Привычки вождения, а не неисправность аккумулятора часто являются причиной выхода аккумулятора из строя.

Немецкий производитель автомобилей класса люкс сообщает, что из 400 автомобильных аккумуляторов, возвращенных по гарантии, 200 работают нормально и не имеют проблем. Низкий заряд и расслоение кислоты являются наиболее частыми причинами очевидного отказа. Производитель автомобилей заявляет, что проблема чаще встречается на больших роскошных автомобилях, предлагающих энергоемкие вспомогательные опции, чем на более базовых моделях.

В Японии выход из строя аккумулятора - самая большая жалоба владельцев новых автомобилей. Средний автомобиль проезжает всего 13 км (8 миль) в день и в основном в густонаселенном городе. В результате аккумуляторы никогда не будут полностью заряжены и произойдет сульфатация. Батареи в японских автомобилях маленькие, и их мощности достаточно только для запуска двигателя и выполнения некоторых элементарных функций. Северная Америка может быть защищена от этих проблем с аккумулятором, отчасти из-за езды на большие расстояния. 

Хорошая работа аккумулятора важна, потому что проблемы в течение гарантийного периода ставят под сомнение удовлетворенность клиентов. Любая потребность в обслуживании в течение этого времени записывается, и номер публикуется в отраслевых журналах. Эти данные вызывают большой интерес у потенциальных покупателей автомобилей во всем мире. 

Неисправность батареи редко бывает вызвана заводским дефектом; привычки вождения являются более распространенными виновниками. Высокая мощность вспомогательного оборудования при движении на короткие расстояния предотвращает периодическую полную зарядку насыщения, которая так важна для долговечности свинцово-кислотных аккумуляторов. По данным ведущего европейского производителя автомобильных аккумуляторов, заводской брак составляет менее 7 процентов.

Батареи остается слабым звеном и срывы на 1,95 млн транспортных средств шесть лет или меньше , заключаются в следующем:

52% батареи
15% плоской шины
8% двигатель
7% колеса
7% впрыска топлива
6% отопления и охлаждения
6% топливной системы

пробой A Due к батарее остается причиной номер один.

* Источник ADAC 2008 за 2007 год

Кислотное расслоение - проблема роскошных автомобилей

Частая причина выхода из строя аккумуляторной батареи - расслоение кислоты. Электролит в многослойной батарее концентрируется на дне, в результате чего верхняя половина элемента становится бедной кислотой. Этот эффект похож на чашку кофе, в которой сахар собирается на дне, когда официантка забывает принести ложку для перемешивания. Батареи имеют тенденцию расслаиваться, если их держать на низком уровне заряда (ниже 80%), и у них никогда не будет возможности получить полный заряд. Этому способствует езда на короткие расстояния с включенными дворниками и электрическими обогревателями. Кислотное расслоение снижает общую производительность аккумулятора.

На рис. 1 показана обычная батарея, в которой кислота равномерно распределена сверху вниз. Эта батарея обеспечивает хорошую производительность, потому что правильная концентрация кислоты окружает пластины. На рисунке 2 показана многослойная батарея, в которой концентрация кислоты мала наверху и повышена внизу. Легкая кислота ограничивает активацию пластины, способствует коррозии и снижает производительность. С другой стороны, высокая концентрация кислоты на дне искусственно повышает напряжение холостого хода. Батарея кажется полностью заряженной, но имеет низкий CCA. Высокая концентрация кислоты также способствует сульфатированию и еще больше снижает и без того низкую проводимость. Если этот флажок не установлен, это в конечном итоге приведет к отказу аккумулятора. 

Рис. 1: Обычная батарея
. Кислота равномерно распределяется сверху вниз в элементе и обеспечивает максимальную ОСА и емкость.
Рис. 2: Многослойная батарея.
Концентрация кислоты небольшая сверху и большая снизу. Высокая концентрация кислоты искусственно повышает напряжение холостого хода. Батарея кажется полностью заряженной, но имеет низкий CCA. Избыточная концентрация кислоты вызывает сульфатирование в нижней половине пластины
 s.

Если дать батарее отдохнуть в течение нескольких дней, встряхнуть или опрокинуть устройство, можно решить проблему. Дополнительный заряд, при котором 12-вольтная батарея доводится до 16 вольт в течение одного-двух часов, также меняет кислотное расслоение. Добавочная загрузка также снижает сульфатирование, вызванное высокой концентрацией кислоты. Необходимо внимательно следить за тем, чтобы аккумулятор не нагревался и не терял излишек электролита из-за выделения водорода. Всегда заряжайте аккумулятор в хорошо вентилируемом помещении. Накопление газообразного водорода может привести к взрыву. Водород не имеет запаха и может быть обнаружен только с помощью измерительных приборов.

Проблема тестирования батарей

В течение последних 20 лет тестирование аккумуляторов отставало от других технологий. Причина: аккумулятор - очень сложное животное для тестирования, если не считать полной зарядки, разрядки и перезарядки. Батарея ведет себя так же, как и мы, люди. Мы до сих пор не знаем, почему в одни дни мы выступаем лучше, чем в другие.

Даже при использовании высокоточного оборудования для зарядки и разрядки свинцово-кислотные аккумуляторы вызывают очень большие колебания емкости при повторяющихся измерениях. Чтобы продемонстрировать вариации, компания Cadex протестировала 91 автомобильный аккумулятор с различными уровнями производительности (Рисунок 3). Сначала мы подготовили батареи, полностью зарядив их и предоставив 24-часовой период отдыха. Затем мы измерили емкость, применив разряд 25 А к 10,50 В или 1,75 В на элемент (черные ромбы).

Эта процедура была повторена во второй раз, и полученные емкости были нанесены на график (фиолетовый квадрат). Это привело к колебанию показаний емкости на +/- 15% среди всего населения. У некоторых батарей второй раз показания были выше; другие были ниже. Другие химические составы, кажется, более последовательны по показаниям емкости, чем свинцово-кислотные. 

Рисунок 3: Колебания мощности. Емкость 91 автомобильного аккумулятора, измеренная обычным методом разряда, показывает отклонение в +/- 15% .

С самого начала нагрузочные тестеры были стандартным методом тестирования автомобильных аккумуляторов. 1992 год принес нам метод измерения проводимости переменного тока, который упростил тестирование батарей. Сейчас мы экспериментируем с многомодельной спектроскопией электрохимического импеданса (EIS) в портативной версии по доступной цене.

Получить быструю и надежную оценку неисправного аккумулятора сложно. Большинство используемых тестеров аккумуляторов измеряют только ток холодного пуска (CCA) и напряжение. Емкость, самый важный показатель батареи, недоступна. Хотя считывание одного только CCA относительно просто, измерение емкости очень сложно, а инструменты, предлагающие эту функцию, дороги. 

Spectro CA-12 от Cadex Electronics - первый в серии тестеров аккумуляторных батарей высшего класса, способных измерять емкость, CCA и состояние заряда (SoC) в одном неинвазивном тесте. Технология основана на многомодельной спектроскопии электрохимического импеданса (EIS). 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 свинцово-кислотной тепловой батареи. Это обеспечивает стабильные показания для малых и больших батарей. 

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

EIS очень сложен и до недавнего времени требовал специальных компьютеров и дорогостоящего лабораторного оборудования, не говоря уже о химиках и инженерах для интерпретации показаний. Аппаратное обеспечение полной системы EIS обычно устанавливается на стойках, и установка обходится в десятки тысяч долларов. 

Сложный выбор

Никакой тестер аккумуляторов не решает всех проблем. Тестеры начального уровня дешевы, просты в использовании и способны обслуживать широкий спектр батарей. Однако эти устройства дают только приблизительную информацию о состоянии батареи. Лабораторные испытания в Cadex показывают, что тестер аккумуляторов на основе EIS в четыре раза точнее определяет слабые аккумуляторы, чем проводимость переменного тока. Обычные тестеры часто неверно оценивают батарею из-за низкого уровня заряда. Многие батареи заменяются, когда они должны были быть перезаряжены, в то время как другие получают свидетельство о состоянии здоровья, когда их следовало заменить.

Кислотное расслоение трудно измерить даже с помощью технологии EIS. Неинвазивные тестировщики просто делают снимок, усредняют измерения и выдают результаты. Стратифицированные батареи, как правило, показывают более высокие показания степени заряда из-за повышенного напряжения. При предварительных тестах Spectro CA-12 также показывает несколько более высокие значения CCA и емкости, чем обычно. После того, как батарея осталась в покое, ее емкость нормализуется. Это может быть связано с эффектами диффузии в стратифицированных слоях в результате покоя. Имеется мало информации о том, как долго стратифицированная батарея должна отдыхать для улучшения состояния, кроме того, что нужно отметить, что более высокие температуры ускоряют процесс диффузии.

В идеале тестер аккумуляторов должен показывать уровень кислотного расслоения; сульфатирование, поверхностный заряд и другие подобные состояния и покажите, как исправить проблему. Эта функция пока недоступна. В настоящее время проводится много исследований, чтобы найти решение, которое предлагает более полную оценку батареи без необходимости полной разрядки. Знания, полученные о свинцово-кислотных аккумуляторах, могут быть затем применены к другим системам аккумуляторных батарей, таким как тяговые, военные, морские, авиационные и стационарные аккумуляторные батареи.