Привет, Хабр! Сегодня протестируем грузовой аккумулятор, произведённый на территории Евразийского экономического союза, а именно, в Казахстане. В отличие от изделий из дальнего зарубежья, приобретение этих АКБ не составит затруднений.
Как и в предыдущей статье про Banner Buffalo Bull SHD 725 03, мы протестируем два аккумулятора, потому что на грузовике или автобусе с напряжением бортовой сети 24 вольта они обычно работают в паре.
Обе АКБ готовы к испытаниям. Был проведён полный стационарный заряд. О том, зачем он нужен новому аккумулятору, говорит нам не только теория, но и опыт.
На этикетке мы видим, что аккумулятор произведён компанией «Кайнар – АКБ» холдинга «Самрук – Казына», входящей в международный союз производителей аккумуляторных батарей «Интербат», его ёмкость 20-часового разряда 190 ампер*часов, а ТХП — ток холодной прокрутки — 1250 ампер в стандарте EN. Паспортная масса АКБ 48.6 килограмм.
Также маркировка гласит, что аккумулятор не просто кальциевый, а гибридный. И что интереснее всего, это не традиционный, хорошо знакомый нам и уже в значительной мере устаревший гибрид Sb/Ca, где в сплав решёток плюсовых пластин добавляют сурьму, а минусовых — кальций.
На этикетке написано Se/Ca, и это не опечатка. В сплав отрицательных решёток добавлен кальций, а положительные изготовлены из свинца с добавлением селена.
Селен — халькоген, химически почти полный аналог серы. Имеет выраженную светочувствительность и полупроводниковые свойства. В технике прошлого века, вплоть до 1980-х годов, широко применялся для выпрямителей и фотоэлементов.
▍ Немного истории
Начиная с 1930 года, исследователи из Bell Telephone Laboratories, (сегодня они называются Nokia Bell Labs), начали исследовать работу сурьмянистых свинцово-кислотных аккумуляторов и экспериментировать с различными комбинациями ингредиентов свинцовых сплавов.
Во главе с У. Э. Харингом команда опубликовала свои выводы в 1935 году, где они подтвердили феномен, названный «отравлением сурьмой». (U.B. Thomas, F.T. Foster, and H.E. Haring. “Corrosion and Growth of Lead Calcium Grids As a Function of the Calcium Content”. Transactional Electrochemical Society, 92,313. 1947.)
Отравление свинцового аккумулятора сурьмой начинается с высвобождения сурьмы из положительной решётки в результате коррозии. Затем высвобожденная сурьма растворяется, мигрирует к отрицательному электроду и осаждается на активной массе отрицательной пластины, что впоследствии снижает эффективность процесса заряда.
Долгосрочным последствием отравления ОАМ сурьмой является увеличение скорости саморазряда батареи, а также снижение водородного перенапряжения, вызывающее повышенное выделение водорода. Это ведёт к всё большему росту буферного тока, затрачиваемого на газовыделение и потерю воды, все возрастающие по мере старения батареи.
Американским ответом на эту проблему стали свинцово-кальциевые сплавы. Решение, найденное Харингом и Томасом в Bell Telephone Laboratories, заключалось в разработке состава свинцово-кальциевого сплава, который придавал свинцовым сеткам хорошие твёрдость, проводимость и прочность на растяжение, сравнимые со сплавом свинца и сурьмы.
Установлено, что при добавлении кальция к свинцу наилучшие результаты даёт концентрация 0,065%-0,09%, но не более 0,10%. (“Longer Life for Lead Acid Stationary Batteries: Lead Calcium Grid Alloy vs. Lead Antimony and Pure Lead Grids.” Published by C&D Batteries of Conshohocken, Pa. circa 1965).
Дальнейшие исследования показали, что добавление олова к свинцово-кальциевому сплаву увеличивает твёрдость и прочность решётки, а также делает сплав более пригодным для литья и обеспечивает лучший контакт с активной массой. Иногда к свинцово-кальциевым и свинцово-оловянно-кальциевым сплавам добавляют и алюминий, в качестве способа стабилизировать кальций.
Однако кроме широко известного американского решения с кальцием, существует и менее известное европейское. Подобно Bell Telephone Laboratories, европейцы экспериментировали со сплавами свинца и кальция, но после выявления потенциальных проблем они переориентировали свои усилия на составы свинца с низким содержанием сурьмы, которые значительно снижают и потенциально устраняют проблемы миграции сурьмы.
Со временем малосурьмянистые АКБ с концентрацией сурьмы ниже 2% стали европейским промышленным стандартом для стационарных свинцово-кислотных аккумуляторов.
Ключом к этому подходу было использование в сплаве селена, который действовал как стабилизатор сурьмы и позволял достичь более закалённого свинцового сплава с более мелким и плотным зерном.
Такой состав был более коррозионностойким и практически исключал коррозию между зёрнами металлов в сплаве, которая являлась частой причиной выхода аккумуляторов из строя.
Также снизилась потеря воды, устранена тенденция к раздуванию положительной пластины при оплывании активных масс, повысилась стойкость к циклированию и глубокому разряду. Благодаря снижению дрейфа термодинамической ЭДС банок, улучшилась стабильность при работе стационарной АКБ под буферным напряжением.
Дэвид Линден писал: «…из-за полезного влияния сурьмы, её полное устранение может быть нежелательным, и сплавы с низким процентным содержанием сурьмы по отношению к свинцу, являются полезным компромиссом». (Linden, David. (Editor); HANDBOOK OF BATTERIES & FUEL CELLS. McGraw-Hill Book Company, United States of America, First Edition, 1984.)
Как и в случае любого решения, при выборе любого состава свинцового сплава существуют компромиссы. Расход воды у гибридов с селеном обычно выше, чем у гибридов с кальцием, особенно по мере старения батареи. А ещё типичная скорость саморазряда 1% ёмкости в день при 25 градусах Цельсия вдвое выше по сравнению с 0,5% дневной нормой для кальциевых гибридов. Это соответствует типичному сроку годности заполненной АКБ (3 месяца) по сравнению с 6 месяцами для кальциевого гибрида.
С другой стороны, у свинцово-кальциевых сплавов тоже есть свои проблемы, одной из которых является оплывание положительных активных масс. Это может происходить со сплавами, в которых содержание кальция превышает 0,09 %. Происходит осаждение коррозионно-активного соединения PbзCa на границах зёрен свинца, что со временем приводит к увеличению объёма пластины.
▍ Возвращаемся к нашим аккумуляторам
В рассматриваемых сегодня АКБ применены обе технологии, и «американская», и «европейская». Теперь у нас есть возможность оценить, насколько хорошо они сочетаются.
Оба аккумулятора из одной партии. Дата производства зашифрована кодом 266140В, что означает 266-й день, или 23 сентября 2021 года. Испытания проводились в конце ноября 2021, то есть возраст аккумуляторов составлял два месяца.
Плотность электролита по банкам в АКБ1 составила 1.29, 1.295, 1.3, 1.295, 1.3, 1.29 граммов на кубический сантиметр. В АКБ2 — 1.295, 1.295, 1.295, 1.295, 1.295, 1.29. Измерения проводились рефрактометром с автоматической компенсацией температуры.
Фактическая масса обеих АКБ одинакова и равна 49.8 килограмма, что превышает паспортную на 1.2 кг, или 2.5%.
Протестируем аккумуляторы прибором Konnwei KW710. Внутреннее сопротивление первой АКБ составило 2.02 миллиома, ток холодной прокрутки (ТХП) в стандарте EN — 1447 ампер, напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) — 12.9 вольт. Параметры АКБ2 — 2.02 мОм, 1443 А, 12.8 В.
Видим, что АКБ почти идентичны. Это позволяет предположить, что они будут хорошо работать в паре, будучи последовательно соединёнными в 24-вольтовой бортовой сети. Но с уверенностью утверждать что-либо можно будет только после КТЦ — контрольно-тренировочных циклов.
▍ Ёмкость 20-часового разряда
Приступаем к разряду первой АКБ модульной программируемой электронной нагрузкой Atorch DL24M. Эта модель снята с производства, зато доступна для заказа модернизированная DL24MP в 4 вариантах конфигурации с мощностью разряда от 150 до 600 ватт.
Разряжать будем током 9.5 ампера, до напряжения под нагрузкой 10.5 вольт. То есть, измерим фактическую ёмкость 20-часового разряда по ГОСТ, током 5% от паспортной ёмкости аккумулятора.
Температура в помещении составляет 24.3 градуса Цельсия.
Ёмкость 20-часового разряда составила 206.14 А*ч, что на 8.5 процента превышает паспортную. Прекрасный результат!
▍ Резервная ёмкость
Второй аккумулятор готов к проверке резервной ёмкости. Температура 24.8 градуса Цельсия.
Разряжать будем током 25 ампер до напряжения 10.5 вольт под нагрузкой.
Токовые клещи подтверждают величину разрядного тока. Это клещи постоянного тока с датчиком Холла, несколько менее распространённые по сравнению с клещами для бесконтактного измерения переменного тока, оснащёнными трансформатором тока.
Время разряда составило без минуты 7 часов, отданная батареей ёмкость — 184.3 ампер*часа, то есть почти номинальная ёмкость 20-часового разряда. Резервная ёмкость составила 419 минут. Нормой для 190 А*ч аккумулятора являются 400-410 минут. Отличный результат!
Измеряется резервная ёмкость именно в минутах, потому что означает время, в течение которого бортовое электрооборудование сможет работать в случае неисправности генератора. То есть, автомобиль будет на ходу и сможет безопасно доехать до места стоянки или ремонта. А в случае грузового автомобиля от этого зависит ещё и безопасность груза.
Ставим аккумуляторы на заряд, и повторим проверку тестером Konnwei KW710.
Плотность электролита во всех банках каждого из двух аккумуляторов полностью сравнялась, и равна 1.30.
Уровень электролита также везде одинаковый, и равен 2 см над верхним срезом пластин.
Заливные горловины банок снабжены указателями уровня электролита, до которых фактическое зеркало жидкости не достаёт на 2.5 мм. Если долить недостающий объём дистиллированной воды, получится плотность 1.27, что как раз оптимально для гибридных АКБ.
Показания АКБ1 после заряда: 1.94 мОм, 1506 А, 12.98 В. АКБ2: 1.95 мОм, 1492 А, 12.97 В.
▍ Выводы
Видим положительную динамику улучшения эксплуатационных характеристик после глубокого разряда и последующего заряда, то есть, контрольно-тренировочный цикл пошёл на пользу. (Если бы первый КТЦ ухудшил параметры АКБ, это почти однозначно свидетельствовало бы о её низком качестве, либо о неправильном способе стационарного заряда).
Однако разброс токов холодной прокрутки между двумя батареями возрос с 0.28% до 0.93%, в отличие от пары Banner Buffalo Bull SHD 725 03, где он уменьшился с 0.16% до нуля. Налицо более высокая точность изготовления австрийских аккумуляторов, которая сильно повысит срок службы в 24-вольтовой бортовой сети.
Удельный пусковой ток на единицу массы у аккумуляторов BARS на треть выше, чем у Banner Buffalo Bull SHD. Что свидетельствует о традиционных тонких «SLI», — «стартер, свет, зажигание», — пластинах у BARS и толстых «тяговых» пластинах у Banner, дающих запас прочности и надёжности, а также ощутимую прибавку к массе и цене.
Удельная ёмкость 20-часового разряда АКБ Banner превысила соответствующую у BARS всего лишь на полтора процента. Зато удельная резервная ёмкость Banner выше, чем у BARS, на целых десять с половиной процентов.
Это потому, что тяговая АКБ Баннер меньше подвержена влиянию закона Пейкерта, чем стартерная Барс. Толстые усиленные пластины австрийского аккумулятора приспособлены для эффективного глубокого разряда значительными токами, а не только для кратковременной работы стартера при запуске двигателя.
Тем не менее — аккумуляторы BARS в сегодняшнем испытании показали себя прекрасно, и их можно смело рекомендовать для использования на грузовых автомобилях и автобусах. Но не в качестве тяговых или стационарных в системах автономного электроснабжения.
Также необходимо помнить, что гибридный аккумулятор при работе теряет больше воды, чем полностью кальциевый. Потому за уровнем электролита в таких АКБ необходимо следить, и при необходимости доливать дистиллированную воду.
После доливки воды необходим стационарный дозаряд с перемешиванием электролита. Кроме всего прочего, он позволит десульфатировать участки активных масс, которые недозаряжались вследствие недостатка воды и избытка кислоты в зоне реакции.
Видеоверсия статьи
Опытные данные предоставлены автором экспериментов и видео — Аккумуляторщиком Виктором Vector.
Пол-лимона подарков от RUVDS. Отвечай на вопросы и получай призы
