Баланс электроэнергии автомобиля
Энергетический баланс бортовой сети автомобиля определяется соотношением емкости аккумуляторной батареи, мощности потребителей электроэнергии и мощности генератора. Он в значительной степени зависит от передаточного отношения привода генератора, частоты вращения вала двигателя на холостом ходу и режима эксплуатации автомобиля. Автомобильная аккумуляторная батарея представляет собой как бы резервуар, из которого черпают энергию различные потребители. Поэтому она должна постоянно подзаряжаться от генератора. Если потребление электроэнергии превышает ее поступление, происходит постепенный разряд батареи.
Подбором батареи, генератора, стартера и прочих потребителей бортовой сети обеспечиваться баланс электроэнергии батареи, чтобы всегда
был возможен запуск двигателя внутреннего сгорания и при не работающем двигателе, некоторые электрические потребители могли работать в течение определённого времени. Решающее влияние на баланс электроэнергии батареи – наряду с самой батареей – оказывает токоотдача генератора, а также мощность потребителей. Повышение требований к комфорту и безопасности приводит к значительному росту энергопотребления в бортовой сети.
Номинальная мощность генераторов варьируется от 1,5 кВт до более 5 кВт в представительском классе. Это меньше, чем в общей сложности требуется потребителям. Другими словами, аккумуляторная батарея тоже должна подавать электрическое питание во время работы автомобиля. Все компоненты должны быть рассчитаны таким образом, чтобы баланс заряда аккумуляторной батареи был всегда положительным или хотя бы равным. На графике ниже изображена зависимость токоотдачи генератора от частоты вращения. Номинальный ток отдаётся согласно определению при частоте вращения генератора 6000 оборотов в минуту.
.
Факторы, влияющие на энергетический баланс, обладают различной значимостью. Электрические потребители обладают различной продолжительностью включения. Различают постоянно включённые потребители (зажигание, впрыск топлива и т.д.), потребители долговременного режима работы (освещение, обогрев заднего стекла и т.д.) и потребители кратковременного режима работы (указатель поворота, сигнал торможения и т.д.).
Благоприятная ситуация наступает при питании фар дальнего света. Дальний свет используется главным образом при движении автомобиля на загородных дорогах с большими скоростями и с высокой частотой вращения вала двигателя, а также при малой интенсивности дорожного движения. При этом генератор обеспечивает как питание потребителей, так и заряд батареи. В данном случае общее действие факторов оказывается благоприятным.
Идеальным для нормального энергетического баланса является соответствие расхода энергии ее подводу. Нормальный энергетический баланс может быть нарушен подключением дополнительно установленных потребителей или экстремальными режимами эксплуатации автомобиля. Таким образом, на энергетический баланс наибольшее влияние оказывают суммарное потребление энергии и индивидуальные условия эксплуатации автомобиля.
Менее благоприятные обстоятельства наступают при движении автомобиля в городских условиях, когда характерна работа двигателя с низкой частотой вращения и большой долей холостого хода при одновременном питании таких потребителей, как противотуманные фары , ближний свет фар и, например, обогреватель заднего стекла. Эти потребители используются преимущественно при низких частотах вращения вала двигателя, при которых генератор не может отдавать полную мощность. Что приводит к постоянному недозаряду аккумуляторной батареи, а в случае отказа генератора к глубокому разряду.
В результате указанных негативных факторов поверхности пластин батареи покрываются слоем слаборастворимого сульфата свинца, который постепенно кристаллизуется и слабо участвует в химических реакциях, остаточная емкость батареи снижается, растет ее внутреннее сопротивление, батарея «не держит заряд» и быстро разряжается.
Саморазряд батареи при разных температурах
Химический саморазряд является неотъемлемой частью работы автомобильных аккумуляторных батарей и непосредственно зависит от их конструкции и принципа действия. Большое значение имеет также температура батареи, поскольку она напрямую влияет на интенсивность саморазряда.
В настоящее время для автомобильных батарей с жидким электролитом и батарей типа AGM применяют решетки электродов из сплава свинца и кальция. Этот сплав способствует существенному снижению тока саморазряда и обеспечивает его стабильность в процессе эксплуатации батареи.
Кроме того, важно отметить, что химический саморазряд также сильно зависит от температуры батареи. Интенсивность саморазряда увеличивается примерно в два раза с каждым повышением температуры на 10 °C. Таким образом, контроль температуры является важным аспектом для поддержания оптимального уровня заряда и продолжительного срока службы батарей.
Разряд батареи в автомобиле может происходить по нескольким причинам. Во-первых, это связано с постоянно действующими потребителями электроэнергии. К таким потребителям можно отнести часы, охранную сигнализацию, иногда телефон или систему контроля давления в шинах. Количество и виды таких потребителей зависят от комплектации автомобиля.
Однако у автомобилей с системой управления бортовой сетью предусмотрены функции предотвращения глубокого разряда батареи. Например, при оставленных включенными внутреннем освещении или радио автоматически прекращается их питание. Это помогает сократить разряд батареи.
При повышении температуры в аккумуляторной батареи происходит ускорение химических процессов, что повышает отдаваемую ей мощность благодаря снижению вязкости электролита. В результате емкость батареи также немного возрастает. Однако повышение температуры приводит к усиленному воздействию кислоты на электроды, вызывая повышенную коррозию их решеток. Кроме того, при повышении температуры усиливается процесс химического саморазряда батареи. При понижении температуры разрядная емкость батареи уменьшается, так как повышенная вязкость электролита замедляет химические процессы. Поэтому важно не экономить на емкости батареи, иначе при низких температурах она может не обеспечить достаточного вращения двигателя для его пуска. Когда батарея сильно разряжена, плотность ее электролита уменьшается, что повышает температуру его замерзания. Глубоко разряженная батарея может замерзнуть уже при 0°C!
Чтобы обеспечить максимальную отдачу батареи при холодном пуске, необходимо поддерживать ее в хорошем состоянии. Перед началом зимнего сезона следует проверить состояние батареи!
