Внесем ясность в типы аккумуляторных батарей, которые используются в настоящее время на байках. Речь пойдет о стартерных батареях, предназначенных не только для питания электрооборудования мотоциклетной техники, но и для пуска двигателя. Нестартерные батареи, конструктивно не приспособленные к быстрой отдаче тока большой силы для работы стартера, рассматривать не будем. Да и применяются они сейчас на мотоциклетной технике очень редко где.
Термин «батарея» будем использовать, поскольку все АКБ имеют схожий принцип строения – это несколько элементов, соединенных последовательно между собой для увеличения выходного напряжения.
Итак, двигаемся по вышеприведенной схеме. Все электрические аккумуляторы мототехники по виду устройства и характеру протекающих химических реакций делятся на два типа: свинцово-кислотные и литиевые.
Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи
Это старые добрые источники энергии, используемые еще с XIX века. В основе принципа их работы лежит теория «двойной сульфатации», согласно которой при разряде батареи оксид свинца на катоде и губчатый свинец на аноде в присутствии серной кислоты превращаются в сульфат свинца и воду. Сульфатация «двойная», поскольку процесс идет на обоих электродах. При заряде батареи сульфат свинца соединяется с водой и превращается обратно в оксид свинца, свинец и серную кислоту.
Плюсы: значительная емкость, способность быстро отдавать большой ток, относительно небольшие размеры и вес, небыстрый саморазряд, значительный ресурс, невысокая стоимость производства и огромный накопленный опыт по обслуживанию.
Минусы: до определенного времени к минусам можно было отнести только все-таки значительный вес и потребность в квалифицированном обслуживании. Да, ресурс в 300-500 циклов глубокого разряда-заряда считался неплохим, ведь альтернатив не было. Именно увеличение ресурса является основной движущей силой в модернизации данного типа аккумуляторов и АКБ вообще.
Свинцово-кислотные батареи в свою очередь делятся на два вида: батареи с жидким электролитом и батареи со связанным электролитом.
АКБ с жидким электролитом
Технология WET – с жидкостью. Внутри них плещется свободный раствор серной кислоты, поэтому такие батареи нельзя наклонять более чем на 45°, иначе электролит может вытечь. Это несет определенные ограничения применения данных батарей – они устанавливаются только на байках, где конструктивно АКБ располагается крышкой вверх. Для доступа к содержимому банок такие батареи имеют на крышке пробки, поэтому их называют «обслуживаемые» или «открытые»: можно проверить и скорректировать уровень электролита, измерить его плотность.
Правда, стоит сказать, что не все батареи с жидким электролитом являются обслуживаемыми. Иногда производители конструктивно закрывают крышку аккумулятора так, что доступ к банкам становится невозможен.
Это самые простые, «классические» АКБ, поэтому из явных плюсов выделяется один – цена.
Пара слов про так называемые EFB-батареи. Enhanced Flooded Battery – в переводе «улучшенная залитая батарея» - имеет некоторые конструктивные отличия, позволяющие увеличить срок ее службы, скорость приема заряда и стойкость к глубоким разрядам. У таких аккумуляторов имеются усиленная токоотводящая решетка и армирующие покрытия электродов, а также специальные углеродосодержащие добавки в активные массы электродов. В остальном – это батарея с жидким электролитом. Созданы для автомобилей с системой «старт-стоп», для мототехники в продаже не встречаются.
Аккумуляторные батареи со связанным электролитом
Сюда относятся АКБ, произведенные по технологии GEL или AGM. Электролит в таких аккумуляторах находится не в жидком, а в связанном состоянии, что полностью исключает его вытекание. Как следствие, такие батареи работают в любом положении, разве что не рекомендуется использование вверх ногами. Этот факт открыл новые возможности для производителей мотоциклов, АКБ начали размещать в любом конструктивно удобном месте на байке и в различных положениях.
Поскольку невозможно измерить уровень и плотность связанного электролита, данный тип батарей относится к полностью необслуживаемым (обозначение MF - Maintenance Free battery). АКБ является условно герметичной (SLA – Sealed Lead Acid – Герметичный свинцово-кислотный). Условно, поскольку обязательно имеет специальный клапан, предохраняющий от излишнего повышения давления внутри аккумуляторных банок (VRLA – Valve Regulated Lead-Acid battery – свинцово-кислотная батарея с регулирующим клапаном).
Герметизированные гелевые батареи (GEL). Это свинцово-кислотные аккумуляторы, в которых электролит находится в гелеобразном виде. Электролит представляет собой желе, получаемое путем смешивания водного раствора серной кислоты со специальным загустителем. В качестве загустителя чаще всего используют двуокись кремния (SiO2) – силикагель.
Герметизированные батареи с адсорбированным сепараторами электролитом (AGM). AGM – Absorbed Glass Mat. Это технология, при которой жидкий электролит абсорбирован стекловолоконными матами, расположенными между электродами. Стекловолоконные маты играют роль сепараторов, представляют собой пористую систему, электролит в ней удерживают капиллярные силы. Количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались пустыми для свободной циркуляции выделяющихся газов. В крупных порах происходит рекомбинация газов – соединение между собой выделившихся кислорода и водорода с образованием воды, которая возвращается обратно в электролит. Поэтому газообразование в AGM-аккумуляторах меньше, чем в гелевых, где рекомбинация идет в толще трудно перемешиваемого геля.
Преимущества АКБ со связанным электролитом: увеличенный по сравнению с «классическими» АКБ срок службы – до 500 циклов полного разряда-заряда, высокий пусковой ток, возможность устанавливать в любом положении, не нуждаются в обслуживании.
Недостатки: высокая чувствительность к параметрам заряда. Зарядное устройство должно иметь нестабильность напряжения заряда не хуже 1%, не допускается перезаряд аккумулятора. При превышении напряжения в свинцово-кислотном аккумуляторе энергия начинает тратиться на электролиз воды, процесс сопровождается сильным газообразованием (аккумулятор «кипит»), клапан выпускает накопившиеся газы в атмосферу. Поскольку АКБ необслуживаемые и герметизированные, добавить воду для восполнения потерь при «кипении» невозможно. Отсюда же требования к исправности реле-регулятора мотоцикла, повышенное напряжение заряда быстро выведет AGM- или GEL-аккумулятор из строя. Также АКБ со связанным электролитом по сравнению с «классическими» АКБ более чувствительны к хранению в разряженном состоянии. Впрочем, требование хранить батарею только полностью заряженной относится ко всем аккумуляторам. Еще один недостаток – высокая цена.
Небольшое отступление, посвященное сухозаряженным аккумуляторам. Это не залитые электролитом батареи, их заправка электролитом происходит непосредственно перед вводом батареи в эксплуатацию. Так делается для увеличения срока хранения АКБ до начала эксплуатации: по ГОСТу 6851-2003 не залитая электролитом мотоциклетная батарея имеет гарантийный срок хранения до 24 месяцев, когда как про сроки хранения заправленных электролитом аккумуляторов в данном ГОСТе вообще ничего не сказано. В сухозаряженном виде выпускаются АКБ с жидким электролитом и некоторые AGM-батареи.
Литиевые аккумуляторы
Основная среда обитания – смартфоны, ноутбуки, видеокамеры, различная бытовая техника и электромобили. На мотоциклетной технике широкого распространения пока не получили, используются, в основном, в спорте и тюнинге благодаря малому весу и размерам. Хотя некоторые новые автомобили уже комплектуются литиевыми батареями (Porsche).
Литий-ионный элемент устроен следующим образом. Анод выполнен из пористого углерода на фольге из меди. Катод представляет собой катодный материал на фольге из алюминия. В настоящее время используют три класса катодных материалов: кобальтат лития или схожий с ним никелат лития, литий-марганцевая шпинель, литий-феррофосфат. Анод и катод разделены сепаратором из пористого полипропилена, пропитанного электролитом.
Разность потенциалов возникает вследствие свойства положительно заряженного иона лития с катода внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решетку других материалов (графит, оксиды и соли металлов) на аноде.
В качестве стартерных используются железо-фосфатные аккумуляторы (литий-феррофосфатные, LiFePO4, LiFe,LFP, IFR). Они способны выдавать высокий ток под нагрузкой, допустима зарядка большим током, не выделяют газ, не взрываются и не воспламеняются, имеют относительно низкую стоимость.
Токообразующая реакция в литий-феррофосфатном аккумуляторе выглядит следующим образом:
Литиевые аккумуляторные батареи имеют две особенности:
1. Это отдельная «энергосистема». Батареей управляет электронный контроллер (BMS – BatteryManagement System или PMS – Protection Circuit Module), встроенный в корпус батареи. Он реализует эффективный алгоритм заряда и разряда батареи, компенсирует разницу энергетических потоков при одновременном заряде и разряде, следит за температурой элементов и величиной тока разряда. Также контроллер реализует функцию балансировки: электрические свойства элементов батареи немного отличаются друг от друга, и когда один из них уже зарядился, зарядный ток должен быть пущен в обход него на другие элементы. Это важно, поскольку перезаряд литиевого аккумулятора быстро выводит его из строя. Аналогично и при разряде – все ячейки батареи должны разряжаться синхронно, не допуская излишнего переразряда какой-либо из них.
2. Если заряжать литиевую батарею внешним зарядным устройством, устройство должно быть особенным, подходящим для литиевых батарей. Алгоритм, реализуемый «обычным» внешними зарядными устройствами для свинцово-кислотных аккумуляторов, категорически не подходит.
Положительные стороны литиевых АКБ: большой срок эксплуатации – количество циклов разряд-заряд может измеряться тысячами, небольшой вес и размеры, быстрый заряд, малый разряд при длительном хранении, могут работать абсолютно в любом положении, не требуют обслуживания.
Отрицательные стороны: чувствительны к перезаряду, теряют емкость на холоде, высокая цена. Также нужно обратить внимание на разряд такой батареи вследствие питания «незаметных» потребителей (мотосигнализация, неправильно подсоединенные USB-разъем или магнитола, «паразитные токи», другое). При длительном простое байка эти потребители могут совсем разрядить батарею, а сильно разряженные элементы в литиевом АКБ блокируются BMS, зарядить обычным путем его уже не получится, придется обращаться в специализированный сервис.
Приветствуются лайки, репосты и комментарии!