Аккумуляторные батареи и технологии их производства эволюционировали на протяжении последнего столетия. Их конструкция развивалась по следующим направлениям:
· увеличению электрической ёмкости;
· повышению токоотдачи;
· повышению пускового тока;
· уменьшению внешних размеров и массы;
· упрощению технического обслуживания.
Обсудим это в настоящей статье по такому плану:
1. Основные понятия.
2. Технические особенности современных аккумуляторных батарей.
3. ТО аккумулятора и что такое необслуживаемая аккумуляторная батарея.
4. Пример подбора АКБ по электрическим и габаритным параметрам.
5. Итоги.
Основные понятия
Мы не будем углубляться в теорию физических и электрохимических процессов в аккумуляторной батарее. Вместо этого рассмотрим электрические характеристики для правильного выбора АКБ, её правильной эксплуатации и обслуживания:
1. Электрическая ёмкость.
2. Токоотдача.
3. Пусковой ток.
4. Внешние размеры.
Электрическая ёмкость показывает, какой заряд может накопить батарея. Измеряется она в ампер-часах (Ah). Представить это явление несложно, так как числовое значение электрической ёмкости — это произведение силы тока и времени, необходимых для полной зарядки батареи.
Пример - 1. Аккумуляторная батарея имеет ёмкость 45 Ампер-час. Теоретически это значит, что для её полной зарядки необходим ток силой 45 Ампер и время 1 час. Или наоборот – ток силой 4,5 Ампера и время зарядки 10 часов.
Ёмкость 45Ah = 45А • 1 час
Или 45Ah = 4,5А • 10 час
В режимах зарядки АКБ могут быть любые сочетания силы тока и времени, но их произведение должно быть равно паспортной ёмкости батареи. Однако поскольку большой зарядный ток вызывает нагрев аккумулятора, который может быть как разрушителен для батареи, так и опасен в плане пожарной безопасности, то оптимальным током зарядки принято считать 10% от паспортной электрической ёмкости.
Пример - 2. Аккумуляторная батарея 6СТ-65 («древняя» модель АКБ заводской комплектации автомобиля Волга ГАЗ-24 1970-1987 г.в.).
Номинальная (паспортная) электрическая ёмкость – 65 Ампер-час.
Сила зарядного тока должна составить 10% от номинальной ёмкости АКБ – 6,5 Ампер.
Соответственно, время зарядки должно быть – 10 часов.
Но это номинальные параметры зарядки, так как глубокий разряд аккумуляторной батареи может привести к полной утрате ее способности вообще принимать заряд или, как минимум, к резкому сокращению её электрической ёмкости. Глубокая, а тем более полная разрядка приводит к необратимой сульфатации пластин-электродов и его выходу из строя без возможности восстановления.
Сульфатация — это образование крупных труднорастворимых кристаллов сульфата свинца на пластинах-электродах, которые неспособны к обратимому превращению свинец-сульфат-свинец при зарядке-разрядке аккумулятора.
Внимание! Восстановление АКБ путём так называемого зарядно-тренировочного цикла — это временная мера, неспособная вернуть паспортные характеристики аккумулятора.
Токоотдача выражает кратность силы тока разряда под нагрузкой к электрической ёмкости аккумуляторной батареи. Ее токоотдача обозначается в виде коэффициента «С».
Пример – 3. Батарея номинальной электрической ёмкостью 60Ah и токоотдачей «2С» способна выдать разрядный ток силой 120А в течение получаса или 60А в течение 1 часа.
Пусковой ток АКБ — это максимальный ток, который батарея способна выдать при запуске двигателя при температуре -18℃ в течение 30 секунд до падения напряжения ≤ 7,2 Вольт. В паспортных характеристиках он обозначается в виде теста холодной прокрутки коленчатого вала ССА — Cold Cranking Amps. Для бензиновых моторов ССА достигает 700А, а для дизельных — 700А и выше.
Вышеописанные электрические характеристики аккумуляторных батарей неуклонно улучшались одновременно с сохранением и даже уменьшением их массово-габаритных параметров. В результате, современные аккумуляторы при большей электрической ёмкости, более высоких токоотдаче и пусковых токах сохранили стандартные размеры или стали более компактными.
Технические особенности современных аккумуляторных батарей
Современные технологии производства аккумуляторов позволили*:
· увеличить электрическую ёмкость и токовые параметры, сохранив стандартные размеров и массу АКБ;
· уменьшить внешние размеры и массу АКБ не в ущерб электрической ёмкости и токовым параметрам.
В ранних поколениях аккумуляторных батарей большие токоотдача и пусковые токи достигались за счёт повышенной электрической ёмкости, больших размерах и массе.
Внимание! Официально поставляемые на рынок России автомобили адаптированы к российским климатическим условиям, включая повышенные токоотдачу и пусковой ток при оптимальной электрической ёмкости аккумуляторной батареи.
Повышенные токовые параметры в сочетании с оптимальной электрической ёмкостью обеспечивают уверенный пуск двигателя в холодных регионах страны, а также быстрое восполнение заряда**.
** Большая электрическая ёмкость батареи имеет недостаток в виде увеличенного зарядного тока и времени зарядки. Это требует применения электрического генератора повышенной мощности, что в свою очередь отражается на расходе топлива.
Внимание! Хроническая «недозарядка» аккумуляторных батарей в условиях частых запусков двигателя и коротких поездок — устаревшее представление, сформировавшееся в эпоху маломощных двигателей, электрогенераторов и АКБ с большими зарядным током и временем зарядки.
В качестве иллюстрации сравним электрические параметры АКБ автомобиля ГАЗ-24 1970-1987 годов выпуска с АКБ, например, автомобиля KIA «К5». Литраж двигателей обоих этих автомобилей — 2,4 - 2,5 литра.
Таким образом, при одинаковых стандартных размерах и идентичной массе типичная современная аккумуляторная батарея имеет бóльшие пусковой ток и электрическую ёмкость относительно представительнице прежних поколений — батареи 6СТ-65 автомобиля Волга ГАЗ-24.
ТО аккумулятора и что такое необслуживаемая аккумуляторная батарея
Отметим, в чём, собственно, заключается техническое обслуживание свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. Среди стандартных операций в эпоху так называемых «обслуживаемых» АКБ основной операцией был контроль уровня электролита, измерение его плотности и доливка воды или электролита в зависимости от результатов измерений.
При работе аккумулятора из электролита выделяются газы, продукты электролиза воды — водород и кислород, — что приводит к снижению уровня электролита и повышению его плотности. Теряется только вода, но серная кислота, будучи тяжелой жидкостью, из электролита не испаряется. Поэтому мы доливаем только специальную аккумуляторную дистиллированную воду!
Внимание! Электролит мы доливаем только в случае его утечки!
В результате научно-технических исследований появились технологии, позволяющие практически исключить кипение электролита при работе АКБ и упростить её обслуживание. Стало это возможным благодаря отказу от легирования свинцового сплава пластин сурьмой и заменой её на кальций***.
*** И сурьма, и кальций придают свинцовым сплавам прочность, позволяющую сделать пластины АКБ более тонкими и лёгкими не в ущерб их стойкости к деформации.
Так вышли на рынок необслуживаемые «некипящие» кальциевые батареи типа Са/Са, в которые не нужно доливать дистиллированную воду. Это сильно упростило их ТО.
Кроме «необслуживаемости» кальциевые АКБ обрели и другие полезные свойства:
· повышенные пусковые токи, благодаря меньшей толщине пластин и их большему количеству в том же объёме,
· низкий саморазряд при длительном бездействии или хранении,
· более высокая стойкость пластин к коррозии, увеличивающая срок службы АКБ вдвое относительно обычных сурьмянистых,
· устойчивость к перезаряду при повышенном напряжении в бортовой сети современных автомобилей с мощными электрическими генераторами.
Однако вскоре был выявлен довольно существенный недостаток кальциевых аккумуляторов — крайняя чувствительность к глубоким разрядам. Один-два полных разряда могут привести к необратимой сульфатации пластин и двухкратному сокращению её электрической ёмкости!
С учётом достоинств и недостатков сурьмянистой и кальциевой технологий, в результате появились так называемые гибридные аккумуляторы****, у которых положительные пластины изготовлены из малосурьмянистого свинцового сплава, а отрицательные — из свинцово-кальциевого. Таким образом, гибридный аккумулятор стал менее чувствителен к глубоким разрядам, но требует периодического обслуживания и доливки воды. Поэтому гибридные аккумуляторы иногда называют малообслуживаемыми.
**** Не следует путать с гибридными ионными аккумуляторами.
Подбор аккумуляторной батареи по электрическим и габаритным параметрам
Воспользуемся приобретёнными знаниями и подберём аккумуляторную батарею для вышеупомянутого автомобиля KIA «К5» на примере АКБ от компании Metaco. Итак, нам необходима батарея со следующими параметрами:
Аналог батареи типа AGM от компании Metaco демонстрирует более высокие токовые параметры при меньшей электрической ёмкости и стандартных установочных размерах.
Вывод: оригинальная АКБ не всегда выступает техническим эталоном, а скорее представляет собой образец компромисса цена/качество.
Подведём итоги
Итак, в данном анализе мы выяснили:
1. Основные параметры аккумуляторной батареи, необходимые для выбора перед покупкой.
2. Отличительные особенности современных аккумуляторных батарей.
3. В чём заключается ТО АКБ и что такое необслуживаемые аккумуляторные батареи.
4. Почему «хроническая недозарядка» аккумулятора — устаревшее убеждение.
5. Пример подбора аккумуляторной батареи по электрическим и габаритным параметрам.
На этом завершим рассмотрение темы «Как правильно выбрать аккумуляторную батарею для российских климатических условий эксплуатации».
Павел Долгий – технический эксперт по автомобильным эксплуатационным материалам. До новых встреч на страницах портала ЕвроАвто!