Diagnostyka i obsługa akumulatora

Podstawowe dane techniczne akumulatora 

Napięcie znamionowe akumulatora. Wynosi ono 6 lub 12 V. Pojemność znamionowa akumulatora Cn (pojemność 20-sto godzinna). Jest to ładunek elektryczny w [Ah – amperogodziny], jaki może być dostarczony przez akumulator przy wyładowaniu prądu In o natężeniu:

In= Cn/20[A]

Aż do końcowego napięcie akumulatora Uf=10,5V

Wartość znamionowego prądu rozruchu ICC. Podana jest wartość tego prądu oraz norma, według której  wartość ta została zmierzona – tabela 1. 

Ocena akumulatora oraz jego współpracy z instalacją elektryczną samochodu, alternatorem i rozrusznikiem

Ocena stanu technicznego akumulatora, powinna być połączona z kontrolą współpracy z rozrusznikiem oraz alternatorem. Jeśli akumulator ulega za dużemu wyładowaniu, należy również zmierzyć natężenie spoczynkowego prądu upływu. Podstawowe metody diagnostyczne są zestawione w tabeli 2. 

Pomiar gęstości elektrolitu

Gęstość elektrolitu zależy bezpośrednio od stopnia naładowania akumulatora. Jej pomiar można przeprowadzić areometrem (fot. 1) lub refraktometrem (fot. 2). Zależność gęstości elektrolitu od stopnia naładowania akumulatora, jest podana w tabeli 3. Akumulator należy ładować, jeśli gęstość elektrolitu będzie niższa od 1,22g/cm3. Jeśli temperatura mierzonego elektrolitu jest mniejsza niż 20 stopni Celsjusza lub większa niż 30 stopni Celsjusza, należy przeliczyć zmierzoną gęstość, na jej wartość w temperaturze 25 stopni Celsjusza, zgodnie z wzorem:

Gdzie:

t – temperatura elektrolitu [OC]

GE25 = GET + 0,01 *(t-25)/14

GET – gęstość elektrolitu w temperaturze t [g/cm3];

GE25 – gęstość elektrolitu w temperaturze 25OC [g/cm3];

Aby uznać stan akumulatora o 6 celach (12V) za dobry, różnica pomiędzy największą a najmniejszą gęstością elektrolitu, zmierzoną w jego celach, nie może przekraczać 0,03 g/cm3.

Pomiar napięcia akumulatora pod obciążeniem

Ten pomiar służy do określenia stopnia naładowania. Jego wynik zależy od temperatury akumulatora, dlatego należy go wykonywać gdy wynosi ona 10 do 30 stopni Celsjusza. Jeśli jest ona inna to przy ocenie wyników należy uwzględnić, że wyższe temperatury podnoszą a niższe obniżają wartości mierzonego napięcia. Pomiar może być wykonany tylko wówczas gdy napięcie nieobciążonego akumulatora (wyłączone wszystkie odbiorniki) jest równe lub większe niż 12,5V lub gęstość elektrolitu jest równa 1,25g/cm3 lub większa. Według zaleceń firmy Bosch, akumulator powinien byt obciążany prądem o wartości równej trzykrotnej pojemności znamionowej (np. o pojemności 50Ah, prądem 150A) przez 10 lub 5s (decyduje informacja w instrukcji obsługi testera). Przyrząd do takich pomiarów powinien mieć więc regulację oporu obciążającego akumulator. Napięcie tak obciążonego akumulatora powinno być większe lub równe 9,6V. 

Tester z fot.3, do pomiaru napięcia akumulatorów obciążonych, o napięciu znamionowym 12 lub 6V i pojemności znamionowej powyżej 70Ah. Obciąża je prądem o stałej wartości, odpowiednio 100 lub 50A. Czas pomiaru 5s. 

Pomiar natężenia spoczynkowego prądu upływu 

Przeciętny użytkownik myśli, że jeśli wyłączy wszystkie odbiorniki prądu, to akumulator nie jest rozładowywany. To była prawda, w samochodach bez elektronicznych układów sterujących, 

rozbudowanych systemów alarmowych sprzętu audio. 

Jeśli akumulator ulega nadmiernemu wyładowaniu, szczególnie po dłuższym postoju, należy wykonać ten 

pomiar w sposób opisany poniżej. 

1. Do pomiaru należy użyć amperomierza z zakresami pomiarowymi od np. 0-5mA do 0-10A. 

2. Ustawić na amperomierzu najwyższy zakres pomiarowy np. 0-10A. 

3. Przyłączyć amperomierz, według schematu z fot. 4. 

4. Wyłączyć wszystkie odbiorniki np. oświetlenie kabiny (zamknąć drzwi). Do pierwszego pomiaru należy wyłączyć też alarm. 

5. Przełączać na coraz niższe zakresy pomiarowe, aż ukaże się odczyt o wartości możliwie zbliżonej do zakresu pomiarowego. 

6. Trudno podać aktualną dopuszczalną wartość natężenia spoczynkowego prądu upływu. Gdy samochody były zasilane gaźnikiem, bez elektronicznych układów sterujących, według zaleceń firm Audi/VW wynosiła ona od 1 do 3 mA. Współczesny samochód z radiem z pamięcią, pobiera więcej prądu. Gdy dodamy pamięci sterowników oraz pracujący alarm, pobór prądu będzie wielokrotnie większy. 

7. Jeśli natężenie spoczynkowego prądu jest za duże. Należy znaleźć obwód pobierający prąd. Może włączone jest jakieś urządzenie w tym obwodzie, a może obwód jest zwarty lub ma upływ do masy? W tym celu powinno się odłączać kolejno obwody, wyjmując bezpieczniki, jednocześnie może być odłączony tylko jeden obwód. Jeśli po wyjęciu bezpiecznika zmniejszy się natężenie prądu wskazywane przez amperomierz, to znaczy, że odłączony obwód pobiera prąd. Jeśli taki obwód nie zostanie wykryty wśród zabezpieczonych bezpiecznikiem, należy odłączać obwody niezabezpieczone bezpiecznikiem. 

8. Po zakończeniu pomiaru rozłączyć obwód pomiarowy. Przyłączyć przewód masowy do akumulatora. 

Elektroniczne testery akumulatorów 

Stosowane coraz częściej akumulatory bezobsługowe, są trudniejsze do diagnostyki. Nie można w nich zmierzyć gęstości elektrolitu oraz ocenić jego barwy. Pomocne stały się tzw. elektroniczne testery akumulatorów. 

Wybierając model testera akumulatorów należy (prócz finansów) określić: 

- akumulatory o jakich napięciach chcemy testował: 6, 12 lub 24 V

- jakie pomiary chcemy wykonywać spośród wymienionych w pkt. 4, 5, 6 i 7 tabeli 2 

- czy tester oferuje jeszcze inne funkcje pomiarowe, przydatne dla nas. 

- czy wystarczą komunikaty przekazywane kolorowymi diodami, czy potrzeba informacji tekstowych lub dodatkowo graficznych; 

- potrzeba drukarki - jeśli tak, to czy zintegrowanej z testerem czy wystarczy możliwość współpracy z zewnętrzną; 

- czy oczekujemy współpracy testera z komputerem, np. celem archiwizacji wyników testów. 

Ważne jest, aby instrukcja w języku polskim była zrozumiała, a ponadto: 

- informowała o kryteriach oceny stanu akumulatora oraz jego współpracy z rozrusznikiem i alternatorem; 

- tłumaczyła, w jakich okolicznościach ocena sprawności akumulatora, wykonywana testerem, może być obarczona znacznym błędem. 

Ponieważ w takim urządzeniu nie wolno samemu wykonywać żadnych napraw przewodów połączeniowych, ważna jest dostępność do serwisu. Przed przystąpieniem do pomiarów należy przeczytać instrukcję obsługi oraz bezwzględnie przestrzegać jej zaleceń. 

Elektroniczne testery akumulatorów:

1. należy przyłączać bezpośrednio do złącz akumulatora, a nie za pośrednictwem zacisków przewodów akumulatora; 

2. określają sprawność akumulatora w chwili pomiaru, dlatego błędne są wyniki testów akumulatorów:

- fabrycznie nowych, magazynowanych; 

- suchoładowanych, bezpośrednio po nalaniu kwasu; 

- bezpośrednio po ładowaniu ładowarką (napięcie na pobudzanym chemicznie akumulatorze przewyższa 

jego normalne napięcie pracy): 

- bezpośrednio po dużym poborze prądu (nawet nie najlepszy akumulator jest wówczas pobudzony chemicznie, dlatego ocena sprawności może być zawyżona). 

Po zakończeniu ładowania lub po dużym poborze prądu, akumulator powinien być odstawiony na ok. 1 godzinę, celem „uspokojenia" przed pomiarem. 

Pomiar napięcia obwodu otwartego akumulatora 

Obwód otwarty akumulatora, to obwód, w którym z akumulatora nie płynie żaden prąd. Wymaga się więc wyłączenia przed pomiarem wszystkich odbiorników i wyjęcia kluczyka ze stacyjki. Na podstawie wartości napięcia obwodu otwartego akumulatora, określamy stopień naładowania akumulatora - tabela 4 (proszę zapoznać się z uwagą pod tabelą). W zależności od konstrukcji akumulatora, prawidłowość oceny, stopnie naładowania według danych z tabeli wynosi do 10%. 

Jeśli temperatura akumulatora jest mniejsza niż 20 stopni Celsjusza lub większa niż 30 stopni Celsjusza, należy przeliczyć zmierzoną wartość napięcia obwodu otwartego akumulatora, na jego wartość w temp. 

25 stopni Celsjusza zgodnie z wzorem: 

UO25 = UOt + 0,0012*(25-t)

Gdzie. 

t- temperatura akumulatora [OC]; 

UOt - napięcie obwodu otwartego akumulatora, w temperaturze t [V]; 

UO25- napięcie obwodu otwartego akumulatora, w temperaturze 25stopni Celsjusza [V] 

Stopień naładowania akumulatora informuje nas tylko o stopniu wykorzystania możliwości magazynowania energii w danym akumulatorze, Nie wiemy jednak, jak duża jest aktualna możliwość magazynowania energii w danym akumulatorze, w porównaniu do jego możliwości, gdy był nowy. 

Ocena akumulatora rozruchowego tylko na podstawie stopnia naładowania akumulatora, jest niepełna. 

Oszacowanie względnej wartości prądu rozruchowego 

Żaden z testerów akumulatorów nie mierzy bezpośrednio wartości prądu rozruchu, ale ją szacuje w opisany poniżej sposób. Z tego też powodu, tak określona wartość prądu rozruchu nie jest porównywalna z wartością mierzoną bezpośrednio, w warunkach laboratorium. Dla producentów akumulatorów może nie być podstawą do przyjęcia reklamacji. Wszystkie testery wykorzystują fakt, ze wraz ze zużywaniem się akumulatora, wskutek zmian chemicznych zachodzących w jego wnętrzu, zmniejsza się jego zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego, czyli konduktancja, względnie zwiększa się jego rezystancja - odwrotność konduktancji.

Testery firm: Bosch (prawdopodobnie), Midtronics i WTM, wykorzystują metodę pomiaru konduktancji dynamicznej (fot. 9). Polega ona na wysłaniu przez akumulator sygnału napięciowego o zmiennej wartości, a następnie określeniu wartości konduktancji, na podstawie zmian natężenia prądu przez akumulator, spowodowanego tym sygnałem napięciowym. 

Firma Argus Analyzers wykorzystuję metodę LPR - Large Pulse Resistence (fot. 10). Polega ona na obciążeniu akumulatora impulsem prądu o wartości 100A, trwającym ok 1ms. Na podstawie przebiegu zmian napięcia akumulatora, określana jest wartość rezystencji wewnętrznej akumulatora. Przed pomiarem, każdy tego typu tester prosi o podanie dla sprawdzanego akumulatora wartości prądu rozruchowego normy, według której została ona zmierzona (z etykiety akumulatora). Jest to wartość odniesienia prądu rozruchowego (100%), przyjmowana dla badanego akumulatora. Każdy z testerów, na podstawie zmierzonej chwilowej wartości konduktancji (rezystancji), szacuje o ile obniżyła się zdolność do magazynowania energii przez akumulator, a w konsekwencji, o ile niższa jest wartość prądu rozruchowego akumulatora. 

Ponieważ tester zna dla danego akumulatora wartość odniesienia prądu rozruchowego, więc może oszacować, aktualną wartość prądu rozruchowego dla sprawdzanego akumulatora. Tę wartość podaje on jako  wartość „zmierzoną”. W rzeczywistości została ona oszacowana z pewnym błędem (jakim?).

Akumulator może mieć uszkodzenia wewnętrzne, których tester może nie rozpoznać, które fałszują wynik pomiaru. 

Na podstawie oszacowanej wartości prądu rozruchowego, tester określa sprawność (wydajność) akumulatora. 

Sposób obliczania jej przez testery firmy Argus Analyzers, pokazuje schemat na fot. 11. Firma przyjęła, zgodnie z zaleceniami producentów, że wartość prądu rozruchowego akumulatora, niższa od 75% wartości odniesienia rozruchowego (100%) czyni go bezużytecznym, dlatego sprawność dla takiego akumulatora przyjęto jako 0%. 

Korekcja temperaturowa 

Temperatura pomiaru, ma istotny wpływ na jego prawidłowy. Aby pomiar napięcia obwodu otwartego akumulatora był prawidłowy, a szacowanie wartości prądu rozruchu dokładniejsze, tester musi uwzględnić aktualną temperaturą akumulatora. Dlatego tester poprosi o podanie temperatury akumulatora. 

Firma Midtronics zaleca wykonać pomiar temperatury obudowy. Oferuje specjalny termometr (fot. 12). Oczywiście można użyć innego wykorzystującego promieniowanie podczerwone. Firma Argus Analyzers, przyjmuje za temperaturę akumulatora, temperaturę jego dodatniego złącza. 

W prawej końcówce pomiarowej, przyłączonej do dodatniego złącza akumulatora, znajduje się bowiem czujnik temperatury. Aby zmniejszyć błąd pomiarowy, sugeruje wykonywać pomiary akumulatora w temperaturze, w której przebywał on ostatnio przez kilka godzin lub wykonywać pomiar możliwie szybko np. po wjechaniu w zimie do ogrzewanego serwisu. 

Ocena stanu technicznego akumulatora przez testery elektroniczne 

Są elektroniczne testery akumulatorów, które określają tylko stan naładowania akumulatora, na podstawie jego napięcia. Wiarygodniejszej oceny akumulatora rozruchowego dokonują testery, które szacują też względną wartość prądu rozruchowego. Komunikaty wyświetlane przez tester, na podstawie oceny: 

- zmierzonej wartości napięcia; 

- oszacowanej wartości prądu rozruchowego (pierwotnie pomiaru konduktancji lub rezystancji), 

prezentuje fot. 13. 

Pomiar napięcia akumulatora podczas rozruchu silnika 

Odbywa się podczas obciążenia akumulatora prądem pobieranym przez pracujący rozrusznik. Mierzony przebieg napięcia ma charakterystyczne punkty i odcinki (fot. 14): 

1. napięcie nieobciążonego akumulatora; 

2. spadek napięcia akumulatora po włączeniu zapłonu: 

3. napięcie akumulatora w momencie włączenia rozrusznika 

4. napięcie akumulatora podczas pracy rozrusznika; 

5. napięcie ładowania akumulatora, przy pracującym silniku. 

Pomiar napięcia alternatora i jego tętnienia 

Prawidłowa wartość napięcia alternatora oraz jego tętnienia warunkują prawidłowe ładowanie akumulatora i pracę instalacji elektrycznej. Prawidłowy przebieg zmian napięcia alternatora pokazuje fot. 15. Jego wartość (średnia) powinna być mierzona po nagrzaniu silnika do temperatury pracy, przy podwyższonej prędkości obrotowej silnika. Zależnie od marki samochodu, wartości napięcia mogą być trochę inne. Jeśli brak jest innych danych, można przyjąć wartość wymaganą w zakresie od 14 do 14,3V. 

Wykres napięcia alternatora, ze sprawnym układem prostowniczym, może być lekko pofalowany. Fale poszczególnych tętnień, muszą być symetryczne i takie same. Wszelkie uszkodzenia będą widoczne jako odstępstwa od tego wzorca, powtarzające się co 6 (przeważnie) lub co 8 fal.

Konserwacja akumulatora w pojeździe 

- Obudowa akumulatora nie może być tłusta a w szczególności ze śladami wycieków elektrolitu. Może to spowodować powstanie tzw. prądów błądzących, a w konsekwencji przyspieszone wyładowanie akumulatora. 

- Akumulator musi być pewnie zamocowany. Drgania niszczą akumulator i mogą spowodować nagłe uszkodzenie. 

- Powietrznie złącz akumulatora oraz styku złączy przewodów połączeniowych, nie mogą być utlenione

- Złącz akumulatora należy podczasłączenia ze złączami przewodów pokryć jednym z następujących środków: wazelina techniczna bezkwasowa, smar Plastilube firmy Loctite lub specjalny smar do złącz akumulatora O nazwie „Baterie PoI Fett”  (fot. 16) firmy Liqui Moly. Według producenta, w porównaniu do wazeliny technicznej  zapewnie lepsze ochronę korozyjną i zapewnia lepszą przewodność.

Zdjęcia i tekst pochodzą z artykułu „Diagnostyka i obsługa akumulatora” w dodatku technicznym do Wiadomości IC „Obsługa układów hamulcowych cz. 2 - Diagnostyka i obsługa akumulatora” nr 25/ grudzień 2007