ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

УДК 629.33

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТАРТЕРНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ С РАЗНЫМ СОСТОЯНИЕМ ЗАРЯЖЕННОСТИ

Д.А. Смирнов, студент;

А. В. Пузаков, кандидат технических наук, доцент

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Оренбургский государственный университет», Оренбург, России

Аннотация. В процессе эксплуатация стартерной аккумуляторной батареи на автомобиле могут снижаться её параметры, что приводит к перебоям в работе потребителей, например, стартера. Для предупреждения появления неисправностей аккумуляторной батареи и упрощения процесса их устранения необходимо знать, как изменяются её параметры в процессе эксплуатации. Целью статьи является исследование параметров стартерной аккумуляторной батареи с разным состоянием заряженности. В результате экспериментов было определено изменение параметров батареи при разной величине нагружения: при работе стартерного электродвигателя, подключения нагрузочной вилки, и в режиме резервной ёмкости. В результате уменьшение заряженности на 70% привело к снижению выходного напряжения на 63% в режиме полного торможения, на 63% при проверке нагрузочной вилкой, на 32% в режиме холостого хода стартера и на 28% в режиме резервной ёмкости. Дальнейшие исследования будут посвящены определению параметров аккумуляторной батареи при моделировании её неисправностей.

Ключевые слова: испытательный цикл, аккумулятор, ток, напряжение.

RESEARCH OF STARTER BATTERY PARAMETERS FOR MODELING DEEP

DISCHARGE

Д. А. Смирнов, student;

A. V. Puzakov,candidate of technical sciences, associate Professor

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education

«Orenburg State University», Orenburg, Russia

Annotation.During the operation of the starter battery in a car, its parameters may decrease, which leads to interruptions in the operation of consumers, for example, a starter. The aim of the article is to study the parameters of the starter battery with different state of charge. As a result of the experiments, a change in the battery parameters was determined for different loading values: during operation of the starter motor, connection of the load plug, and in the reserve capacity mode. As a result, a 70% decrease in charge led to a 63% decrease in output voltage in full braking mode, by 63% when tested with a load fork, by 32% in starter idle mode, and by 28% in standby capacity mode. Further research will be devoted to determining the parameters of the battery when modeling its faults.

Key words: test cycle, battery, electric current, voltage.

В процессе работы аккумуляторной батареи могут возникать различные неисправности. Самой распространённой является снижение разрядной емкости, на неё приходится примерно 34% всех неисправностей. Далее идут: окисление полюсных выводов – 18%; оплывание активной массы – 14%; короткое замыкание – 12%; сульфатация пластин – 10%; ускоренный саморазряд – 8%; обрыв цепи – 4% [1]. Это сопровождается изменением параметров АКБ, таких как ток и напряжение. Цель данной работы определить характер зависимости изменения этих параметров.На данном этапе работы необходимо определить характер изменения параметров батареи с разной степенью разряда, и сравнить результаты с исправной заряженной батареей.

Наиболее частой неисправностью является снижение разрядной ёмкости, которая чаще всего происходит либо из-за долгой автономной работы батареи, либо из-за слишком большого числа потребителей. Проще говоря, чаше всего аккумуляторная батарея не сломана, а не заряжена. Уменьшение заряда характеризуется, в первую очередь, снижением напряжения на выводах, что привод к возможным перебоям в работе потребителей. Сюда же можно отнести отстающий аккумулятор, когда

151

Направление 2. Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса

_______________________________________________________________________________________

потеря емкости происходит в одном из аккумуляторов. К этой же неисправности можно отнести глубокий разряд аккумулятора, т.е. снижение напряжения во всем аккумуляторе менее 10.5В [2, 3].

Для получения данных батарея поэтапно разряжалась эталонной нагрузкой до 11,5, 11 и 10,5 В.Что равняется примерно 70, 50 и 30 процентам заряда батареи соответственно. Следует отметить, что указанные значения измерялись под нагрузкой. После снятия нагрузки, напряжение на аккумуляторной батарее через некоторое время увеличивается. При разряжении до 10,5 В уже через 2 часа аккумуляторная батарея имела без нагрузки напряжение 12,3 В. Из этого можно сделать вывод, что оценка заряженности аккумуляторной батареи по напряжению без нагрузки не является достоверной [4].

Наиболее точно и быстро определить уровень заряда аккумуляторной батареи можно по

плотности электролита. Для этого обычно используетсяследующая формула
	∆		∆ = 1,270,16− ∙ 100%	(1)
где		– степень заряженности аккумуляторной батареи, %;
	– текущая плотность электролита, г/см3;
Такой			способ не всегда удобен, так как требуется доступ к внутренностям аккумуляторной батареи

и специальный измерительный прибор. Намного эффективнее оценивать уровень заряда по напряжению на выводах[5].

Состояние заряженности аккумуляторной батареи можно определять по формуле
				= −
где		текущее напряжение на выводах, В;			−	(2)
		– напряжение полностью заряженной батареи, В;
	–
		– напряжение полностью разряженной аккумуляторной батареи, В.
10,5В			принято значение 8,9 В, а за		– 12,66 В. Тогда для значений напряжения 11,5, 11 и
За

значение заряженности будет соответственно равно 69, 56 и 42 %. Испытательный цикл длится 3,5 минуты и разбит на 4 этапа[6].

Первый этап — это режим полного торможения стартерного электродвигателя. Такие условия могут возникать при неудачной попытке запуска двигателя Данный процесс самый тяжёлый для аккумулятора, и является экстремальной нагрузкой, которую в реальных условиях получить достаточно сложно. Данный этап длится в течении 5 секунд.

Второй этап имитирует работу стартера на холостых оборотах. Данный этап длится 15 секунд. Третий этап – проверка аккумуляторной батареи нагрузочной вилкой. Данный этап длится 10 секунд.

Четвертый этап имитирует резервную работу аккумулятора, то есть возможность выхода из строя генератора. На этом этапе аккумулятор будет разряжаться током 25 А в течении 3 минут. Данный этап является стандартной проверкой стартерного аккумулятора на работоспособность[7].

Схема проведения экспериментов представлена на рисунке 1.

A1 – нагрузочная вилка H-2005; A2 – переносной вольтамперметр КИ-1093; GB1 – стартерная аккумуляторная батарея 6CT60VL; M1 – стартерный электродвигатель 2120-3708010; PA1 – амперметр; PV1 – вольтметр; RS1 – токовый шунт 500 А; S1 – выключатель; SB1 – кнопка пуска.

Рисунок 1 – Схема проведения экспериментов

152

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

На рисунке 2 приведены результаты теста батареи в режиме полного торможения.

Согласно результатам теста, ток в режиме полного торможения составил соответственно 421, 289 и 175 А. Ток исправной батареи составил 590 А. Напряжение исправной батареи в момент пуска равняется 7 В и практически не меняется во время всего теста. На разряженной батареи наблюдается снижение напряжения во время эксперимента.

На рисунке 3 приведены результаты теста батареи на холостом ходу стартера.

Согласно результатам теста, ток на холостом ходу стартера 62, 78 и 62 А. Ток исправной батареи составил 55 А и незначительно изменяется в ходе теста. Напряжение исправной батареи в момент пуска равняется 11,8 В и практически не меняется во время всего теста. На разряженной батареи наблюдается снижение напряжения от одного эксперимента к другому, а также несколько иной закон изменения параметра.

Рисунок 2 – Характеристики аккумулятора в режиме полного торможения

Рисунок 3 –Характеристики аккумулятора на холостом ходу стартера

153

Направление 2. Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса

_______________________________________________________________________________________

На рисунке 4 приведены результаты теста батареи нагрузочной вилкой.

Согласно результатам теста, при испытании нагрузочной вилкой максимальная сила ток была зафиксирована на отметках в 195, 142 и 124 А. Ток исправной батареи составил 240 А. Напряжение исправной батареи в момент пуска равняется 12 В. На разряженной батареи наблюдается снижение напряжения от одного эксперимента к другому, а также снижение напряжения во время теста.

На рисунке 5 представлены результаты теста батареи в резервном режиме, при отключённом генераторе.

По графикам видно сильно отличие батареи с последней стадией разряда. Напряжение к концу теста падает до 6,9 В. Также заметно уменьшается и сила тока, хотя сопротивления реостата, изображающего нагрузку, не менялось.

Рисунок 4 – Характеристики аккумулятора при испытании нагрузочной вилкой

Рисунок 5 – Характеристики аккумулятора при имитации резервной работы

154

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Все проведенные выше тесты показывают заметное снижение показателей аккумуляторной батареи по мере разряда. Наиболее сильные отличия видны в режиме полного торможения. При этом тесте наблюдается снижение всех показателей примерно в 3 раза. Похожий результат наблюдается и проверке аккумулятора нагрузочной вилкой.

Во время работы стартера на холостом ходу наблюдается плавное, но нелинейное уменьшение показателей аккумуляторной батареи по мере разряда. При разряде батареи на 60% среднее напряжение по тесту упало примерно в 2 раза, в то время как сила тока уменьшилась только на 20%.

Тест резервной емкости показывает заметные отличия только на сильно разряженной батарее. Уменьшение заряда батареи до 55% сопровождается уменьшением показателей только на 10%. При разряжении батареи уже до 40% показатели уменьшаются примерно в 2 раза по сравнению с полностью заряженной батарей.

Библиографический список

1.Пузаков, А.В. Моделирование неисправностей стартерных аккумуляторных батарей / А.В. Пузаков, Д.А. Смирнов // Прогрессивные технологии в транспортных системах: сборник материалов XIV Международной научно-практической конференции, – Оренбург: ОГУ, 2019. – С.523-530.

2.Lead-Acid Batteries for Future Automobiles / JurgenGarche, EckhardKarden, Patrick T. Moseley, David A. J. Rand; Elsevier, 2017, p 706.

3.Патент на полезную модель 174763 U1 Российская Федерация, МПК G01R 31/36. Устройство для определения фактической емкости аккумуляторных батарей:№ 2017107583; заявл. 09.03.2017: опубл. 31.10.17 / А. А. Постников; заявитель и патентообладатель Постников А.А. – 6 с.

4.Vehiclelead-acidbatterystate-of-chargemeter / J.Scott, K.Pennington, S.Schwarz, &P. Rowe, // Tobepublishedinthe Proceedings of the 37th IEEE International Conference on Industrial Electronics, 7-10 November 2011, Melbourne Australia.

5.Чупин, Д.П. Параметрический метод контроля эксплуатационных характеристик аккумуляторных батарей: автореф. дис. … канд. техн. наук / Д.П. Чупин – Омск, 2014. – 19 с.

6. Смирнов, Д.А. Разработка испытательного цикла для системы электроснабжения автомобилей / Д.А. Смирнов А.В. Пузаков // Архитектурно строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы перспективы и инновации: сборник материалов IV Международная научно-практическая конференция, 20–22 ноября 2019 г. / СибАДИ. – Омск: СибАДИ, 2019. – С.531-535.

7.Пузаков, А.В. Исследование эксплуатационной надежности стартерных аккумуляторных батарей / А.В. Пузаков

//Наземные транспортно-технологические средства: проектирование, производство, эксплуатация II Всероссийская научно-практическая конференция. – Чита, 2018. – С. 232-238.

155