1.3Нормативные характеристики аккумуляторных батарей в стартерном режиме разряда

Наиболее тяжелым режимом работы для автомобильной аккумуляторной батареи является режим стартерного разряда при пуске двигателя. Известно [3], что пуск двигателя при различных условиях осуществляется в режиме, при котором сила тока разряда не остается постоянной, а изменяется в некотором диапазоне. Этот диапазон значений тока зависит от многих условий пуска, включая температуру двигателя и электролита батареи.

Для контроля технического уровня и качества производимых батарей используют непрерывный или прерывистый разряд при постоянной силе тока и температуре электролита - 18℃. Существует несколько методик определения стартерных характеристик свинцовых аккумуляторных батарей, которые регламентированы стандартами разных стран.

В США Обществом Американских Инженеров (SAE) для оценки показателей стартерного разряда батарей применяют методику, позволяющую оценить максимальную мощность, которую аккумуляторная батарея способна отдать в режиме, обеспечивающем пуск двигателя. Согласно стандарту SAE J537, разряд проводится при температуре - 18℃ (0℉). При этом ток разряда I_хп выбирается таким, чтобы величина напряжения на выводах батареи на тридцатой секунде разряда была не ниже 7,2 В. График изменения напряжения при разряде батареи по методике SAE показан на рис.1.4.

Рис. 1.4. Изменение напряжения на батарее при стартерном разряде по методике SAE

В странах Европейского экономического сообщества (ЕЭС) в настоящее время применяется методика определения стартерных характеристик батарей по стандарту EN 50342+A1. При разработке этой методики была сделана попытка создания метода оценки, позволяющего сравнивать характеристики батарей, которые испытывались по SAE или по EN без проведения дополнительных испытаний или расчетов. Разряд проводится при температуре - 18℃ в две стадии (рис.1.5). Первая стадия разряда происходит при токе холодной прокрутки I_хп, указанном производителем батарей, в течение десяти секунд. При этом напряжение в конце десятой секунды должно быть не ниже 7,5 В. Затем разряд прекращают на десять секунд. После паузы разряд продолжают при токе, равном 0,6I_хп до конечного напряжения 6,0 В. При этом общее (приведенное) время разряда до напряжения 6,0 В должно быть не менее 90 секунд или 150 секунд.

Рис. 1.5. Изменение напряжения на батарее при стартерном разряде по методике EN

Время разряда до 6 В определяется как длительность второй стадии разряда плюс соответствующая длительность первой стадии разряда, как если бы протекал ток 0,6I_хп, т.е.:

где: t₁=10 с – время первой стадии разряда;

t₂ - время второй стадии разряда до 6 В.

Методика, которая окончательно сблизила требования европейских инженеров и инженеров США, была принята в утвержденном в конце 2006 года документе МЭК 60095-1, который был учтен при разработке нового стандарта РФ – ГОСТ Р 53165-2008, действующего на территории Российской Федерации с 1 июля 2009 г. Согласно требованиям ГОСТ Р 53165-2008, разряд проводится при температуре - 18℃ в две стадии (рис.1.6). На первой стадии разряд производят при токе холодной прокрутки I_хп, указанном производителем батарей, в течение тридцати секунд. При этом напряжение в конце десятой секунды должно быть не ниже 7,5 В (см. требования EN), а в конце тридцатой секунды – не менее 7,2 В (см. SAE). Затем разряд прекращают на двадцать секунд. После двадцатисекундной паузы разряд продолжают при токе, равном 0,6 I_хп, до конечного напряжения 6,0 В. Время разряда током второй стадии до напряжения 6,0 В должно быть не менее 40 секунд. При этом общее (приведенное) время разряда батареи должно быть не менее 90 секунд.

Рис. 1.6. Изменение напряжения батареи при стартерном разряде по методике ГОСТ Р 53165-2008

Общее (приведенное) суммарное время разряда до 6,0 В определяется как длительность второй стадии разряда, плюс соответствующая длительность первой стадии разряда, как если бы протекал ток 0,6 I_хп, то есть:

,

где: t₁ - время первой стадии разряда (30 секунд);

t₂ - время второй стадии разряда до 6 В, секунд.

Методика, примененная в этом стандарте, позволяет дать более полную оценку энергетических возможностей батареи при стартерном разряде в сравнении со всеми ранее применявшимися.

При сравнении значений разрядного напряжения батарей при разряде по SAE, EN и ГОСТ Р 53165-2008, на десятой и тридцатой секунде, приведенных на рис.1.4, 1.5 и 1.6 можно заметить, что их величины практически совпадают.

Таким образом, можно утверждать, что требования разряда, определяемые по методикам SAE, EN и ГОСТ Р 53165-2008, практически одинаковы.

При этом можно также утверждать, что батарея, соответствующая по току холодной прокрутки требованиям EN и ГОСТ Р 53165-2008, будет соответствовать и требованиям SAE по стартерным характеристикам. Однако, если батарея соответствует требованиям SAE, это не обязательно будет означать, что она будет соответствовать также и требованиям ГОСТ Р 53165-2008 и EN, так как в SAE не предусмотрено после паузы продолжение разряда током второй ступени, равным 0,6 I_хп до напряжения 6,0 В.

Кроме разрядных характеристик, описанных выше, для практических целей используют разрядные характеристики стартерных батарей, называемые вольтамперными и получаемые в прерывистом разряде для определенных условий. Эти характеристики используются для расчетных исследований пусковых систем двигателей (мощности стартера).

Первоначальный выбор характеристик аккумуляторной батареи для конкретного автомобиля производят разработчики пусковой системы двигателя автомобиля [4]. При этом расчете применяют за основу разрядные характеристики батареи в прерывистом режиме разряда при начальной степени заряженности 75% и на третьей попытке стартерного пуска. Температурные условия пуска двигателя задает разработчик автомобиля. Обычно для бензиновых двигателей на товарных маслах температура пуска применяется равной -20℃, а для дизельных двигателей до -12℃. При более низких температурах предполагаются специальные средства для облегчения пуска (аэрозоль), применение систем для подогрева масла, воздуха, топлива (для дизелей), а также самой аккумуляторной батареи.