Что такое аккумуляторная батарея: разъясняем вопрос

Знаете ли вы, что первые автомобили были именно электрическими и использовали свинцово-кислотные аккумуляторы? То, что мы привыкли считать машинами будущего – электромобили – появились до изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС). С тех пор прошло больше 100 лет, но современный АКБ автомобильный изменился только качественно, оставшись принципиально таким же, как и столетие назад.

Значение и употребление слова

Термин «аккумулятор» используется для обозначения отдельного элемента: например, аккумулятор, аккумуляторная банка, аккумуляторная ячейка. Но, в разговорной речи на бытовом уровне может также применяться в отношении нескольких отдельных элементов, соединённых последовательно (для увеличения напряжения) или параллельно (для увеличения силы тока) друг с другом, то есть для обозначения аккумуляторной батареи.

Что такое аккумулятор (АКБ) и для чего он нужен?

Современные автомобили всё больше становятся похожи на сложные электронные гаджеты: умное управление, всевозможные «помощники», автоматическая парковка и даже автопилот – это только небольшая часть той цифровой «начинки», которой богат автомобиль. И всё это счастье постоянно нуждается в электроэнергии, которую нужно постоянно откуда-то добывать. Именно хранилищем энергии, откуда ее можно взять в любой момент, и выступает АКБ. Да, он выполняет свою четкую функцию: накапливает заряд, затем отдает и дальше снова накапливает. Отличный вариант!

Само понятие аккумулятора нам уже настолько привычно, что глупо спрашивать, зачем он нужен. Однако на удивление мало людей могут точно сказать, для чего именно служит аккумуляторная батарея в автомобиле.

Ее назначение можно описать в трех пунктах.

1. Аккумулятор обеспечивает энергию для запуска двигателя на старте.
2. Аккумулятор служит резервным источником энергии, когда она требуется сверх того, что может дать генератор (например, при включении автомобильного кондиционера).
3. Аккумулятор питает электроприборы, когда двигатель выключен и генератор не работает. Например, видеорегистратор, сигнализацию, свет и т.д.

История

Первый прообраз аккумулятора, который, в отличие от батареи Алессандро Вольты, можно было многократно заряжать, был создан в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Его аккумуляторная батарея представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества.

Батареи второго поколения — герметизированные гелевые батареи (Gelled Electrolite)

В таких батареях кислотный электролит находится в гелеобразном состоянии благодаря добавлению в него соединений кремния. Гелевый электролит позволяет добиться полной герметичности батареи, так как все газовыделение происходит внутри сильно развитой системы пор в массе геля. Это решает проблему необслуживаемости АКБ.

Однако аккумуляторы с загущенным электролитом имеют несколько худшие нагрузочные характеристики по сравнению с классическими АКБ: большие токи с них снять сложнее из-за более высокого внутреннего сопротивления. Батареи с жидким электролитом лучше работают при высоких токах нагрузки при коротких режимах. Кроме того, гелевые батареи критичны к температуре окружающей среды и стабильности зарядного напряжения. Для их подзаряда нужно использовать зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не хуже +/- 1% для предотвращения обильного газовыделения.

Батареи типа GEL наиболее устойчивы к глубоким разрядам и не нуждаются в обслуживании в течение всего срока службы при нормальных условиях эксплуатации. Но при их нарушении происходит быстрое старение батареи.

Устройство и принцип работы АКБ

Устройство автомобильного аккумулятора

Тот, кто хоть раз держал в руках аккумулятор автомобиля, знает, как много весит это устройство. Причина в том, что корпус его плотно заполнен элементами, содержащими свинец.

Устройство аккумулятора.

Для легковых автомобилей, требующих 12-вольтных АКБ, используется стандартная схема компоновки.

1. Шесть элементов по 2 вольта (их обычно называют банками) объединены в общий корпус.
2. Каждый из элементов состоит из положительных и отрицательных электродов: свинцовых решеток, в которые «впечатано» активное вещество. Электроды разделены между собой сепараторами, так что не соприкасаются друг с другом.
3. И всё это залито электролитом – смесью воды и серной кислоты.

Активное вещество на решетках отличается по составу: для анода (положительного электрода) используется диоксид свинца, для катода (это отрицательный электрод) – губчатый свинец. В обоих случаях к свинцовым компонентам добавлены вспомогательные вещества (лигатуры), улучшающие работу аккумулятора.

Принцип работы.

Принцип работы АКБ

В том виде, который описан выше, аккумулятор считается «заряженным». При подключении к выводам батареи любого устройства, требующего энергии, начинается реакция свинцовых компонентов с оксидом серы и водой. Сера и свинец вступают в реакцию и преобразуются в сульфат свинца и воду. Кислоты в электролите становится меньше, воды – больше, плотность электролита снижается и через некоторое время концентрации серы не хватает на то, чтобы реагировать со свинцовыми компонентами. Аккумулятор разряжается.

Процессы разряда и заряда АКБ

При подаче электроэнергии для зарядки АКБ происходит обратный процесс — сульфат свинца, осевший на пластинах, разлагается на оксид свинца и серную кислоту, которая выделяется обратно в электролит. Восстанавливается изначальная плотность электролита, а на пластинах остается активное вещество – батарея заряжена. Ниже представлен короткий и понятный видео-урок по устройству и принцип работы аккумуляторной батареи.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

На территории Российской Федерации АКБ должны соответствовать межгосударственному ГОСТу 959-2002 «Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники». Для обеспечения нормальной эксплуатации электрооборудования и самой батареи требуется ее соответствие по основным размерам и характеристикам данному автомобилю.

«Полярность» – определяет расположение отрицательного и положительного выводов батареи. Если смотреть на АКБ со стороны, к которой выводы смещены ближе, то полярность:

— прямая – если положительный вывод с обозначением «+» находится слева, а отрицательный вывод, обозначенный «–», – справа;

— обратная – если положительный вывод «+» находится справа, а отрицательный вывод «–» – слева.

Ширина батареи должна точно соответствовать штатной, поскольку большинство из них крепится за нижние боковые выступы корпуса.

Высота и длина могут быть несколько больше, если это допускают размеры ниши (установочной площадки) под АКБ.

Номинальная емкость (С20) – количество электричества (в А.ч), которое способна отдать АКБ при 20-часовом режиме разряда током, численно равным 0,05 номинальной емкости до напряжения на выводах 10,5 В при температуре электролита 25°С.

Резервная емкость (Cр) – время разряда в минутах полностью заряженной батареи током 25 А до напряжения 10,5 В при температуре электролита 25°С.

Примечание. По ГОСТу 959-2002 номинальную и резервную емкость определяют поместив батарею в ванну с водой, имеющей температуру 25±2°С.

Резервная емкость численно в 1,63 раза больше номинальной (например, для батареи емкостью 55 А.ч она составляет 90 минут). Это расчетное время, в течение которого полностью заряженная АКБ обеспечивает электроэнергией минимум потребителей, необходимых для безопасного движения автомобиля в случае отказа генератора.

Ток холодной прокрутки (Iх.п.) – по ГОСТу 959-2002 – это ток разряда, который способна отдать батарея при температуре электролита минус 18°С в течение 10 с напряжением не менее 7,5 В. Чем этот параметр выше, тем лучше двигатель будет пускаться зимой, но из-за увеличения нагрузки на стартер может снизиться его ресурс.

Величина тока холодной прокрутки зависит от методики ее измерения. Примерное соответствие значений тока холодной прокрутки, определенного по разным стандартам, приведено в таблице.

Как определить наиболее предпочтительный тип аккумулятора

Аккумуляторная батарея важный элемент автомобиля, при её выборе следует учитывать емкость и размеры корпуса — источник тока с увеличенными габаритами может не поместиться в штатном гнезде. Дополнительно анализируется конструкция цепей зарядки и климатические условия, в которых будет эксплуатироваться автомашина.

При возможности рекомендуется приобретать изделие гелевого типа. Для бюджетных автотранспортных средств предпочтительнее использовать кальциевые или гибридные аккумуляторы.

МАРКИРОВКА

По ГОСТу 959-2002 на каждой АКБ должно быть нанесено:

— товарный знак или наименование предприятия-изготовителя;

— условное обозначение батареи (рис.); — знаки полярности: плюс «+» и минус «–»;

— дата изготовления – месяц, год;

— номер НД (нормативного документа) на данную батарею;

— номинальная емкость в ампер-часах (А.ч);

— номинальное напряжение в вольтах (В);

— ток холодной прокрутки в амперах (А);

— масса батареи (если она 10 кг и более);

— знаки безопасности;

— символ переработки.

Примечание. На АКБ, предназначенных на экспорт, дополнительно должно быть нанесено: «ГОСТ 959-2002», надпись «сделано в (наименование страны-изготовителя)» и буква «Т» для экспорта в страны с тропическим климатом.

Условное обозначение батарей по европейскому стандарту EN 60095-1.

Условное обозначение батарей по американскому стандарту SAE J537.

Технические (рабочие) характеристики автомобильных аккумуляторов

У АКБ для автомобиля довольно много рабочих параметров, которые важны при выборе батареи. Ошибешься хоть в одном из них – и аккумулятор нельзя будет использовать. Основные характеристики.

• Емкость, Ач (ампер*час).
• Пусковой ток, А (ампер).
• Полярность.
• Исполнение корпуса.
• Тип клемм.
• Тип крепления.

Номинальная емкость аккумулятора

Емкостью батареи называют количество электроэнергии, которую аккумулятор может отдавать в течение определенного времени. Измеряется в Ач (ампер в час). Это один из основных параметров не только автомобильного, а вообще любого аккумулятора. Чем выше этот показатель, тем дольше батарея сможет поддерживать работу электроприборов автомобиля во время стоянки.

Для обычного легкового автомобиля с двигателем до 2 л. обычно нужна батарея 60 Ач, и чем больше оборудования в машине, тем более емким должен быть аккумулятор. При выборе лучше ориентироваться на рекомендации автопроизводителя, и если хочется взять АКБ с большей емкостью, то превышать рекомендуемую не более, чем на 5 Ач.

Пусковой ток

Он же ток холодной прокрутки – показатель того, как аккумулятор справится с самой сложной задачей: запуском двигателя на морозе. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре «-18» градусов. Чем выше этот показатель, тем больше шансов завести свою машину зимним утром.

Например, для запуска бензинового двигателя понадобится минимум 255А, для дизельного – не менее 300А. Именно за увеличение мощности пускового тока сражаются конструкторы аккумуляторов, и именно за более высокую пусковую мощность автолюбители ценят AGM аккумуляторы. Можно даже сказать, что чем выше пусковой ток батареи – тем выше ее качество вообще.

Полярность

Полярность называют расположение клемм на корпусе аккумулятора. Это важная характеристика, поскольку неправильно выбранный АКБ просто невозможно будет подключить.

Чтобы определить полярность, нужно поставить аккумулятор так, чтобы нормально читались надписи на крышке («лицом» к себе), и посмотреть, с какой стороны находится плюсовая клемма.

• Плюсовая клемма справа – полярность обратная, она же европейская, она же маркируется как «R» или «0».
• Плюсовая клемма слева – полярность прямая, она же российская, она же «L» или «1».

Есть аккумуляторы с универсальной полярностью, то есть клеммы располагаются посредине коротких сторон корпуса или по диагонали. Однако такие модели встречаются редко. Чаще всего на автомобили российского производства нужны аккумуляторы с прямой полярностью, а на европейского и азиатского – с обратной.

Исполнение корпуса

Конструкторы, создавая автомобили, разрабатывали и все комплектующие к ним. В итоге традиционно появились два типа корпусов аккумуляторов: европейский и азиатский.

1. У АКБ с европейским типом корпуса клеммы находятся в углублении, так что их верхний край не выступает над плоскостью крышки. Иногда клеммы даже прикрыты специальными крышечками, так что дополнительно защищены от внешних факторов.
2. Азиатский тип корпуса – это коробка, у которой клеммы «растут» из верхней крышки. То есть, именно верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора.

Важен ли этот фактор? Конечно, удобней использовать такой АКБ, который предусмотрен производителем. Но в крайнем случае исполнением корпуса можно пренебречь, если остальные характеристики совпадают.

Нужно только помнить, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу, а вот азиатские могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.

Тип и размер клемм

Еще одна характеристика, с которой нужно свериться при выборе аккумулятора – толщина клемм для подключения. Они бывают двух типов: стандартные и тонкие.

1. Стандартные клеммы, они же европейские, более толстые: плюсовая 19,5 мм, минусовая 17,9 мм в диаметре;
2. Тонкие клеммы, они же азиатские: плюсовая 12,7 мм, минусовая 11,1 мм в диаметре.

В обоих стандартах плюсовая клемма всегда толще, чтобы не перепутать полярность подключения.

Тип крепления

И, наконец, днищевое крепление, оно же «юбка» аккумулятора – это планки с отверстиями под крепеж, расположенные в нижней части корпуса.

Каким бы тяжелым ни был аккумулятор, крепить его надо. Поэтому тип крепления важен при выборе, ведь он влияет на общие габариты корпуса. Существует 3 типа крепления.

1. Верхнее крепление специальной прижимной скобой, без фиксации за днище, маркируется В00.
2. Крепление по двум сторонам, когда ланки есть только на широких сторонах корпуса, а на торцевых отсутствует, маркируется В01.
3. Крепление по периметру, когда «юбка» идет по всем четырем сторонам, маркируется В13.

В принципе, если в автомобиле предусмотрено только верхнее крепление, поставить ему можно любую батарею, лишь бы вошла по размеру, если нет другого выхода. А вот в обратную сторону эта лазейка не работает, придется подбирать подходящее днищевое крепление.

Применение

В большинстве случаев возможность систематического использования аккумуляторов есть только в портативных устройствах радиосвязи и иной цифровой технике, где используются литий-ионные аккумуляторы и система контроля заряда-разряда встроена в устройство. В бюджетном сегменте «простые» никель-металл-гидридные и никель-кадмиевые аккумуляторы используются в качестве бюджетной замены щелочных элементов питания (батареек). В качестве источника тока для бюджетного аккумуляторного электроинструмента используются никель-кадмиевые аккумуляторы.

Если в первом случае обычно есть возможность выбирать между бюджетным устройством «стандартного» заряда и зарядным устройством с контролем заряда (капельный заряд, импульсный заряд, ускоренный заряд с контролем напряжения и т. д.), то во втором случае изделие комплектуется, как правило, с трансформаторным источником питания для зарядки постоянным током, что при несоблюдении технических условий эксплуатации аккумулятора снижает срок его службы.

Рейтинг ТОП аккумуляторов

Много брендов, много советов, трудный выбор – с такими проблемами сталкиваются покупатели. Предлагаем небольшой, наш, субъективный рейтинг торговых марок АКБ.

1. Первое место по уровню качества и долговечности по праву занимают ОЕМ аккумуляторы. ОЕМ – это аналог детали, которая была установлена с завода. Конечно, за аккумулятор, на котором гордо красуется логотип Mercedes или Honda, придется выложить намного больше, чем за любой другой бренд, но результат того стоит. Самые популярные на рынке бренды аккумуляторов – Varta и Bosch. Они заслужили репутацию надежных безотказных батарей, добросовестно отрабатывающих каждую вложенную копейку.
2. Среди любителей заплатить поменьше, а получить побольше особо ценится бренд Topla. Это, конечно, не Бош, но вполне может порадовать долгой службой.
3. А замыкают наш хит-парад бюджетные бренды Sada, Styer, Bi-Power и Ista. Они хоть и не дорогие, но вполне способны порадовать стабильной работой. Можно вспомнить о них, когда аккумулятор нужен срочно, а денег мало.

Зарядка аккумуляторов

По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестаёт действовать. Зарядить аккумулятор (батарею аккумуляторов) можно от любого источника постоянного тока с бо́льшим напряжением при ограничении тока. Наиболее распространённым считается зарядный ток (в амперах), пропорциональный 1/10 условной номинальной ёмкости аккумулятора (в ампер⋅часах).

Однако, основываясь на техническом описании, распространяемом изготовителями широко применяемых электрических аккумуляторов (NiMH, NiCd), можно сделать предположение о том, что данный режим заряда, обычно именуемый стандартным, рассчитывается исходя из продолжительности восьмичасового рабочего дня, когда разряженный в конце рабочего дня аккумулятор подключается к сетевому зарядному устройству до начала нового рабочего дня. Применение такого режима заряда для этих типов аккумуляторов при систематическом использовании позволяет соблюсти качественно-стоимостной баланс эксплуатации изделия. Таким образом, с подачи изготовителя данный режим можно применять только для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов.

Многие типы аккумуляторов имеют различные ограничения, которые необходимо учитывать при зарядке и последующей эксплуатации, например NiMH-аккумуляторы чувствительны к перезаряду, литиевые — к переразряду, напряжению и температуре. NiCd- и NiMH-аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, заключающийся в снижении ёмкости в случае, когда зарядка осуществляется при не полностью разряженном аккумуляторе. Также эти типы аккумуляторов обладают заметным саморазрядом, то есть они постепенно теряют заряд, не будучи подключенными к нагрузке. Для борьбы с этим эффектом может применяться капельная подзарядка.

Методы заряда аккумуляторов

Для заряда аккумуляторов применяется несколько методов; как правило, метод заряда зависит от типа аккумулятора.

Медленный заряд постоянным током

Заряд постоянным током, пропорциональным 0,1-0,2 условной номинальной ёмкости Q в течение примерно 15-7 часов соответственно.

Самый длительный и безопасный метод заряда. Подходит для большинства типов аккумуляторов.

Быстрый заряд

Заряд постоянным током, пропорциональным 1/3 Q в течение примерно 3—5 часов.

Ускоренный или «дельта-V» заряд

Заряд с начальным током заряда, пропорциональным величине условной номинальной ёмкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда — примерно час-полтора. Возможен разогрев аккумулятора и даже его разрушение.

Реверсивный заряд

Выполняется чередованием длинных импульсов заряда с короткими импульсами разряда. Реверсивный метод наиболее полезен для заряда NiCd и NiMH аккумуляторов, для которых характерен т. н. «эффект памяти».

Советы по эксплуатации и обслуживанию АКБ

Чтобы аккумулятор проработал как можно дольше, нужно уделять ему совсем немного внимания. Вот несколько советов по эксплуатации автомобильного АКБ.

1. Глубокий разряд – враг батареи. Каждый раз, когда аккумулятор разряжается «в ноль», происходит необратимая сульфатация электродов, особенно от этого страдают кальциевые батареи. Периодически желательно полностью заряжать бат специальным зарядным устройством и ни в коем случае не допускать полной разрядки.
2. Второй враг – вибрация. От сильной тряски и регулярных ударов с пластин осыпается активный слой. AGM аккумуляторы меньше от этого страдают, жидкостные – больше.
3. Клеммы аккумулятора склонны к окислению, что ухудшает контакт. Периодически нужно обращать внимание на состояние клемм и при необходимости очищать их от окислов.
4. Обращайте внимание на корпус батареи. Грязь, масло, влага способствуют утечке тока и саморазряду.
5. Неполадки в электросети могут вывести из строя и батарею. Особенно проблемы со стартером и генератором – смежными элементами.
6. Вздутый корпус со следами электролита говорит о том, что пора покупать новый АКБ. Поврежденным аккумулятором пользоваться нельзя!

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

Чтобы АКБ выработала заложенный в нее ресурс при техническом обслуживании автомобиля, необходимо:

— проверять крепление батареи на автомобиле – незакрепленная батарея сильнее подвержена вибрациям, которые могут вызвать нарушение герметичности корпуса;

— проверять соединение клемм и выводов – окисленные контакты приводят к падению напряжения, отказам в работе электрооборудования, неполному заряду батареи и оплавлению выводов;

— протирать крышку от грязи для устранения возможности саморазряда;

— прочищать вентиляционные отверстия пробок или в крышке для предотвращения скопления газов в «банках»;

— проверять уровень электролита у батарей обычной конструкции – каждые 1,5–2,0 месяца, у «необслуживаемых» периодически, в зависимости от пробега автомобиля, но не реже 1–2 раза в год;

— по необходимости (и наличии заливных отверстий) восстанавливать уровень электролита в АКБ, доливая только дистиллированную воду (добавление электролита или кислоты недопустимо);

— при возможности оценивать степень заряженности отдельных «банок» по плотности электролита в них с помощью ареометра.

Заключение

Нормально работающий автомобильный аккумулятор избавляет от множества проблем и нервотрёпки. Работоспособность батареи особенно важна зимой, когда нагрузки возрастают в несколько раз. Именно поэтому автовладельцы стараются менять «уставший» АКБ во время осеннего ТО: и спокойней, и дешевле, не придется лишний раз этим заниматься. А вы давно проверяли свой аккумулятор?

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

При работе с АКБ необходимо применять защитные очки и резиновые перчатки. В случае попадания электролита на открытые части тела необходимо срочно промыть пораженный участок обильным количеством воды и затем 5%-ным раствором кальцинированной соды. Во избежание взрыва запрещается пользоваться открытым огнем. Нельзя допускать замыкания положительного вывода батареи на массу. Для исключения возможности искрения запрещено отсоединять провода при включенных потребителях. Повышение напряжения, развиваемого генератором свыше величины, установленной в инструкции по эксплуатации автомобиля, недопустимо, так как приводит к интенсивному образованию взрывоопасной смеси водорода и кислорода внутри батареи. При снятии батареи сначала отсоединяют отрицательный вывод («массу»), затем положительный, а при установке на автомобиль наоборот – сначала соединяют положительный, затем отрицательный.

РЕКОМЕНДАЦИИ

При приобретении АКБ необходимо обратить внимание на дату ее изготовления. Срок хранения на складе сухозаряженных батарей не должен превышать трех лет, залитых и заряженных – не более шести месяцев.

Желательно проверить, особенно если с даты изготовления прошло более одного года:

— целостность корпуса, освободив его от упаковки и наклонив на 45° – электролит не должен выливаться;

— уровень электролита – он должен находиться между отметками «мин» и «мах» у батарей с корпусом из полупрозрачного пластика или примерно на 15–20 мм выше верхнего уровня пластин;

— плотность электролита (для залитой и заряженной АКБ) должна составлять 1,25–1,26 г/см3 при 25±5°С;

— цвет индикатора заряженности (при наличии) должен быть зеленым;

— напряжение на выводах батареи без электрической нагрузки (ЭДС) должно быть не менее 12,6 В;

— напряжение на клеммах батареи с помощью нагрузочной вилки (например, для АКБ емкостью 55 А.ч при разряде током 100 А напряжение на 5–7 секунде должно быть не менее 10,5 В).

В любом случае необходимо наличие инструкции по эксплуатации на русском языке и гарантийного талона, в котором должны быть указаны условия гарантии.

Измеренные показатели должны быть записаны продавцом в гарантийный талон. Это пригодится в случае предъявления претензий к качеству АКБ в пункте по гарантийной проверке на наличие в ней дефектов.

Залитые электролитом и заряженные батареи полностью готовы к использованию и не требуют подготовки к эксплуатации.

Сухозаряженные батареи требуют подготовки к эксплуатации – заливку электролитом плотностью 1,27–1,28 г/см3 при температуре 25±5°С и выдержку в течение 30 мин для пропитки активной массы электродов. Если после этого плотность не изменилась – батарея готова к эксплуатации. При снижении плотности электролита необходим подзаряд до ее восстановления.

Кроме того, на пробках сухозаряженных батарей необходимо срезать (при наличии) приливы, закрывающие вентиляционные отверстия.