У свинцовых стартерных аккумуляторов в зависимости от исполнения свои конструктивно-технологические особенности, однако все они содержат разноименные электроды, разделенные сепараторами, которые помещают в сосуд, заполненный электролитом.

Работает аккумулятор по принципу превращения химической энергии в электрическую (при разряде) и обратном превращении электрической энергии в химическую (при заряде). В моноблоке установлены гальванические элементы, состоящие из разноименных электродов, разделенных сепараторами. Гальванический элемент представляет собой отдельный аккумулятор напряжением 2,13 В. Элементы соединены между собой при помощи укороченных межэлементных соединений через отверстия в перегородках моноблока. Крышка сделана общей на все шесть аккумуляторов батареи. Свойства термопластичной пластмассы позволили применить для герметизации аккумулятора с общей крышкой метод контактно-тепловой сварки, обеспечивающий сохранение герметичности как по периметру АКБ, так и между отдельными аккумуляторами в широком диапазоне температур (от -50°С до 70°С). Разряд и заряд АКБ. Физика и химия процесса Активные вещества заряженного свинцово-кислотного аккумулятора, принимающие участие в токообразующем процессе, это:

- двуокись свинца темно-коричневого цвета на положительном электроде; - губчатый свинец серого цвета на отрицательном электроде; - водный раствор серной кислоты плотностью 1,27 г/см3- электролит В процессе разряда активная масса как положительного, так и отрицательного электродов превращается в сульфат свинца (белого цвета). При этом плотность электролита снижается к концу разряда до 1,10-1,14 г/см3. При разряде аккумулятора генерируется ток за счет осаждения SO4 на пластинах, в связи с чем снижается концентрация электролита и постепенно повышается внутреннее сопротивление. При полном разряде практически вся активная масса превращается в сернокислый свинец (сульфат свинца), который имеет свойство постепенно кристаллизоваться и терять способность к электрохимическим преобразованиям, после чего батарею практически невозможно восстановить. Этот процесс называется «сульфатацией». Поэтому долгое пребывание в состоянии разрядки губительно для аккумулятора. Чтобы избежать «сульфатации» необходимо как можно быстрее произвести зарядку разряженной батареи.

Максимальный ток, который способна обеспечить батарея в основном зависит от активной поверхности пластин, а ее емкость - от количества активной массы свинца. При этом более толстые пластины могут быть даже менее эффективны, поскольку «внутренние слои свинца при этом трудно сделать «активными». Кроме того, требуется дополнительный электролит. Для увеличения максимального тока применяются технологии, делающие активную массу пластин более пористой.

Физические процессы, происходящие при пуске двигателя, отличаются от процессов при медленном разряде батареи потребителями. При пуске участвует не весь объем активной массы и электролита, а лишь та ее часть, которая находится на поверхности пластин и соприкасающийся с поверхностью пластин электролит. Поэтому, после неудачной попытки запустить двигатель, следует подождать некоторое время для того, чтобы электролит перемешался, плотность его выровнялась, он проник в поры активной массы. Нормальный запуск двигателя при однократном вращении стартера в течении 10 с забирает емкость около 400А х 10с = 4000 Ас = 1.1 А/ч, что составляет около 2% от емкости стандартной батареи 60 а/ч.

Процесс зарядки батареи состоит в электрохимическом разложении PbSO4 на электродах под воздействием постоянного тока внешнего источника. Процесс заряда полностью разряженной батареи похож на процесс разряда как бы развивающийся в обратном направлении. Первоначально ток заряда достаточно велик и ограничен лишь способностью внешнего источника генерировать необходимый ток и сопротивлением токонесущих элементов. Теоретически он ограничен только скоростью с которой продукты реакции выводятся из активной зоны. Затем, по мере «растворения» молекул серной кислоты, ток снижается.

Стандартно свинцовую АКБ рекомендуют заряжать используя источник напряжения. Теоретически рекомендуемое напряжении заряда на одну ячейку составляет приблизительно 2.23В или 13.4 В на всю батарею. Более высокое напряжение заряда приводит к более быстрому накоплению заряда, но одновременно увеличивает количество разлагаемой воды. Часть ионов кислорода и водорода остается в растворе, обеспечивая ему избыточную проводимость (повышая тем самым паразитный ток), часть выводится в виде газа. Аккумулятор «кипит». При увеличении избыточного зарядного напряжения на аккумуляторе в два раза, ток подзаряда возрастает в десять раз, что приводит к неоправданному расходу воды и преждевременному выходу АКБ из строя. Старение АКБ приводит к тому, что напряжение, которое она способна обеспечить под нагрузкой падает за счет больших потерь на внутреннем сопротивлении, при том, что без нагрузки его значение остается практически тождественным новому (полностью заряженному). Поэтому определить степень изношенности АКБ просто вольтметром практически не представляется возможным. Некоторые термины

Напряжение

То, что измеряется на клеммах АКБ путем подключения тестера или «вольтметром», который находится на приборной панели. Исключительно внешняя характеристика. Зависит от множества факторов, как внешних по отношению к АКБ, так и внутренних.

Внутреннее сопротивление

Зависит она от конструктивных особенностей АКБ, емкости, степени ее разряженности, наличия «сульфатации» пластин, внутренних обрывов, концентрации электролита и его количества и температуры. Внутреннее сопротивление также зависит не только от «механических» параметров, но и от тока, при котором работает АКБ.

У нового аккумулятора внутреннее сопротивление самое маленькое. В основном оно определяется конструкцией токонесущих элементов (решеток и межэлементных соединений) и их сопротивлением. Но в процессе эксплуатации начинают накапливаться необратимые изменения - уменьшается активная поверхность пластин, появляется сульфатация, изменяются свойства электролита. Таким образом внутреннее сопротивление начинает возрастать. Ток утечки

Присутствует в аккумуляторе любого типа и бывает внутренним и внешним.

Внешний ток утечки определяется прежде всего качеством цепей, подключенных к батарее (отсутствием паразитных потребителей в этих цепях) и чистотой поверхности батареи.

Внутренний ток утечки невелик и для современной батареи 60Ач составляет около 0,5 мА (примерно эквивалентно потери 1% емкости в месяц) Его величина определяется чистотой электролита, особенно степенью загрязненности его солями металлов.

Внешние токи утечки через бортовую сеть автомобиля, существенно выше внутренних для исправного АКБ.

Электрическая емкость

Электрическая емкость характеризует количество электричества, которое способна отдать аккумуляторная батарея при длительном режиме разряда. Электрическая емкость батареи определяется либо при 20-часовом разряде, либо в режиме резервной емкости. Номинальная электрическая емкость Cn - емкость 20-часового разряда аккумуляторной батареи. Именно ее регламентируют в большинстве нормативных документов европейских производителей, в российском ГОСТ 959-2002, вступившем в действие с июля 2003 года, и указывают на этикетке аккумуляторной батареи. Батарея, у которой этот параметр меньше, быстрее разрядится при неудачных попытках холодного пуска зимой. АКБ с большей емкостью сможет обеспечить больше прокручиваний коленвала (при одинаковых токах холодной прокрутки) Резервная емкость Rc – измеряется в минутах и приблизительно соответствует времени движения автомобиля при выходе из строя его генератора. Для аккумулятора номинальной емкостью 55 А/ч резервная емкость составляет приблизительно 85-90 мин. Это значит, что при выходе из строя генератора, автомобиль сможет двигаться еще примерно 1,5 часа за счет энергии аккумулятора, полностью заряженного на момент поломки. Ток холодной прокрутки (Ic) определяет пусковые свойства батареи. Чем этот параметр выше, тем лучше АКБ будет пускать двигатель зимой, но одновременно увеличится нагрузка на щеточно-коллекторный узел стартера, что может снизить его ресурс. Если ток холодной прокрутки ниже штатного, при низких температурах двигатель может вообще не завестись. Самым важным шагом в развитии АКБ, явилось решение вопроса системы кондиционирования (т.е., сбора и возвращения испаряющейся воды).

Благодаря этому появился на свет т.н. необслуживаемый аккумулятор. В необслуживаемых аккумуляторах, количество сурьмы сведено к минимуму, либо сурьма заменяется другим элементом: кальциевый свинец (в американском варианте) либо малосурьмянистый (в европейском варианте).

Данные конструкции АКБ, обеспечили стойкость к гидролизным процессам и вода практически не испаряется при норме работы АКБ в пределах 14В. Это позволило сделать корпус аккумулятора герметично закрытым на все время его эксплуатации.