Типы аккумуляторов для автомобилей. Их отличия и особенности
В наше время существует множество различных гаджетов, электроприборов и прочих устройств, без которых наша жизнь была бы сложнее. Ежедневно мы используем множество портативных устройств. Как известно, не все устройства работают от сети, многим для удобства работы и мобильности необходимы элементы питания. И раз уж портативных устройств существует такое множество, логично предположить, что и элементы питания обладают не меньшим разнообразием. Самый распространенный вид батарей — это автомобильные батареи. Все автовладельцы знают, насколько важна корректная работа автомобильного аккумулятора. Из-за высокой потребности в таких АКБ, прогресс не стоит на месте и появляется все больше типов аккумуляторов для автомобилей. Сегодня мы постараемся разобраться какие виды аккумуляторов бывают, в чем их отличия и особенности. Какой АКБ для каких случаях подойдет лучше всего. А также, как узнать тип аккумулятора вашего автомобиля среди такого большого количества разновидностей.
Что такое АКБ в автомобиле?
АКБ — технически сложное устройство, в котором происходят химические процессы. В аккумуляторе находится сразу несколько источников питания, объединяя которые он может выдавать достаточно сильный ток, который может запустить двигатель автомобиля. Самый популярный тип АКБ совмещает в себе шесть элементов, которые принято называть банками. Именно это позволяет выдавать напряжение, которое в сумме примерно составляет чуть больше двенадцати вольт.
Впервые аккумулятор был разработан и использован во Франции около 150 лет назад. В течении этих 150 лет произошло множество модернизаций, появилось много разновидностей АКБ, но общая суть работы осталась той же. Все виды АКБ являются свинцово-кислотными. На сегодняшний день только такая технология может выдавать требуемый ток для запуска двигателя и быть достаточно удобной в использовании. К сожалению, на сегодняшний лучшего варианта не существует, хотя данный вид АКБ является достаточно опасным из-за своего состава.
Какие бывают аккумуляторы для автомобиля?
Старый вид АКБ. Отличается большим содержанием сурьмы в составе (более пяти процентов). В современных видах этот показатель значительно меньше. Сурьма используется для увеличения прочности пластин, так как свинец в чистом виде — достаточно слабый материал. В ходе химических реакций, данный вид расположен к большим потерям электролита, что приводит к открытию пластин. Поэтому такой вид АКБ требует постоянного контроля и обслуживания (добавления дистиллированной воды. В некоторых сферах такие АКБ еще встречаются, но для запуска двигателей их уже не используют, в виду появления более совершенных технологий.
Для снижения потерь электролита и большей надежности входе эксплуатации был разработан данный вид АКБ. Здесь содержание сурьмы в составе пластин менее пяти процентов. Но полностью проблему потери электролита это не решило. Пусть рекламодатели заявляют, что данные батареи не требуют обслуживания, правильнее сказать, что они просто требуют не такого интенсивного и регулярного добавления воды в электролит. Зато они обладают гораздо меньшей предрасположенностью к саморазряду АКБ пока он не используется. Данный вид акб подойдет для автомобилей, которым свойственны перепады напряжения (отечественные и старые авто), так как он является устойчивым к перепадам. Показывает себя в этом плане даже лучше более современных типов АКБ.
Маркируются CA/CA, что говорит о том, что в составе и положительных и отрицательных решеток присутствует кальций. Это сделано для того, чтобы еще больше сократить потери жидкости, так как при таком составе значительно снижается уровень электролиза. Некоторые производители для увеличения емкости добавляют в состав серебро в малом количестве. В отличие от предыдущих видов АКБ, этот можно реально называть не обслуживаемым, так как потери жидкости сведены практически к нулю, также такой тип очень низкую расположенность к саморазряду. Но есть и минусы, если допустить несколько сильных разрядов такого АКБ — может произойти неустранимая потеря емкости и АКб придется утилизировать и заменить. Такой вид АКБ является очень чувствительным к перепадам напряжениям, поэтому подойдет только для авто, где таких перепадов произойти практически не может. Естественно с приходом более сложных технологий приходят и затраты на производство, поэтому стоимость кальциевого АКБ выше, чем малосурьмянистого.
Гибридные аккумуляторы.
Из названия понятно, что здесь происходит некое объединение технологий. Решетки такого АКБ будут выполнены из разных материалов, а именно: в состав плюсовых входит сурьма, а в состав отрицательных — кальций. Расход воды получился средним между типами совмещенных технологий, но зато получилось такой аккумулятор более устойчив к перепадам напряжения и сильным разрядам.
Гелевые и AGM аккумуляторы
Жидкостные АКБ являются достаточно опасными для человека, так как при вытекании электролит выдает ядовитые испарения. Именно технологии гелевых и AGM АКБ решают данную проблему. Здесь жидкость заменена вязким вариантом. Эта технология также препятствует активному разрушению пластин. В случае с AGM-технологией это достигается благодаря добавления в состав пористого стекловолокна, которое пропитывается электролитом. В гелевых АКБ вязкость создается путем добавления добавок кремниевых соединений. Как в таком случае определить конкретный тип аккумулятора? Очень просто, они обладают соответствующими маркировками GEL либо AGM. Эти батареи хорошо переносят глубокие разряды и могут даже без полного заряда выдавать достаточное напряжение. Хорошо ведут себя при вибрациях и могут работать в любом положении корпуса. Хорошо справляются на современных авто, с большим количеством электроники. На морозе такие АКБ тоже могут вести себя не совсем корректно. А вот к процессу зарядки тут особое отношение. Для таких АКБ существует специальная технология заряда, соблюдение которой максимально важно, также потребуется специальное зарядное устройство для такого типа АКБ.
Как говорит нам название, в этих АКБ в качестве электролита используют не кислоту, а щелочь. Существует очень много подвидов таких АКБ, но чаще они используются в других сферах, чем в автомобиле. К основным преимуществам можно отнести: не боятся перезарядов, хорошо показывают себя в холодное время года, лучше держат заряд. Ну и, конечно же, минусы: так как для достижения необходимых показателей такой технологией потребуется объединить гораздо больше элементов питания — значительно превосходят другие виды по габаритам, высокая цена. На легковых авто использование таких акб — просто не имеет смысла, очень редко используют в грузовиках. Чаще такие АКБ можно встретить как тяговые АКБ в каких-либо помещениях.
При ответе на вопрос: какие бывают авто аккумуляторы? Нельзя обойти такой современный и перспективный тип АКБ как Li-Ion. В таких батареях применяются ионы лития. Материалы электродов постоянно совершенствуются, так как технология активно развивается. Основные плюсы данной технологии: хорошая емкость в небольших габаритах, устойчив к саморазрядам. Недостатки: достаточно чувствительны к температурным перепадам, ограниченное (и малое) число полных циклов заряд-разряд (около пятисот), со временем теряют значительную часть емкости, слабая мощность для запуска двигателей. На данный момент они лучше подходят для различной электроники, для автомобиля такая технология не подходит, но с развитием технологии, они вполне могут составить конкуренцию другим вариантам АКБ.
Чего стоит ожидать в дальнейшем?
В наше время все технологии развиваются с высочайшей скоростью, развитие строение аккумуляторов здесь не исключение. Глядя на то, какие бывают аккумуляторы на сегодняшний день, сложно сказать, какими они будут через десятки лет. Однако уже понятно, что в первую очередь модернизаций стоит ожидать по следующим направлениям:
Повышения уровня безопасности. Сейчас весь Мир обеспокоен проблемой безопасности и для человека, и для экологии;
Устойчивость к температурным изменениям. Всем бы хотелось, чтобы батарея исправно работала при любых температурах и прочих условиях;
Создание мощных АКБ в компактных корпусах
Надеемся, что мы достаточно подробно рассказали о том, какие АКБ бывают на данный момент и даже попытались заглянуть в будущее. Очевидно, что время свинцово-кислотных АКБ на исходе, но время литий-ионных еще не пришло. Оптимальным решением сейчас придется гелевый аккумулятор в большинстве случаев. Но этот выбор сугубо индивидуальный и зависит от многих факторов: цели, ожидания, бюджет, количество электроники в Вашем автомобиле. Единственное, что можно сказать точно — это то, что к выбору аккумуляторной батареи стоит подходить с особым вниманием, ведь без запуска двигателя не пройдет ни одна поездка. поэтому правильный выбор АКБ — это залог успешной эксплуатации автомобиля на протяжении нескольких ближайших лет.
Спасибо за внимание! Всем удачи на дороге!
На сайте BlackTyres не так давно появился отдельный раздел с аккумуляторами. Заходите и выбирайте себе новые, качественные устройства по лучшим ценам.
Ставь 👍, если понравилась статья и подписывайся ✅ на канал, чтобы не пропустить новые публикации. Дальше будет еще интереснее и полезнее. Удачи на дорогах!
Автомобильные аккумуляторы (виды, периоды замены)
Всем привет. В продолжение предыдущего поста, решил написать пост о автомобильных аккумуляторах. Аккумулятор играет немаловажную роль, если не сказать одну из главных в работе автомобиля и электрических цепей. Поэтому нужно с особой тщательностью подходить к выбору и к дальнейшей эксплуатации батареи. Как и в других комплектующих и запчастях существует огромное количество видов и производителей автомобильных батарей, какую выбрать и какая прослужит долго- это открытый вопрос, потому что раз на раз не приходится, хотя как и везде опытные автомобилисты советуют не экономить и брать качественную батарею, которая прослужит более 5 лет точно. Аккумуляторы бывают следующих видов:
1.Традиционные («сурьмянистые»)
2.Малосурьмянистые
3.Кальциевые
4.Гибридные
5.Гелевые, AGM
6.Щелочные
7.Литий-ионные
АКБ этого типа содержат в составе свинцовых пластин ≥5% сурьмы. Часто их еще называют классическими, традиционными. Но такое название на сегодняшний день уже не актуально, так как классическими уже стали АКБ с меньшим содержанием сурьмы.Аккумуляторы с высоким содержанием сурьмы делают легкообслуживаемыми. Это вызвано тем, что приходится довольно часто, не реже одного раза в месяц, производить проверку плотности электролита и заливку воды.
Сейчас АКБ данного типа уже не устанавливаются на автомобили, т.к. прогресс уже давно ушел вперед. Такие аккумуляторы ставились на советские автомобили, а так же некоторые иномарки 70-80-х годов. Такую батарею можно найти на старых автомобилях которые стоят в гараж уже более двадцати лет и не эксплуатируются.
Для уменьшения интенсивности «выкипания» воды в аккумуляторах стали использовать пластины со сниженным количеством сурьмы (меньше 5%). Это позволило избавиться от необходимости часто проверять уровень электролита. Также снизился уровень саморазряда АКБ при хранении.
Такие аккумуляторы чаще всего называют малообслуживаемыми или вовсе необслуживаемыми, подразумевая, что данные АКБ не требуют контроля и ухода. Хотя термин «необслуживаемый» больше маркетинговый, чем реальный, так как не получилось абсолютно избавиться от потерь воды из электролита. Вода все равно понемножку «выкипает», хоть и гораздо в меньших количествам, чем у обычных обслуживаемых аккумуляторов.
Малосурьмянистые аккумуляторные батареи больше подходят для легковых автомобилей российского производства, так как отечественные авто пока не могут похвастаться обеспечением стабильности напряжения бортовой сети. Тем более, малосурьмянистые аккумуляторы отличаются минимальной стоимостью по сравнению с другими.
Еще одним решением снизить интенсивность «выкипания» воды в аккумуляторе было использование вместо сурьмы другого материала в решетках электродов. Наиболее подходящим оказался кальций. Аккумуляторные батареи данного типа часто имеют маркировку «Ca/Ca», что обозначает, что пластины обоих полюсов содержат в своем составе кальций. Также в состав пластин иногда добавляют еще и серебро в малых количествах, что снижает внутреннее сопротивление АКБ. Это положительно сказывается на энергоемкости и КПД батареи.
Однако кальциевые аккумуляторные батареи имеют не только плюсы, но и минусы.
Одним из главных минусов аккумуляторов данного типа является капризность в отношении переразряда. Достаточно 3-4 раза чересчур разрядить, как необратимо снижается уровень энергоемкости, т.е. резко уменьшается количество тока, которое батарея способна накопить. Аккумуляторную батарею в таких случаях, как правило, просто меняют.
Кальциевые аккумуляторы чувствительны к напряжению бортовой сети автомобиля, крайне плохо перенося резкие перепады. Перед покупкой аккумуляторной батареи данного типа следует убедиться в стабильности напряжения автомобиля.
Еще одним минусом является более высокая цена кальциевых аккумуляторов. Но это уже не является недостатком, а вынужденной платой за качество.
Чаще всего кальциевые аккумуляторные батареи устанавливаются на иномарках среднего ценового диапазона и выше, т.е. на те автомобили, где качество и стабильность электрооборудования гарантировано.
Часто обозначаются как «Ca+». В гибридных аккумуляторах пластины электродов сделаны по разным технологиям: положительные – малосурьмянистые, отрицательные — кальциевые. Это позволяет совместить положительные качества обоих типов аккумуляторных батарей. Расход воды у гибридных батарей в два раза меньше, чем у малосурьмянистых, но все равно больше, чем у кальциевых. Зато выше устойчивость к переразрядам и перезарядам.
По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми.
елевые и AGM аккумуляторные батареи содержат электролит не в «классическом» жидком виде, а в связанном, гелеобразном состоянии (отсюда и название типа батареи).
Инженерам на протяжении более чем полторы сотни лет истории аккумуляторных батарей приходилось решать множество проблем, задач. Одной из важнейших проблем было осыпание активного вещества с поверхности пластин-электродов. Этот вопрос временно решили путем добавления в состав оксида свинца различных присадок — сурьмы, кальция и т.д. Еще одной очень важной задачей было обеспечение безопасности эксплуатации батарей, т.к. электролит — водный раствор серной кислоты — мог легко вытечь при повреждении корпуса АКБ. Не надо рассказывать, насколько агрессивным химическим веществом является серная кислота. Необходимо было найти способ не допустить, минимизировать возможность утечки электролита при повреждении корпуса батареи.
К сожалению, гелевые батареи при очень низких температурах ведут себя хуже, чем классические. Это связано с тем, что гель становится менее проводимым при снижении температуры. При благоприятных условиях эксплуатации гелевые аккумуляторные батареи могут работать до 10 лет.
Благодаря своей абсолютной герметичности, относительной виброустойчивости и своей фактической (а не просто маркетинговой) необслуживаемости гелевые батареи широко применяются там, где классические АКБ использовать опасно или невыгодно: внутри помещений (например, в источниках бесперебойного питания), в мототехнике (мотоцикл, в отличие от автомобиля, едет, периодически отклоняясь от вертикальной плоскости), в морском и речном транспорте (данные аккумуляторы не боятся качки, свойственной судам). Разумеется, гелевые батареи также применяются и в автомобилях. Чаще всего — в престижных иномарках, что обусловлено довольно высокой ценой этих АКБ (плата за качество и надежность).
Как известно, в качестве электролита в аккумуляторах может использоваться не только кислота, но и щелочь. Существует множество разновидностей щелочных АКБ, но мы рассмотрим только те, что нашли применение в автомобилях.У щелочных аккумуляторных батарей есть ряд преимуществ по сравнению с кислотными:
— Хорошая переносимость переразрядов. При этом батарея может храниться в разряженном состоянии без потери своих характеристик, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
— Щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд. При этом есть мнение, что их лучше перезарядить, чем недозарядить.
— Щелочные аккумуляторы гораздо лучше работают в условиях низкой температуры. Это позволяет почти безотказно обеспечивать запуск двигателей в зимнее время.
— Саморазряд щелочных батарей ниже классических кислотных.
— Из щелочных АКБ не выделяются вредные испарения, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
— Щелочные аккумуляторы умеют накапливать больше энергии на единицу массы. Это дает возможность дольше выдавать электрический ток (при тяговом режиме эксплуатации).
Однако у щелочных аккумуляторных батарей есть и недостатки, если сравнивать с кислотными:
— Щелочные аккумуляторы выдают напряжение меньше, чем кислотные, из-за чего приходится объединять большее количество «банок» для достижения нужного напряжения. По этой причине, при одинаковом напряжении, габариты щелочного аккумулятора будут больше.
— Щелочные батареи намного дороже кислотных.
Щелочные батареи в настоящее время используются чаще в качестве тяговых аккумуляторов, чем стартерных. Из-за своих габаритов большинство выпускаемых стартерных щелочных АКБ — для грузовиков.
Литий-ионные аккумуляторные батареи (и ее подвиды) считаются наиболее перспективными в качестве дополнительного источника электрического тока.Когда инженерам удастся решить эти недостатки, литий-ионные аккумуляторы станут отличной заменой классической кислотной АКБ.
Идет непрерывная работа над усовершенствованием существующих типов аккумуляторных батарей. В исследовательских центрах ищут способы увеличения энергоемкости источников питания, что позволит уменьшить размеры аккумуляторов. Для северных районов очень пригодится изобретение морозоустойчивой батареи (и тогда не было бы проблемы отказа завода двигателя в сильные морозы).
Таким образом можно заметить, что перед автовладельцами стоит непростой выбор, какую батарею поставить, и какая именно подойдет в тот или иной тип автомобиля. Помимо вышеуказанного разнообразия, все аккумуляторы подразделяются на обслуживаемые и не обслуживаемые.
1. Обслуживаемые батареи
Прежде всего, их положительный заряд переходит постепенно в отрицательный, что способствует быстрой разрядке. Кроме того, во время движения по нашим неидеальным дорогам происходит вытекание электролита, что также способствует выходу из строя батареи. При этом у них есть и одно достоинство, их легко не только разрядить, но и зарядить снова.
Характерным визуальным отличием являются пробочки с крестовиной, они закрывают колодцы в которых находится электролит. Такой аккумулятор при должном обслуживании и своевременном залитии электролита может прослужить до 8 лет.
2. Необслуживаемые батареи
К таким моделям относятся гелевые конструкции (и не только), которые не нуждаются в дополнительной доливке, так как данная субстанция довольно плотная по своей консистенции и никогда не просачивается. Таким образом, его можно установить в любом удобном положении, это никак не отразится на работоспособности. Также существуют и батареи AGM, в которых сгущение кислоты достигается с помощью использования стекловолокна.
Итак мы рассмотрели виды и типы аккумуляторных батарей, теперь рассмотрим период замены. Почти во всех мануалах и руководствах по аккумуляторам указан срок 4 года. Однако это не значит что по истечению этого срока нужно сразу же менять батарею на новую. Аккумулятор аккумулятору рознь, некоторые отраюотают два года и в один прекрасный день просто не запустят ваш автомобиль, другие же будут служить до 8-10 лет. Например у моего дяди батарея BOSCH прослужила 8 лет, зимой проблем не было.
Срок гарантии на свинцовые аккумуляторы, обычно плавает в пределах от 1 до 3 лет, да и срок службы не превышает 5 – 7 лет. Конечно есть очень много факторов которые влияют на его долголетие, например кто-то пользуется им целый год и зимой и летом, аккумулятор испытывает перегрузки в зимние холода (соответственно срок его службы укорачивается), а кто-то эксплуатирует автомобиль только летом, а летом достаточно даже не очень сильного аккумулятора (срок службы будет значительно дольше, а особенно дольше если его правильно хранить).
Наши (отечественные) аккумуляторы, ходят (при круглогодичном использовании) максимум 3 – 4 года, импортные по 5 – 6 лет.
Наиболее очевидным признаком проблем с аккумулятором, является, конечно же, падение напряжения в электросистеме автомобиля. Тем не менее, аккумулятор является частью более крупной системы, подключенной к другим частям автомобиля, и мёртвый аккумулятор может указывать на проблему глубже, чем просто отсутствие напряжения. Если что-то ещё происходит не так в системе электрооборудования — например, скажем, слабый генератор, то это также может быть причиной слабого аккумулятора.
Большое количество электронной аппаратуры, зарядки для телефонов, видеорегистраторы, навигаторы, и прочее будут уверенно разряжать батарею, а уж если вы ездите со всем этим добром на короткие дистанции, то батарея не сможет восстанавливать потерянную энергию в полном объеме. Еще одной немаловажной причиной может быть не стабильная работа генератора, проблемы в проводах массы, электроцепях автомобиля, и непосредственно клеммах и проводах которые идут на сам аккумулятор.
Другим сигналом к замене аккумулятора является и его возраст — если аккумулятор старше трёх-четырёх лет, можно начинать ожидать проблемы. Коррозия и пятна на нём означают, что в нём появилась утечка. Наконец, просто понюхайте аккумулятор, обращая внимание на запах гнилых яиц (сера) или запахом перегрева батареи.
На мой взгляд ТО аккумуляторной батареи нужно проводить каждый год, вне зависимости от вида и типа батареи. Если вы купили аккумулятор в специализированном магазине то вам дают специальный талон, так же вы бесплатно можете проводить проверку батареи. Таким образом если у вас исправен генератор, электроцепи и прочее, а так же вы не нагружаете автомобиль другой электроникой, даете возможность батарее зарядится как следует, то аккумулятор будет служить очень долго, а ТО проводимое в специальном магазине по продаже аккумулятора покажет и предупредит вас о том, необходимо ли менять батарею, сколько она еще прослужит и чего ожидать.
Всем спасибо, надеюсь данная информация была полезна. Дальше будут еще информативные и полезные статьи. Всем спасибо и до связи.
Устройство автомобилей
Типы автомобильных аккумуляторов
Одинаковые внешне, все аккумуляторные батареи имеют существенные внутренние отличия, и классифицируются, в первую очередь, по составу пластин, образующих электроды аккумуляторов и виду электролита.
Из всего разнообразия аккумуляторов электрической энергии в автомобилях в качестве стартерных используются в подавляющем большинстве свинцовые аккумуляторные батареи с кислотным электролитом. Это обусловлено тем, что свинцовые аккумуляторы обладают максимальной энергоемкостью и способностью за короткий момент времени отдавать большой ток по сравнению с аналогами, в которых основу пластин составляют другие металлы, сплавы или проводники. Большой ток необходим для прокручивания коленчатого вала автомобильного двигателя при его пуске.
Из-за этих уникальных свойств свинцово-кислотных аккумуляторов разработчикам приходится мириться с тем, что серная кислота и свинец являются очень вредными веществами, способными нанести вред природе и человеку. По этой причине корпуса всех свинцовых аккумуляторов выполняются из прочной кислотостойкой пластмассы, что позволяет обеспечить максимальную безопасность во время транспортировки, эксплуатации и обслуживания. В ближайшей перспективе достойной альтернативы свинцово-кислотным аккумуляторам нет.
Современные автомобильные аккумуляторы содержат в своей конструкции свинцовые пластины с добавлением различных химических веществ и соединений. По составу этих добавок аккумуляторные батареи классифицируют на несколько типов. В качестве автономного источника тока на автомобилях наиболее широко применяются следующие типы аккумуляторов:
Сурьмянистые аккумуляторы
Свинцовые пластины сурьмянистых аккумуляторов содержат в составе более 5% сурьмы (Sb). Такие аккумуляторы применялись в качестве источника электроэнергии ранее перечисленных типов, поэтому сурьмянистые батареи можно считать классическими аккумуляторами. В настоящее время сурьмянистые аккумуляторы считаются устаревшим типом автомобильных источников тока, и уступили место аккумуляторам с меньшим содержанием сурьмы.
Известно, что свинец является мягким и очень пластичным металлом, поэтому в чистом виде малопригоден для использования в аккумуляторах и аккумуляторных батареях автомобилей. Добавка сурьмы в свинец позволяет увеличить прочность пластин.
Но благодаря такой добавке существенно ускоряется процесс электролиза; вода разлагается на составляющие компоненты, при этом процесс сопровождается выделением газов (кислорода и водорода) из электролита. Внешне создается впечатление, что электролит кипит, выделяя пузырьки газа.
В результате вода «выкипает», плотность электролита изменяется, а его количество в аккумуляторах батареи уменьшается, что приводит к оголению электродов. Для компенсации потери электролитом воды в аккумуляторную батарею приходится систематически доливать дистиллированную воду.
По этой причине сурьмянистые аккумуляторные часто называют обслуживаемыми, поскольку приходится довольно часто производить проверку плотности и уровня электролита, корректируя их доливкой воды. Современные типы аккумуляторных батарей, пришедшие на смену сурьмянистым, называют необслуживаемыми, несмотря на то, что в них тоже предусматриваются элементы конструкции, необходимые для обслуживания.
Тем не менее, такие батареи требуют значительно меньше внимания при эксплуатации и нуждаются в менее трудоемком уходе.
В настоящее время сурьмянистые батареи практически не используются на автомобилях. Их вытеснили другие, более прогрессивные типы аккумуляторов, имеющие улучшенный состав добавок в свинец пластин, что придает им ряд высоких качественно-эксплуатационных характеристик и свойств. Современные автомобильные аккумуляторы изготавливаются с малым содержанием сурьмы или же совсем без нее.
Тем не менее, сурьмянистые аккумуляторы ещё нередко применяются в различных стационарных установках в качестве источниках тока, где эксплуатация таких батарей сопровождается уходом со стороны квалифицированного персонала. Основное достоинство сурьмянистых батарей – их относительно невысокая стоимость, неприхотливость, а также простота обслуживания в стационарных условиях.
К сожалению, этих свойств оказалось недостаточно, чтобы сохранить лидерство в качестве автомобильного источника тока.
Малосурьмянистые аккумуляторы
Малосурьмянистые батареи имеют пластины, изготовленные из свинца без каких либо добавок, и считаются самыми простыми и дешевыми. Такие батареи довольно распространены на автомобильном рынке, преимущественно отечественном, и, в принципе, являются универсальными.
Основной причиной применения аккумуляторных пластин с малым содержанием сурьмы (меньше 5%) является стремление конструкторов уменьшить интенсивность потерь воды из электролита в результате электролизных процессов, которые начинаются при заряде аккумуляторного блока до напряжения 2 В.
Применение пластин с малым содержанием сурьмы уменьшает электролизные явления, что позволило избавиться от необходимости часто проверять и корректировать уровень электролита в батарее. Кроме того, в таких аккумуляторных батареях уровень саморазряда при хранении существенно ниже, чем в сурьмянистых АКБ.
Тем не менее, такие аккумуляторы тоже нуждаются в периодическом обслуживании, хоть и в меньшей степени, чем сурьмянистые. Некоторые потери воды из электролита имеют место, поэтому изредка требуется проверять его плотность и уровень, доливая, при необходимости, дистиллированную воду. Исходя из этого, малосурьмянистые АКБ правильнее будет отнести к малообслуживаемым, а не к необслуживаемым батареям.
По этой причине малосурьмянистые аккумуляторные батареи лучше всего подходят для эксплуатации на автомобилях, в которых бортовая сеть не обеспечивается стабильным напряжением, в том числе, на автомобилях отечественного производства, которые еще нередко «грешат» этим недостатком.
Ну и, конечно же, цена аккумулятора – далеко не последнее требование потребителя, а малосурьмянистые АКБ являются самыми дешевыми среди свинцово-кислотных аналогов.
Кальциевые аккумуляторы
Применение сурьмы в составе аккумуляторных пластин позволяет увеличить их прочность, что для автомобильного аккумулятора немаловажно. Но, как указывалось выше, сурьма является причиной интенсивных электролизных процессов в аккумуляторе, сопровождающихся потерей воды из электролита.
Снизить это негативное явление можно не только отказом от применения сурьмы, но и использованием вместо нее более подходящего металла в решетках электродов. Подходящим для этих целей металлом оказался кальций (Са). Использование кальция вместо сурьмы позволило повысить напряжение начала электролиза воды в каждом аккумуляторе с 2 до 3,6 вольт, поэтому перезаряд для такой аккумуляторной батареи не грозит «обезвоживанием» электролита.
Применение кальция в составе пластин позволило значительно снизить интенсивность электролизных явлений, сопровождающихся потерями воды из электролита по сравнению с малосурьмянистыми аккумуляторами. Потери воды за весь срок службы кальциевых батарей настолько мал, что практически отпадает необходимость в проверке плотности и уровня электролита в аккумуляторах. Таким образом, кальциевые аккумуляторные батареи имеют полное право называться необслуживаемыми.
Иногда вместе с кальцием в состав пластин в малых количествах добавляют серебро, что позволяет уменьшить внутреннее сопротивление аккумуляторов. Это положительно сказывается на энергоемкости и КПД аккумуляторной батареи.
Не лишены кальциевые аккумуляторные батареи и недостатков.
Одним из главных минусов является плохая стойкость аккумуляторов данного типа к глубокому разряду. Достаточно три-четыре раза чрезмерно разрядить батарею, как необратимо снижается уровень ее энергоемкости, т. е. существенно уменьшается количество электрической энергии, которую батарея способна накопить в процессе заряда. В таких случаях кальциевую аккумуляторную батарею, как правило, выбраковывают.
Эксплуатируя кальциевую аккумуляторную батарею необходимо помнить, что несколько полных циклов разряда могут привести ее в полную негодность, что, с учетом ее высокой стоимости, приведет к существенным затратам на приобретение нового аккумулятора.
Кроме того, кальциевые аккумуляторы весьма чувствительны к перепадам напряжения в бортовой сети автомобиля, теряя эксплуатационные качества. Приобретая для автомобиля аккумуляторную батарею такого типа, необходимо убедиться в стабильности напряжения бортовой сети, исправности регулятора напряжения и генератора.
Существенным для потребителей минусом является более высокая цена кальциевых аккумуляторов по сравнению с сурьмянистыми. Тем не менее, этот недостаток с лихвой окупается надежностью и качеством таких источников тока, а также отсутствием необходимости в уходе за электролитом. При правильной эксплуатации кальциевая АКБ будет служить долго и надежно, не требуя от владельца никаких хлопот по обслуживанию и уходу.
Обычно кальциевые аккумуляторные батареи устанавливаются на автомобили, у которых в системе электрооборудования гарантированно поддерживается стабильное напряжение, т. е. на автомобили не ниже среднего ценового диапазона.
Гибридные аккумуляторы
В результате такой «комбинации» электролизные потери воды из электролита у гибридных батарей почти в два раза ниже, чем у малосурьмянистых аккумуляторов, однако выше, чем у кальциевых. Существенным плюсом гибридных аккумуляторных батарей является высокая устойчивость к глубоким разрядам и перезарядам. Перепады напряжения в бортовой сети автомобиля тоже не оказывают на гибридные батареи столь пагубного влияния, как, например, на кальциевые АКБ.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что по эксплуатационным характеристикам гибридные аккумуляторные батареи занимают нишу между малосурьмянистыми и кальциевыми аналогами.
Выбор гибридной аккумуляторной батареи для недорогих и средних по стоимости автомобилей можно назвать самым оптимальным решением. Великолепно такие батареи подойдут и для автомобилей со «стажем», как импортных, так и отечественных. По понятным причинам, решающее значение на такой выбор оказывает оптимальное соотношение «цена-качество».
На корпусах гибридных аккумуляторов обычно наносится обозначение Ca+ или Ca/Sb.
Гелевые аккумуляторы
Гелевые аккумуляторы отличаются от своих свинцово-кальциевых «собратьев» тем, что в них применяется не жидкий, а гелеобразный (киселеобразный) электролит. Это позволяет значительно уменьшить проблему текучести электролита, содержащего чрезвычайно агрессивную серную кислоту. Не секрет, что небрежное отношение к аккумулятору или к его обслуживанию может явиться причиной опасных последствий при попадании пролитого электролита на кожу или в окружающую среду. Густой гелеобразный электролит лишен опасной текучести, свойственный классическим жидкостям.
Кроме того, гель препятствует осыпанию активной массы аккумуляторных пластин, удерживая ее у поверхности электродов, избавляя конструкторов от необходимости добавлять в свинец излишнее количество добавок (сурьму, кальций), повышающих прочность пластин.
Благодаря тому, что гель менее текучий, чем жидкий электролит, гелевые батареи не боятся наклонов и качки.
Для перевода электролита в гелеобразное состояние используют, так называемую, технологию GEL (Gelled Electrolite), которая заключается в добавке к жидкому электролиту соединений кремния.
Кроме отмеченных выше достоинств гелеобразного электролита, к существенным преимуществам гелевых аккумуляторных батарей можно отнести и другие положительные свойства.
У них низкая скорость саморазряда, благодаря чему их можно хранить долгое время без критического снижения напряжения между электродами.
Гелевые аккумуляторы отдают ток одинаковой силы вплоть до полного разряда и независимо от начальной степени заряда батареи. При этом они не боятся глубокого разряда, полностью восстанавливая свойства после заряда, и могут выдержать несколько сотен циклов заряд-разряд без существенного снижения эксплуатационных качеств. Этот тип аккумуляторных батарей относится к необслуживаемым, т. е. в процессе эксплуатации не нуждаются в уходе и повышенном внимании.
Не лишены гелевые АКБ и недостатков.
С учетом того, что у многих автомобилей напряжение в бортовой сети изменяется в пределах 13. 16 В, применять гелевые аккумуляторные батареи на них не рекомендовано.
По этой же причине для зарядки гелевых батарей предусматриваются специальные зарядные устройства, позволяющие осуществлять зарядку в щадящем режиме. Чтобы избежать неприятностей в виде непредвиденных расходов, заряд гелевого аккумулятора следует производить, изучив соответствующую инструкцию.
Гелевые аккумуляторы чрезвычайно чувствительны к короткому замыканию. Даже незначительное и кратковременное замыкание может полностью испортить батарею.
Существенным недостатком является чувствительность гелевого электролита к низким температурам. При значительном снижении температуры электролит еще больше густеет, что приводит к потере его качественных свойств и уменьшению реальной емкости аккумулятора.
Впрочем, сильный перегрев для гелевых АКБ тоже опасен, и может даже привести к взрыву батареи.
Несмотря на высокую стоимость, гелевые батареи не являются «вечными». Реальный срок службы на автомобиле может достигать 8…10 лет. При правильной эксплуатации в идеальных условиях гелевые аккумуляторные батареи могут прослужить до 12 лет.
Обычно гелевые аккумуляторы маркируются специальным знаком, в котором присутствует аббревиатура «GEL», обозначающая технологию его исполнения.
EFB аккумуляторы
Изначально EFB разрабатывались для системы «старт–стоп» («start-stop»), при которой двигатель автоматически глохнет и запускается манипуляцией водителем педалями тормоза и акселератора. Система «старт–стоп» в настоящее время обретает все большую актуальность и популярность, поскольку ее использование позволяет экономить топливо, снизить количество вредных выбросов и шум от работающего на холостых оборотах (во время остановок) двигателя.
Обычная свинцовая АКБ не выдерживает много стартов в течение относительно коротких поездок (например, по городу) с частыми остановками, а вот аккумуляторы EFB легко переносит такой режим. Они очень быстро заряжаются, поэтому генератор успевает компенсировать энергию, потраченную стартером при пуске двигателя.
Аккумуляторы, изготовленные по технологии EFB, имеют следующие положительные свойства:
Такие аккумуляторные батареи безопасны и практически не обслуживаемы. Подзаряжать их можно даже дома, поскольку электролит при этом не испаряется.
Если провести сравнение EFB и AGM аккумуляторов, как наиболее близких по конструкции, то первые отличаются следующими положительными качествами и свойствами:
К числу недостатков EFB (в сравнении с AGM аккумуляторами) можно отнести меньшую отдаваемая мощность, что негативно сказывается при большом количестве потребителей электроэнергии. Кроме того, EFB не способны поддерживать технологию рекуперации энергии торможения.
AGM аккумуляторы
AGM аккумуляторные батареи являются разновидностью гелевых батарей и изготавливаются по усовершенствованной технологии. В них электролит тоже находится в гелеобразном состоянии, но, в отличие от аккумуляторов, изготовленных по технологии GEL, в AGM аккумуляторах, помимо кремниевых добавок в электролит, между пластинами располагают специальный пористый материал, выполненный из стекловолокна, дополнительно удерживающий гель и защищающий электроды от осыпания.
Аббревиатура «AGM» расшифровывается в буквальном смысле – «абсорбирующий (поглощающий) стекломатериал» (Absorbent Glass Mat). Этот тип аккумуляторов впервые начал применяться в 70-х годах прошлого века в качестве источников тока для стационарных систем бесперебойного электроснабжения. Эксплуатационные и технические характеристики гелевых аккумуляторов GEL и аккумуляторов AGM почти не отличаются.
Тем не менее, можно отметить ряд преимуществ и недостатков батарей этого типа в сравнении с гелевыми аккумуляторами.
Преимущества: меньшая стоимость, относительно низкая чувствительность к напряжению заряда, коротким замыканиям и температуре внешней среды.
AGM аккумуляторы, как и гелевые, не нуждаются в обслуживании (необслуживаемые).
Недостатки: меньшая долговечность по допустимому количеству циклов заряд-разряд (примерно в два раза), бóльшая чувствительность к глубокому разряду, более быстрый саморазряд.
Как и у гелевых аккумуляторных батарей, пластины электродов AGM изготавливаются из свинца с добавкой кальция (иногда с включением серебра).
Следует учитывать, что технические характеристики и требования к обслуживанию у разных моделей аккумуляторных батарей AGM и GEL могут существенно отличаться, поэтому следует внимательно ознакомиться с инструкцией по их эксплуатации, прежде, чем использовать по назначению.
Из-за низкой стоимости аккумуляторные батареи AGM получили более широкое применение, особенно в машинах и установках с большим периодом циклов заряда-разряда.
В обозначении аккумуляторов данного типа присутствует аббревиатура «AGM».
Щелочные аккумуляторы
В качестве аккумуляторного электролита может использоваться не только водный раствор кислоты, но и щелочной раствор. Аккумуляторы такого типа называют щелочными. В настоящее время конструкторами и разработчиками предложено множество конструкций щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, но на автомобилях они широкого применения не нашли. Тем не менее, иногда можно встретить щелочную батарею в качестве источника постоянного тока системы электрооборудования на автомобилях, поэтому особенности их конструкции, достоинства и недостатки надо знать.
На автомобилях применяются щелочные аккумуляторы двух типов: никель-кадмиевые и никель-железные. Как можно догадаться из названий, основное отличие заключается в химическом составе пластин, образующих электроды аккумуляторов.
И никель-железные, и никель-кадмиевые аккумуляторы используют в качестве электролита раствор едкого калия (КОН).
Электроды в щелочных аккумуляторных батареях выполняются в виде тончайших гофрированных пластин, которые заполняются активной массой, а затем упаковываются в «пакеты». Это позволяет существенно повысить устойчивость аккумуляторов к вибрации.
Достоинства щелочных аккумуляторов
Щелочные аккумуляторные батареи обладают существенными положительными свойствами в сравнении с кислотными аккумуляторами:
Отсутствие электролиза воды в электролите.
Положительным свойством щелочных батарей является то, что в них при протекании химических реакций не расходуется электролит, или, если выразиться точнее – из электролита не «выкипает» вода в результате электролизных процессов. Поэтому в щелочных аккумуляторах можно не предусматривать излишки электролита, опасаясь его расходования, как это имеет место в кислотных аккумуляторах, где по понятным причинам приходится наливать электролит с некоторым запасом.
Сравнительно высокая удельная энергоемкость.
Удельная энергоемкость щелочных аккумуляторов выше, чем у кислотных аккумуляторов, т. е. на единицу собственной массы щелочные аккумуляторы способны накопить больше электрической энергии. Благодаря этому, при одинаковых весовых параметрах, щелочные аккумуляторы будут дольше отдавать ток, что особенно существенно при тяговом и стартерном режимах эксплуатации.
Хорошая переносимость глубоких разрядов.
Щелочная батарея может длительное время храниться в разряженном состоянии без потери эксплуатационных характеристик, чего нельзя сказать про кислотные аккумуляторные батареи.
Хорошая переносимость переразрядов.
Щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд, губительно сказывающийся, например, на гелевых аккумуляторах.
Сравнительная стойкость к низким температурам.
Щелочные аккумуляторы стабильнее работают в условиях низких температур, обеспечивая относительно надежный запуск двигателей в зимнее время.
Относительно низкий саморазряд.
Интенсивность саморазряда щелочных аккумуляторов ниже, чем у кислотных, что тоже немаловажно.
Относительная безопасность и экологичность.
Щелочные аккумуляторные батареи менее опасны и более экологичны, чем их кислотные аналоги, поскольку выделяют меньше вредных веществ в окружающую среду при работе или при утечке электролита.
Недостатки щелочных аккумуляторов
Однако у щелочных аккумуляторных батарей имеются и недостатки в сравнении с аккумуляторами, использующими в качестве электролита водный раствор серной кислоты:
Сравнительно низкое напряжение между электродами.
Щелочные аккумуляторы выдают напряжение меньше, чем кислотные, из-за чего приходится объединять в батарею большее количество аккумуляторов для достижения нужного напряжения. По этой причине, при одинаковом напряжении, габариты кислотного аккумулятора будут меньше габаритов щелочного аккумулятора.
Стоимость.
Щелочные батареи значительно дороже кислотных.
Область применения и перспективы
Щелочные батареи в настоящее время используются чаще в качестве тяговых аккумуляторов, чем стартерных, например, в электропогрузчиках, электрокарах и т. п. Из-за повышенных габаритов стартерные щелочные АКБ используются лишь на ограниченном количестве грузовых автомобилей. Что касается использования щелочных аккумуляторных батарей на легковых автомобилях – в настоящее время они не способны составить достойную конкуренцию свинцово-кислотным аккумуляторным батареям. Что будет дальше – покажет будущее.
В любом случае, усовершенствование конструкции щелочных аккумуляторов – направление перспективное, и разработки ведутся.
Литий-ионные аккумуляторы
Носителями электрического тока в аккумуляторах такого типа являются положительно заряженные ионы лития. Они способны внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, окислы и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMnO2) и соли (LiMnRON) металлов.
Важнейшими достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются:
Перечисленные положительные качества литий-ионных аккумуляторов делают их наиболее привлекательными для использования в качестве источника энергии электромобилей.
Тем не менее, присущие литий-ионным аккумуляторным батареям недостатки не позволяют в настоящее время массово использовать их вместо применяющихся сурьмянистых, кальциевых, гелевых и других типов батарей.
К таковым относятся:
Высокая чувствительность к температуре окружающей среды.
При отрицательных температурах резко снижается способность литий-ионных аккумуляторов отдавать энергию. Это одна из главных проблем, над решением которой в настоящее время трудятся многочисленные конструкторы и разработчики во всем техническом мире.
Литий-ионные аккумуляторы крайне чувствительны к глубоким разрядам и высокому напряжению заряда.
Из-за превышения зарядного напряжения литий-ионный аккумулятор может загореться, поэтому в корпус батареи часто встраивают контроллер заряда аккумуляторов, который обеспечивает защиту от превышения напряжения заряда. Кроме того, контроллер может следить за температурой аккумуляторов, отключая его при перегреве во время зарядки, ограничивать глубину разряда и ток потребления.
Но такой защитой снабжаются далеко не все литий-ионные аккумуляторы; многие производители в борьбе за сбыт могут ее игнорировать, обеспечивая тем самым снижение себестоимости и низкую цену на рынке. При покупке литий-ионных аккумуляторов необходимо учитывать и этот фактор.
Число циклов заряда-разряда, которые способна вынести такая батарея без потери эксплуатационных характеристик и свойств тоже пока невелико – не более 600 циклов.
Литий-ионные аккумуляторы с течением времени теряют способность накапливать энергию – каждый год хранения батарея теряет до 10 % первоначальной емкости, особенно если аккумуляторы хранятся при положительных температурах.
Недостаточная мощность для использования в качестве стартерной батареи. Силы тока, выдаваемой литий-ионным элементом, хватает для питания электронных приборов, но недостаточно для пуска двигателя.
Большую роль в долговечности и исправной работе литий-ионного аккумулятора играет его правильная эксплуатация. Чтобы продлить срок службы батареи необходимо придерживаться следующих правил:
Тем не менее, современные литий-ионные аккумуляторы и аккумуляторные батареи пока еще далеки до совершенства, соответствующего требованиям к подобным источникам электроэнергии. По этим причинам в настоящее время такие батареи используются, преимущественно, для обеспечения питанием различной мобильной электроники и измерительных приборов. Если разработчикам удастся избавить литий-ионные аккумуляторы от описанных выше недостатков, они с успехом заменят свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, вытеснив их с лидирующих позиций.
Аккумуляторы будущего
Работы по совершенствованию видов аккумуляторных батарей ведутся в следующих основных направлениях: