Аккумуляторы

Аккумуляторы

Аккумуляторы автомобильные или, в сокращенном варианте, АКБ — так принято называть свинцовые стартерные аккумуляторные батареи, выступающие в роли вторичного источника электроэнергии для автомобиля. Аккумуляторная батарея отвечает за выполнение в автомобиле трех функций. Первая и ключевая — запуск двигателя. Вторая — питание электричеством в моменты, когда мотор выключен, такой энергозависимой системы как автосигнализация (и других). И третья — энергетическое подспорье для генератора при повышенных нагрузках. Современный легковой автомобиль, несмотря на его претерпевшую серьезные изменения внешность и предельную насыщенность разного рода вспомогательными устройствами, как и несколько десятилетий тому назад состоит из все тех же основных деталей, узлов и систем. И если сердце автомобиля — двигатель, прошло большой путь развития и усовершенствования, то оборудование, помогающее привести в движение мотор, а значит и всю машину — автомобильный аккумулятор, тоже переживало некоторые улучшения, однако в меньшей степени. Основу любого современного хранителя стартовой энергии в автомобиле по-прежнему составляет автомобильный свинцовый стартерный аккумулятор классического образца. Заслуга его изобретения принадлежит французскому физику Гастону Планте, а возраст этого открытия составляет уже полтора века. Универсальная конструкция, относительная дешевизна используемых материалов и поставленное на поток автоматизированное производство сделали данный тип аккумулятора недорогим и наиболее распространенным химическим источником тока вообще. На сегодняшний день все выпускаемые виды АКБ принято делить на обслуживаемые и необслуживаемые. Устройство АКБ и принцип работы. Работа автомобильного аккумулятора строится на превращении энергии: при заряде — электрической в химическую, при разряде (обратное превращение) — химической в электрическую. Конструктивно в стандартном автомобильном аккумуляторе присутствуют шесть двухвольтовых элементов, дающих на выходе в сумме 12 вольт. Каждый из элементов представляет собой решетчатую свинцовую пластину, покрытую активным веществом и погруженную в кислотный электролит. В качестве активных веществ свинцового заряженного аккумулятора, обеспечивающих реализацию процесса образования тока, выступают: двуокись свинца (имеет темный коричневый цвет) на положительном электроде; губчатый свинец (имеет серый цвет) на отрицательном электроде; и водный раствор серной кислоты (его плотность составляет 1,28 г/см3), как электролит. Активные вещества на положительном и отрицательном электродах при подключении к аккумулятору нагрузки вступают в химическую реакцию с электролитом (серная кислота), в результате чего вырабатывается электрический ток. Будучи постоянными, эти преобразования сопровождаются осаждением сульфата свинца (имеет белый цвет) и, соответственно, истощением электролита. Данная особенность дала название протекающим (с зарядом и последующим разрядом) химическим процессам в свинцовом аккумуляторе - теории двойной сульфатации. К концу разряда плотность электролита понижается (в среднем до 1,09 г/см3). Работоспособность батареи (после глубокого разряда) можно восстановить, если пустить электрический ток в обратном направлении. Таким образом аккумулятор заряжается и восстанавливается его способность подавать ток. При разрядке происходит одновременное расходование серной кислоты и образование воды (плотность электролита уменьшается), а при зарядке все строго наоборот, происходит образование серной кислоты за счет воды (плотность электролита увеличивается). В процессе зарядки (а также при жаркой погоде) важно следить за достаточным уровнем воды и доливать дистиллированную воду в случае необходимости (для обслуживаемых аккумуляторов). Одна из основных проблем, над решением которой постоянно трудятся автоконструкторы, состоит в нелюбви аккумулятора к высоким температурам (электролит закипает, если t превышает 100°С). А именно в условиях близких к тому АКБ и приходится существовать, постоянно находясь в непосредственной близости к работающему горячему двигателю. Виды автомобильных аккумуляторов. Традиционная или обслуживаемая конструкция автомобильных аккумуляторов представляет собой моноблок с отдельными крышками (нуждаются в герметизации битумной смазкой) либо моноблок с общей крышкой (герметизируется при помощи тепловой контактной сварки). Их основной недостаток заключается в постепенном переходе сурьмы (содержится в сплаве на положительном токоотводе) через раствор на отрицательный электрод. Такой процесс ведет к понижению напряжения на электродах, что в свою очередь провоцирует разложение водных молекул на их составляющие: кислород и водород. Наглядно это отображается в «кипении» электролита, когда конец зарядного процесса и небольшой перезаряд сопровождаются бурным газовыделением. Еще один нюанс — какими бы плотными ни были крышки, движение автомобиля по неровной дороге приводит к неизбежному просачиванию на аккумуляторный корпус проводящего электролита. Кислоту нужно нейтрализовывать (протирать корпус, к примеру слабым раствором соды пищевой), так как ее наличие на корпусе может спровоцировать сильный саморазряд. Цены на традиционный обслуживаемый свинцовый автомобильный аккумулятор стартуют с 1800 рублей. К необслуживаемым автомобильным аккумуляторам относят гелевые АКБ. В них в качестве электролита вместо жидкой кислоты используется похожий по консистенции на воск тиксотропный гель. Их очевидное преимущество состоит в том, что гелевая масса не может испаряться либо просачиваться на поверхность корпуса и, соответственно, ее не нужно доливать и вытирать, то есть обслуживать аккумулятор. К этому нужно добавить, что гелевые аккумуляторы для автомобилей имеют низкий саморазряд, они способны выдерживать большее количество (относительно обычных) циклов заряда/разряда, долго быть разряженными, их эксплуатация допускает почти любое положение оборудования в автомобиле. Цена гелевых аккумуляторов для автомобилей выше традиционного приблизительно в 2-3 раза. Еще один вид необслуживаемых аккумуляторов — батареи Absorbed Glass Mat (AGM). В них кислотный электролит «связывается» и делается густым при помощи специального стекловолокна. Цены на АКБ AGM примерно соответствуют стоимости гелевых аккумуляторов. Аккумуляторные батареи, не имеющие отверстий для доливки воды, наряду с явными эксплуатационными плюсами имеют и свои минусы. Их наличие в автомобиле требует максимальной эффективности от энергосберегающей системы и предельного внимания к состоянию электрооборудования. Так, неисправности регулятора напряжения или генератора, а также недостатки в натяжении его ремня привода могут отрицательно сказываться на состоянии аккумуляторной батареи. Проблемы могут возникнуть и из-за сигнализации или утечки тока в системе электрооборудования. В качестве рекомендаций при выборе и покупке нового автомобильного аккумулятора стоит учесть следующие моменты… Поскольку необслуживаемые батареи меньше подвержены потере заряда и влиянию низких температур, то при готовности потратить большую сумму, они станут хорошим выбором для автомобиля, «живущего» в холодных и суровых погодных условиях. Перед тем, как остановить свой выбор на аккумуляторе для автомобиля от определенного производителя, стоит собрать как можно больше информации и отзывов об особенностях эксплуатации его продукции в требуемых условиях. Однако, помимо хлопот при выборе автомобильного аккумулятора, нельзя забывать и о внимании к нему при дальнейшей повседневной эксплуатации. Отзывы о АКБ от автовладельцев среди большого числа торговых марок чаще отдают предпочтение автомобильным аккумуляторам таких известных фирм, как немецкие Varta и Bosh, американским Medalist и American, российским Titan и Cobat, турецкой Mutlu. Однако и цены на продукцию вышеназванных марок раза в полтора выше средней по рынку. Опираясь на отзывы, также можно отметить тот факт, что покупка автомобильного аккумулятора иногда может быть своего рода «рулеткой». Поскольку в наше время основная масса продукции даже именитых брендов производится в Китае, то качество дорогой аккумуляторной батареи может на практике желать лучшего, и наоборот, недорогой отечественный аккумулятор, при должном уходе, может прослужить своему заботливому хозяину верой и правдой долгие годы.

Как выбрать автомобильный аккумулятор

Итак, рассмотрим основные элементы.
А всё начинается с корпуса, который удерживает содержимое и объединяет элементы в единое целое. Кстати, после такого объединения сие устройство начинает носить название – аккумуляторная батарея. Таким образом выражение «аккумулятор» не совсем корректно в отношении батареи. Аккумулятор – это устройство, состоящее из одного элемента (банки).
Например, аккумуляторная батарея (АБ) на 12 В содержит 6 элементов (аккумуляторов), следовательно, 6 секций в едином корпусе. Однако, бывают и отдельные аккумуляторы по 2 В, но это, как правило, элементы с большой емкостью (тысячи ампер часов).

не советую распиливать вашу аккумуляторную батарею для проверки и изучения ее устройства, т.к. это опасно для вас и смертельно для вашего аккумулятора!

Корпус должен быть кислотоустойчивым, достаточно прочным и выдерживать достаточно широкий диапазон температур. Большинство современных корпусов для АБ изготавливают из полипропилена. Состоит он из основания (собственно в него и укладываются пакеты пластин, а также заливается электролит) и крышки с пробками. В полностью необслуживаемых батареях пробок в крышке нет. А вместо них предусмотрена система улавливания и конденсации аэрозоля и каналы для вентиляции (дренажа), выводящие излишний газ наружу. Кроме того, поддерживается атмосферное давление внутри АБ.
В ячейки корпуса, как их в быту назвали – банки, устанавливают пакеты пластин. Эти пакеты состоят из множества пластин чередующейся полярности. Я думаю, вы догадались, что в каждой банке установлено множество параллельно соединенных пластин. А для чего? Емкость аккумулятора можно увеличить либо увеличением габаритных размеров пластин, либо увеличением их числа. Оба способа приводят к одному эффекту – к увеличению площади пластин. Что приводит к немедленному увеличению контактирующей поверхности. Опережая события, скажу, что увеличение контактирующей поверхности приводит не только к увеличению емкости аккумулятора, но и к уменьшению его внутреннего сопротивления, следовательно, к увеличению максимально отдаваемого им тока.
Пластины состоят из свинца и имеют ячеистую структуру для нанесения на нее активной массы. Активная масса представляет из себя основной реагент в работе аккумулятора. Наносится она намазыванием, поэтому такие аккумуляторы называются – аккумуляторы с пластинами намазного типа. Как это повлияет, расскажу чуть позже. По этому принципу разделяют аккумуляторы на три типа: Устройство аккумулятора
с намазными пластинами;
с пластинами из панцирной сетки;
с пластинами повышенной площади.
В автомобилях применяют только первые.
Между пластинами, для предотвращения их замыкания между собой установлены сепараторы. Они выполнены из электролитически проводящего пластика. Эта конструкция собрана в пакет и стянута бандажом. Бандаж препятствует расхождению (разваливанию) пластин, а также их взаимному перемещению. Дело в том, что в процессе работы пластины могут перемещаться под действием вибраций, либо деформироваться под действием электродинамической силы тока, например, при стартировании.
Выводы пластин попарно (плюсы и минусы) соединены токосборниками, которые выводят электроэнергию к выводным борнам. К этим борнам и подключаются клеммы вашего авто.
Пакеты пластин установлены не на самое днище корпуса, а чуть выше, что образует так называемый шламовый промежуток. В процессе работы аккумулятора, активная масса может отслаиваться (оплывать), также образуются продукты окисления свинца. Всё это как раз осаждается в этот промежуток. Если бы его не было, то этот бы шлам замкнул нижние торцы пластин.
Типы кислотных батарей
С первого взгляда казалось бы всё просто – свинец, да и свинец, чего тут особенного, но это не так.
Сам по себе свинец в чистом виде применить нельзя, т.к. при такой толщине пластин он достаточно хрупок и будет крошиться. Поэтому применяют легирующие добавки. И до недавнего времени применяли натуральный яд – сурьму. Конечно, технология совершенствовалась, и количество сурьмы уменьшалось, но это полностью не избавило АБ от недостатков этого метода.
Устройство аккумулятора А недостатки сурьмянистых батарей весьма существенны. Во-первых, сурьма – это сильный яд и это делает утилизацию еще более сложной. Во-вторых, наличие сурьмы приводит к началу электролиза воды уже при 2 В/эл., что для 12-ти вольтовой батареи равняется 12 В. Таким образом с этого значения до полного заряда (14,4 В) необходимо АБ набрать 2,4 В, это по времени достаточно много. А что тут страшного, спросите вы? А вот что. Электролиз воды приводит к ее разложению на водород и кислород, что увеличивает опасность взрыва образующегося при их смешивании гремучего газа. А выделение кислорода ведет к интенсивному окислению положительных пластин, где он собственно и выделяется, т.к. имеет отрицательный заряд (О-). На минусовых пластинах выделяется водород (Н+), который, как известно, прекрасный восстановитель, что сохраняет молодость катодам до самой старости АБ. Это обстоятельство заставляет увеличивать ресурс анодов путем увеличения их толщины, а это существенно увеличивает массу и габариты. Также достаточно большим минусом таких батарей можно считать их высокий саморазряд.
Но, к счастью, есть и плюсы. Во-первых, это более низкая стоимость, во-вторых, способность до определенного предела безболезненно переносить глубокие разряды. Однако, в силу сказанного ранее, перезаряда они не выдерживают. Это ведет к их интенсивному старению и повышенному расходу воды.
А какую же альтернативу тогда можно предложить? Сейчас всё большее распространение получают так называемые кальциевые батареи. В них в качестве легирующей добавки используют кальций (Са), но не везде.
МирСоветов обращает ваше внимание, что есть разные типы таких аккумуляторных батарей. Есть кальциево-сурьмянистые, где первым легированы только аноды, а катоды остаются малосурьмянистыми. Это некий компромисс в стоимости. Применением кальция тут частично спасаются аноды от раннего разрушения. Но от всех проблем они не избавлены.
Есть и полностью кальциевые АБ, они еще называются кальций-кальциевые (Са/Са). В них все пластины легированы кальцием. Такая конструкция более дорога, но лишена недостатков батарей предыдущих типов. Характеризуются такие АБ низким уровнем саморазряда; повышенным напряжением начала электролиза воды (около 16 В – 2,67 В/эл.); меньшей массой и габаритами при эквивалентной емкости. Аккумуляторные батареи этого типа, в отличие от малосурьмянистых, становятся уже малообслуживаемыми, а в ряде случаев необслуживаемыми вовсе, что снижает затраты средств, а самое главное – времени.
Имеются и недостатки. Это, как уже говорилось, более высокая стоимость, а в техническом плане – нетерпимость к глубоким разрядам. Ресурс таких АБ сильно страдает, если их разряжать на 50% и более. Уже после 3-4 таких разрядов емкость может существенно уменьшиться даже на совершенно новом аккумуляторе. Хорошо, что есть панацея – не допускать таких разрядов (следить за электрикой вашего авто).
Неплохой особенностью является способность кальциевых батарей освобождаться от лишнего заряда, они его просто не принимают. Это исключает возможность их перезаряда.
А вот уже несколько раз применялся термин перезаряд. А что это? В данном случае под перезарядом понимается не возможность многократного заряда, а поступление лишней емкости в АБ. В общем, некий оверклок.
А чем же страшен перезаряд? Тут есть несколько неприятных моментов. Во-первых, как и говорилось для малосурьмянистых АБ, это усиленное окисление анодов. Во-вторых, повышенный расход воды. В-третьих, усиленное старение активной массы с ее отслаиванием от поверхности пластин. Кроме того, повышается температура, что еще более накаляет обстановку.
Хорошо, так какую же АБ все-таки выбрать. В настоящее время я бы выбрал полностью кальциевую (Са/Са).
Вот рисунки, где видны преимущества Са/Са батарей наглядно. На рисунках кривые: 1 – Са/Са; 2 – Гибридная (Са/Сурьма); 3 – Малосурьмянистая; 4 – Сурьмянистая.