Типы аккумуляторов для автомобилей и их характеристика и описание

Подробно о характеристиках и видах автомобильных аккумуляторов

В какой-то момент автолюбители сталкиваются с проблемой выбора автомобильного аккумулятора. Те, кто совсем не понимает в аккумуляторах, идут несколькими путями. Некоторые просто покупают точно такую модель, другие обращаются за помощью к знающим друзьям. Есть и те, кто консультируется в сервисах технического обслуживания и автомобильных магазинах. В этом материале мы попытаемся объяснить основные характеристики автомобильных аккумуляторов и разберём основную терминологию.

Назначение аккумуляторных батарей и основные типы

Автомобильный аккумулятор обеспечивает питание различных потребителей в автомобиле в тот момент, когда двигатель заглушён или работает с малой частотой вращения коленчатого вала (холостой ход). При работе мотора на высокой частоте вращения питание потребителей идёт от генератора. Аккумулятор также вступает в дело, когда генератор не справляется с нагрузкой.

Среди свинцово-кислотных аккумуляторов можно выделить класс гелевых батарей, обладающих более продвинутыми характеристиками по сравнению с жидким электролитом. Кислота в них находится в гелеобразном состоянии. Подробнее о том, что такое аккумуляторная кислота, читайте в материале по ссылке. Есть и другие модификации кислотных батарей. В основном различия в них сводятся к добавлению разных легирующих элементов в свинцовые пластины. Это может быть кальций, серебро. Кстати, в пластины большинства стандартных аккумуляторов добавляется сурьма. В результате увеличивается стойкость пластин к нагреву и охлаждению.

Большинство легирующих добавок увеличивают стойкость пластин к коррозии и сульфатации, но имеют и свои недостатки.

Есть ещё аккумуляторы, которые выполняются по технологии «никель-металлогидрид», а также литиевые батареи. Последние, в свою очередь, подразделяются на ионные, фосфатные и полимерные. Никель-металлогидридные и литиевые аккумуляторы имеют специфические характеристики и используются в автомобилях с гибридными двигателями. Такие АКБ не могут работать в сети питания стандартного авто.

Автомобильные аккумуляторы можно классифицировать по такой характеристике, как напряжение. Вы можете посмотреть эту классификацию в таблице ниже.

Теперь пройдёмся по ним подробнее.
Вернуться к содержанию

Ёмкость

Ёмкость аккумулятора – это характеристика, показывающая количество электричества, которое он отдаёт, разряжаясь до минимально допустимого напряжения. Измеряется ёмкость в Ампер-часах (А-ч). Подробно о том, что такое ампер-час, читайте по ссылке. Номинальную ёмкость автомобильного аккумулятора проверяют следующим образом. Ведётся разрядка аккумулятора до напряжения 10,5 вольта силой тока, составляющей 0,05 от указанной ёмкости АКБ, в течение 20 часов. Температура электролита при этом должна находиться в интервале 18–27 градусов Цельсия.

Формула расчета тока разряда аккумулятора

Если вы будете таким способом проверять ёмкость нового аккумулятора, будьте готовы к тому, что время разряда сначала будет меньше. Такую характеристику, как ёмкость, аккумулятор набирает после трёх – пяти циклов заряда – разряда.

Для определения ёмкости аккумуляторной батареи можно использовать такой прибор, как нагрузочная вилка. В состав этого устройства входят вольтметр, нагрузочное сопротивление, контактные клеммы (площадки), корпус, рукоятка. Нагрузочное сопротивление выбирается так, чтобы ток был равен:

Формула расчета ёмкости аккумулятора

Ёмкость аккумулятора зависит от многих параметров. Это:

И это неполный перечень характеристик. Ёмкость – это единственный параметр автомобильного аккумулятора, который наиболее полно характеризует его состояние. Чтобы продлить срок службы свинцово-кислотной батареи, лучше всего использовать небольшую часть от её ёмкости до процесса зарядки. При глубоких разрядах срок службы аккумулятора автомобиля значительно сокращается.

В таблице ниже можно посмотреть таблицу примерного соответствия ёмкости аккумулятора типу транспортного средства (объёму двигателя).

Ток холодной прокрутки

Этот параметр, который ещё называется пусковым током, указывается на батарее рядом со значением ёмкости. Подробнее о маркировке автомобильных аккумуляторов. Ток холодной прокрутки определяется следующим образом.

Аккумуляторная батарея охлаждается до – 18 градусов Цельсия и разряжается пусковым током в течение 30 секунд. По ГОСТу напряжение после этого должно составить не менее 8,4 вольта. А после 150 секунд разряда не менее 6 В. При постоянном токе разряда ёмкость можно вычислить по следующей формуле.

Формула для расчета стартерного тока

Электродвижущая сила (ЭДС)

Электродвижущая сила батареи – это характеристика, которая показывает напряжение на клеммах аккумулятора без внешней нагрузки и утечек. Величина измеряется вольтметром или мультиметром. На ЭДС оказывают влияние два параметра: плотность электролита и его температура. Электродвижущая сила увеличивается с ростом плотности электролита.

При температуре 18 градусов Цельсия и плотности 1,27 грамма на сантиметр кубический ЭДС одной банки составляет 2,12 В. У аккумуляторной батареи из 6 банок ЭДС будет 12,7 В.
Ниже приведена зависимость величины ЭДС от плотности электролита, выведенная эмпирическим (опытным путём). Она работает для плотности в интервале 1,05–1,3 гр/см. куб.

Эмпирическая формула расчета ЭДС в зависимости от плотности электролита

В отличие от ёмкости, по величине электродвижущей силы нельзя достоверно судить о состоянии аккумулятора. ЭДС позволяет найти критичные неисправности АКБ, к примеру, замыкание пластин. Подробнее о напряжении аккумулятора автомобиля читайте в материале по ссылке.
Вернуться к содержанию

Внутреннее сопротивление

Этот параметр автомобильного аккумулятора включает в себя сопротивление пластин, электролита, сепараторов, крепёжных элементов и т. п. Внутреннее сопротивление понижается при увеличении ёмкости АКБ. Оно увеличивается при понижении температуры и уменьшении заряда аккумулятора. Ниже можно посмотреть формулу зависимости напряжения и ЭДС в процессе заряда-разряда.

Зависимость напряжения и ЭДС при зарядке аккумулятора

Зависимость напряжения и ЭДС при разряде аккумулятора

Ниже можно посмотреть зависимость напряжения АКБ от степени зарядки.

Формула зависимости напряжения от степени заряженности аккумулятора

Генератор на легковом автомобиле вырабатывает напряжение 14–14,5 В. Достаточное для зарядки напряжение он выдаёт при оборотах коленчатого вала в районе 2 тысяч в минуту.

Получается, что зарядка происходит только в момент разгона в городе и при движении на большой скорости по загородной трассе. Для полного заряда требуется около 12 часов в таком режиме.

Напряжение, вырабатываемое генератором, увеличивать нельзя, поскольку при 14,5 вольт начинается процесс электролиза воды на кислород и водород. Из-за такой специфики работы аккумуляторная батарея находится в состоянии неполной зарядки.

На изображении ниже можно посмотреть вольт – амперные характеристики АКБ в процессе разрядки стартерным током, то есть потребляемым стартером в момент запуска двигателя автомобиля.

Вольт – амперные характеристики аккумуляторной батареи

Степень заряженности

На степень заряженности АКБ оказывает влияние большое количество параметров и её точное значение определить довольно сложно. Это позволяют сделать только дорогие зарядные устройства со сложной электроникой. Но при эксплуатации АКБ вам вполне хватит оценочных значений. Степень заряженности аккумулятора можно узнать по напряжению и плотности электролита (для свинцово-кислотных АКБ соответствующего типа).

Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи с жидким электролитом составляет около 12,7 В. Для гелевых аккумуляторов это значение находится в интервале от 13 до 13,4 В.

Ниже можно посмотреть таблицу плотности электролита и взаимосвязь с ней характеристик аккумулятора.

Вернуться к содержанию

Особенности конструкции: масса, типоразмер

Масса большинства аккумуляторов для легковых автомобилей лежит в интервале от 14 до 20 килограмм. Масса практически всегда указывается на этикетке с прочими характеристиками автомобильных аккумуляторов. Возможно, вам пригодится таблица веса аккумуляторов.

С типоразмером ситуация несколько сложнее. Сейчас в продаже можно встретить различные исполнения батарей. Но практически все можно отнести к одному из следующих типоразмеров:

По технологическому исполнению аккумуляторы делятся на:

Если вы подбираете новую АКБ, то можете прочитать обзорную статью про аккумулятор Титан.
Вернуться к содержанию

Полярность

Эта характеристика влияет на расположение аккумулятора под капотом авто. Батареи выпускаются с прямой и обратной полярностью. Различить их просто. Если повернуть аккумулятор к себе клеммами, то в случае прямой полярности минусовая клемма должна быть справа, а плюсовая слева. При обратной полярности наоборот. Отечественные производители выпускают модели с прямой полярностью, европейские с обратной.

Клеммы у аккумуляторов также бывают разных стандартов.

Срок хранения

Срок хранения аккумуляторных батарей невелик. Батарея в сухозаряженном состоянии может храниться до двух лет. При этом гарантийный срок хранения составляет 1 год.
Вернуться к содержанию

Срок эксплуатации

При соблюдении основных правил эксплуатации АКБ увеличивается срок её службы в среднем 4 года. Хотя, если грамотно подходить к обслуживанию аккумулятора, он может прослужить 7–8 лет.
Вернуться к содержанию

Саморазряд батареи

Саморазряд – это процесс падения ёмкости аккумулятора в процессе простоя. Он происходит из-за окислительно-восстановительных процессов на электродах разной полярности. Но отрицательный электрод страдает от этого больше, поскольку свинец с отрицательных пластин взаимодействует с серной кислотой из электролита. При этом происходит выделение водорода. Активность растворения свинца возрастает при увеличении плотности электролита.

Процесс саморазряда также провоцируется загрязнениями на поверхности аккумулятора. Электролит, вода и прочие жидкости создают благоприятные условия для разряда АКБ через проводящую плёнку между выводами батареи.

Здесь нужно отметить некоторые особенности процесса саморазряда:

Безопасность

Помимо характеристик автомобильного аккумулятора, не менее важным является знание техники безопасности при эксплуатации и обслуживании АКБ. В первую очередь обратите внимание на следующие моменты:

Вот, что может случиться, если не соблюдать правила техники безопасности.
Вернуться к содержанию

Трудности выбора

Выбор аккумулятора – непростое дело. На первый взгляд может показаться, что это совсем простое устройство. Но на деле получается, что у него полно характеристик, имеющих важное значение. Но не стоит впадать в отчаяние. Вам по большому счету нужно определиться с типоразмером АКБ, видом, ёмкостью и пусковым током. В принципе все эти параметры вы можете узнать осмотреть свой старый аккумулятор.

Источник

Виды современных аккумуляторов для автомобилей и перспективы развития

Сегодня существует множество различных аккумуляторов. Они используются в самых разных сферах жизни человека. В качестве примера можно привести аккумуляторы в различной портативной электронике, ИБП и так далее. Но самым распространённым видом аккумуляторов на сегодняшний день являются АКБ для автомобилей. Любой автовладелец знает, что такое автомобильный стартерный аккумулятор. Эти устройства работают под капотом миллионов автомобилей по всему миру. Но не все эти аккумуляторные батареи одинаковы. Сегодня мы поговорим о видах аккумуляторов для автомобиля.

Что такое аккумулятор и для чего он нужен в автомобиле?

Аккумулятор представляет собой химический источник тока, который включает в свой состав нескольких элементов питания. Поэтому он также носит название аккумуляторной батареи. Объединение сразу нескольких элементов даёт больший результирующий ток и напряжение. В автомобилях наиболее распространён вид аккумуляторов с 6 элементами (ещё их называют банками), которых выдают напряжение примерно 2.1 вольт. В результате АКБ выдаёт напряжение примерно 12.6 вольт.

Но в качестве стартерных автомобильных аккумуляторов на сегодняшний день применяются лишь свинцово-кислотные. Объясняется это тем, что этот вид аккумуляторов имеет высокую энергетическую ёмкость. Свинцово-кислотные АКБ могут в течение короткого интервала времени выдавать большой электрический ток. Именно это и требуется для стартера, который прокручивает коленчатый вал при запуске двигателя. И замены этих аккумуляторным батареям пока нет, несмотря на то, свинец и серная кислота (в составе электролита) являются вредными и опасными веществами.

Корпус свинцовой аккумуляторной батареи выполняется из пластика, устойчивого к воздействию кислоты. Какая кислота в аккумуляторе автомобиля вы сможете узнать из статьи по ссылке. Для изготовления электродов, как и раньше, применяется свинец. Но со времён Гастона Планте производители научились легировать свинец всевозможными добавками для достижения определённых характеристик аккумулятора. На сегодняшний день существует несколько видов аккумуляторов для автомобиля, которые рассмотрены ниже.
Вернуться к содержанию

Основные виды автомобильных аккумуляторных батарей

Сурьмянистые АКБ

Это устаревший тип автомобильных аккумуляторов, в свинцовых пластинах которых содержится более 5 процентов сурьмы. Модели современных АКБ содержат в составе пластин значительно меньше сурьмы (Sb). Роль сурьмы в аккумуляторных пластина – это увеличение их прочности. Чистый свинец очень мягкий и не в чистом виде не подходит для использования в АКБ. Сурьма вызывает резкую активизацию процесса электролиза, который начинается в батарее при напряжении 12 вольт. При этом выделяются водород с кислородом. Это выглядит как закипание электролита.

В сурьмянистых аккумуляторах присутствует большой расход воды из электролита. В результате понижения уровня электролита оголяются пластины электродов. Чтобы этого не происходило нужно периодически доливать в банки дистиллированную воду. В результате сурьмянистый вид автомобильных аккумуляторов часто называют обслуживаемыми. Хотя современные разновидности автомобильных аккумуляторов также имеют элементы конструкции, необходимые для обслуживания.

Сейчас сурьмянистые батареи уже не используются в качестве стартерных. Их сменили другие, более прогрессивные модификации АКБ. Этот тип аккумуляторов ещё сохранился в разных стационарных источниках тока, где требуется неприхотливость батареи. А современные автомобильные аккумуляторы выпускаются со значительно меньшим содержанием сурьмы.
Вернуться к содержанию

Малосурьмянистые АКБ

Пластины с уменьшенным содержанием сурьмы стали использоваться для того, чтобы снизить интенсивность испарения воды из электролита. К малосурьмянистым видам аккумуляторов относятся те, что имеют в составе пластин менее 5 процентов сурьмы. В результате их применения удалось уйти от проблемы частой доливки дистиллированной воды. Но это не значит, что такие аккумуляторы совсем не нуждаются в обслуживании.

Ещё одним преимуществом этого типа автомобильных аккумуляторов является меньшая степень саморазряда батареи при хранении, чем у старых сурьмянистых моделей. Эти АКБ часто называют необслуживаемыми, но правильнее будет называть их малообслуживаемыми. Ведь заявление о том, что они не нуждаются в обслуживании, это рекламный лозунг. Потери воды из электролита все равно присутствуют. Поэтому проверять уровень и доливать дистиллированную воду все равно нужно.

Кальциевые АКБ

Добавление кальция в свинцовые решётки вместо сурьмы стало решением по уменьшению испарения воды в АКБ. Часто на аккумуляторах этого вида можно встретить маркировку типа Ca/Ca. Такое обозначение говорит о том, что кальций содержится в решётках положительных и отрицательных электродов. Некоторые производители ещё добавляют в небольшом количестве серебро. Это позволяет снизить внутреннее сопротивление батареи, увеличить КПД и ёмкость. Но главной особенностью кальциевых АКБ стало снижение интенсивности электролиза и, соответственно, падение уровня электролита.

Но любое устройство имеет как преимущества, так и недостатки. Кальциевые АКБ гораздо более чувствительны к сильному разряду, чем другие виды аккумуляторов для автомобилей. Хватает 3─4 сильных разрядов и ёмкость аккумулятора необратимо падает. Это означает, что сильно уменьшается количество накапливаемого батареей тока. В этом случае АКБ придётся менять.

Кроме того, цена аккумуляторов кальциевого типа несколько выше, чем малосурьмянистых АКБ. Обычно аккумуляторные батареи Ca/Ca ставят на иномарки со стандартным набором опций. На таких авто стоит качественное электрооборудование и гарантируется стабильность электрических характеристик. При выборе этого вида аккумуляторов, не забывайте, что при их эксплуатации нельзя допускать глубокого разряда батареи.
Вернуться к содержанию

Гибридные АКБ

На корпусе таких аккумуляторов можно встретить обозначение Ca+ или Ca/Sb. Решётки электродов в таких АКБ производятся по различным технологиям. Положительные изготавливаются с добавлением сурьмы, отрицательные по кальциевой технологии. Гибридные автомобильные аккумуляторы являются попыткой объединить плюсы этих типов батарей. В результате и характеристики получились средние.

AGM и гелевые батареи

Аккумуляторы, выпускаемые по технологии AMG и GEL (обычно именуемые гелевыми), имеют электролит в связанном виде. Этот вид батарей стал попыткой решить проблему безопасной эксплуатации батарей. Ведь в классических батареях электролит может вытечь при переворачивании или повреждении корпуса. Серная кислота является агрессивным веществом и представляет опасность для организма человека. Поэтому проблему решили за счёт помещения электролита в связанное состояние и снижения его текучести. Кроме повышения безопасности в гелевых аккумуляторах, удалось уменьшить осыпание активной массы пластин.

Поскольку этот тип аккумуляторов не содержит жидкого электролита, они не боятся установки в наклонном положении. Но, несмотря на заявления маркетологов, эксплуатировать эти АКБ в перевёрнутом положении не следует. К преимуществам гелевых аккумуляторов обоих видов следует отнести низкий саморазряд и высокую устойчивость к вибрации. К преимуществам гелевых аккумуляторных батарей следует отнести ещё одно их свойство. Они могут выдавать высокий пусковой ток вне зависимости от заряда батареи и практически до полного разряда АКБ. После глубокого разряда они полностью восстанавливают свою ёмкость и могут выдержать большое количество циклов заряд-разряд (около 200).

А вот к процессу зарядки батареи гелевые АКБ очень чувствительны. Заряд этого вида аккумуляторов проводится меньшими значениями тока, чем в случае с классическими свинцово-кислотными моделями. Они требуют использования зарядного устройства со специальными возможностями.

Продавцы сегодня предлагают универсальные модели зарядных устройств, но относится к их выбору нужно внимательно. Вот статья о требованиях к зарядному устройству для гелевых аккумуляторов. Также советуем прочитать материал о том, как заряжать гелевый аккумулятор. Кроме того, АКБ гелевого типа требовательны к стабильности электрических параметров в бортовой сети авто.

Щелочные АКБ

Этот тип батарей использует в качестве электролита щёлочь, а не кислоту. Щелочных аккумуляторов существует достаточно много, но лишь два типа предназначены для применения в роли стартерных АКБ на авто. Стоит отметить, что щелочные аккумуляторы встречаются в автомобилях очень редко. Гораздо чаще они применяются в складской технике в роли тяговых АКБ.

Положительные электроды в батарее никель-железо аналогично покрыты гидроксооксидом Ni. А вот отрицательный электрод выполнен из железа. В качестве электролита в этих видах АКБ используется едкий калий (КОН). Пластины здесь, как и в свинцово-кислотных батареях, находятся в «конвертах». Но выполнены они из перфорированных металлических пластин. Активная масса запрессована в эти конверты, что значительно повышает устойчивость аккумулятора к вибрации.

Стоит отметить, что в АКБ щелочного типа различается число положительных и отрицательных электродов. В никель─кадмиевом типе на 1 плюсовую пластину больше, чем минусовых. Сами пластины расположены по краям и соединены с корпусом аккумулятора. В типе никель-железо на одну отрицательную пластину больше, чем плюсовых. В батареях щелочного типа требуется значительно меньше электролита, чем в кислотных, поскольку при прохождении реакции он не расходуется.

Недостатки щелочных аккумуляторов:

Литий-ионные АКБ

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы на данный момент являются очень перспективными в плане дополнительных источников электрического тока. В этом случае носителями тока выступают ионы лития. При этом материал электродов очень часто изменяется вместе с совершенствованием этой технологии. На начальном этапе разработок в качестве отрицательного электрода использовался металлический литий. Из-за высокой взрывоопасности его заменили графитом. В роли положительного электрода использовались различные оксиды лития, которые добавляли марганец или кобальт. В современных образцах литий─ионных АКБ их заменяют литий─ферро─фосфатными сплавами, поскольку они меньше стоят, имеют меньшую токсичность и проще перерабатываются.

У Li─ion типа есть и недостатки. Причём они достаточно серьёзные и не дают массово использовать такие аккумуляторы в автомобилях.

Минусы литий─ионных аккумуляторов:

Что в будущем?

Работы по совершенствованию видов аккумуляторных батарей ведутся постоянно. Направления разные: увеличение энергоёмкости, повышение морозоустойчивости, подбор экологичных и безопасных материалов. Все это диктуют требования к аккумуляторным батареям:

Как считают специалисты, свинцово-кислотные аккумуляторы постепенно будут уходить в прошлое. Современные гелевые аккумуляторы являются промежуточным звеном в эволюции батарей. В будущем автомобильные аккумуляторные батареи не будут иметь жидкости в целях безопасности. Кроме того, они смогут принимать различную форму для удобства установки. Конечно, со временем будут уменьшаться габариты при увеличении электрических характеристик.
Вернуться к содержанию

Источник