумуляторов. Электролит при заряде такой батареи имеет тёмный цвет. С высокой интенсивностью сокращается ресурс аккумуляторов и при длительном перезаряде (избыточном заряде, когда аккумуляторная батарея уже достигла 100 % заряженности). Перезаряд, как правило, связан с неисправностью регулятора напряжения. «Зарядный» режим переходит в «перезарядный» при регулярной продолжительной работе автомобиля в течение суток в летнее время (режим такси, коммерческий режим, междугородние рейсы). При таком заряде происходит интенсивное разложение воды электролита в составляющие газы (водород и кислород). Выделяющийся при электролизе атомарный кислород с отрицательным зарядом превращает металлические жилы решёток положительных пластин в окись свинца (диоксид), снижая их проводимость и механическую прочность. Возросшее внутреннее омическое сопротивление блоков пластин снижает напряжение и мощность при стартерном разряде, сокращается ресурс аккумулятора (срок его надёжной работы).
Отсюда следует, что те аккумуляторные батареи, которые в процессе эксплуатации подвергаются периодически глубоким (полным) разрядам и длительное время работают с заряженностью 50-60 %, и те, которые испытывают длительный перезаряд - не могут проявить всю конструкционную надёжность и, следовательно, не могут иметь продолжительный календарный срок службы.
Автомобилистов постоянно интересуют вопросы: сколько лет может надёжно работать стартерная батарея на автомобиле и какая из предлагаемых производителями служит дольше? Эти вопросы - не просто познавательные, - они имеют определённую экономическую составляющую: чем дольше аккумулятор служит, тем меньше расходы.
Вместе с тем, не все понимают, что стартерный электрохимический источник тока, каковым является аккумуляторная батарея любого конструктивного исполнения, имеет соответствующие (режимные) ограничения по возможным условиям её работы. К ним можно отнести изменение рабочих характеристик от температурных условий, режим заряда и режим разряда, хранение без подзаряда при отсутствии оценки состояния заряженности, режим контроля уровня электролита в банках, вентиляцию выделяемых из аккумуляторов газов и обеспечение безопасности от их возможного взрыва, периодичность диагностики.
Теоретически, ресурс стартерных батарей заканчивается с окончанием проводимости решёток положительных пластин, с превращением их металлической основы в окисное. Но это, так сказать, голая теория, которая на практике не всегда работает. Утрата ресурса аккумуляторов в реальных условиях эксплуатации может наступить и по другим причинам (обстоятельствам). Это может быть и отслоение активной массы от жил решёток и образование шлама, способствующего увеличению саморазряда, и коробление (деформация) пластин и повреждение сепараторов углами деформированных пластин, и расслоение активной массы и образование зазоров между ней и жилами решёток, создающих повышенное сопротивление при стартерном разряде (ведёт к снижению мощности разряда в пусковом режиме).
Работа автомобильных аккумуляторов с низкой заряженностью (летом - менее 50 %, а зимой - менее 70 %) создаёт условия интенсивного оплывания активной массы (особенно положительных пластин) в осадок (шлам), который придаёт электролиту при заряде тёмный цвет. Случаи с глубоким разрядом автомобильных аккумуляторов в зимнее время приводят к образованию льда в банках, который повреждает не только электроды (пластины), но и корпус аккумуляторной батареи.
Многофакторная зависимость состояния заряженности и работоспособности характерна только для аккумуляторной батареи. Ни один другой компонент электрооборудования автомобиля не имеет такой зависимости своей работоспособности от технических показателей и режима работы других изделий системы, как автомобильные аккумуляторы. Опыт и постоянное внимание водителя к состоянию автомобильного аккумулятора имеют иногда решающее значение для его безотказной и продолжительной работы. Положение стартерной батареи на автомобиле значительно усугубляется тем, что состояние её заряженности на щитке приборов не имеет конкретной оценки. Различные индикаторы (по цвету, напряжению, току и т.п.) не способны учесть влияния действующих условий, не дают оценки реального состояния, на основании которой необходимо принимать соответствующие решения на поддержание необходимой работоспособности аккумуляторной батареи. Если обеспечить в процессе эксплуатации управление состоянием заряженности автомобильного аккумулятора с учётом изменяющихся условий его работы, то это позволит наиболее полно использовать конструктивный ресурс каждой батареи. Защита от избыточного заряда, защита от чрезмерного (глубокого) разряда, защита от высокой температуры (выше +50° С) электролита, поддержание в норме его уровня над блоками пластин в банках (секциях) аккумуляторной батареи, соблюдение условий хранения при бездействии автомобиля - вот общий перечень мероприятий, позволяющих добиваться наибольших сроков службы стартерных аккумуляторов.
Анализ показателей срока службы стартерных батарей различных типов позволяет констатировать, что календарная продолжительность их работы на автотранспорте отражает взаимодействие трёх основных составляющих процесса эксплуатации: рабочие (эксплуатационные) показатели изделий электрооборудования, условия эксплуатации и действия водителя автомобиля. Эксплуатационные технические показатели отдельных изделий электрооборудования со сроком службы автомобиля могут значительно отличаться от конструктивных характеристик (износ и другие причины). Изменяющиеся условия окружающей среды (лето-зима, день-ночь) корректируют режим заряда и разряда аккумуляторной батареи (без учета её состояния) в том или ином направлении. Режим работы автомобильного аккумулятора напрямую зависит от водителя. Например, может получиться, что имевшийся непродолжительный заряд батареи малым током неожиданно смениться продолжительным разрядом, который не будет восстановлен до конца поездки. Каждодневное состояние заряженности автомобильного аккумулятора за определённый период эксплуатации (зимой или летом) характеризует среднюю степень заряженности, значение которой влияет на календарный срок его работы. Низкая степень заряженности сопровождается интенсивным оплыванием активной массы с пластин в шлам. Происходит оголение металлической основы решёток и, как следствие, потеря ёмкости и мощности аккумуляторной батареи в пусковом режиме. Чрезмерный и продолжительный по времени заряд (чаще в летнее время) способствует интенсивному разложению воды из электролита в газы (кислород и водород), один из которых преобразует металлическую (свинцовую) решётку положительных пластин в диоксид (окись свинца). На этапе завершения ресурса батареи большая часть жил решёток положительных пластин в её банках не сохраняет металлическую основу, она разлагается, увеличиваясь в объёме. Блоки пластин также увеличиваются в объёме, торцевые стенки корпуса автомобильного аккумулятора выпучиваются наружу. Батарея плохо заряжается, при заряде и разряде быстро нагревается, слабо крутит стартер при пуске двигателя, теряет работоспособность после полного заряда за две-три прокрутки двигателя (попытки пуска). Как при длительной работе автомобильных аккумуляторов с низкой заряженностью, так и при часто повторяющихся глубоких разрядах, большая часть активной массы пластин переходит в другой химический состав (в сульфат). Взаимодействие сульфата с металлическими (свинцовыми) жилами решёток, изготовленными с различными присадками, не однозначно.
Сливать потемневший электролит путем переворачивания батареи нельзя, так как это действие может вывести её из строя: шламовый осадок при перевороте окажется на внутренней поверхности крышки, а потом - и на верхних кромках пластин, не защищенных сепараторами. Это приведёт к короткому замыканию пластин в банках.
После многократных глубоких разрядов и последующих зарядов стартерная батарея может преждевременно выйти из строя при относительно малом календарном сроке эксплуатации, хотя каких-либо технологических нарушений при её изготовлении может и не быть. Это - результат неблагоприятного режима эксплуатации. При контролируемом режиме работы автомобиля, с учётом внешних условий эксплуатации, технического состояния генератора, основных потребителей электроэнергии и электропроводки, при состоянии заряженности 70-95 % и надлежащем техническом обслуживании, аккумуляторная батарея может безотказно работать 3-4 года. Пробег автомобиля за этот срок может составить более 100 тыс. км. Если автомобильный аккумулятор в процессе эксплуатации имеет постоянно более низкую заряженность (60 % и ниже) и периодические полные разряды (до полного отказа), в этих условиях срок эксплуатации будет значительно меньше возможного.