Виды, устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора

Лучшие из лучших

Рано или поздно, но перед каждым владельцем личного транспорта возникает необходимость в приобретении новой батареи, когда старая уже отжила свое. И тут возникают определенные сложности, ведь на автомобильном рынке широкий ассортимент, что очень легко запутаться и выбрать то, что не надо.

Здесь важно обращать внимание на многие факторы, причем не только технические параметры, но и бренд, включая стоимость. Ниже будет приведен список тех брендов, которые заслуживают доверие большинства автолюбителей. И среди них могут попасться знакомые имена

И среди них могут попасться знакомые имена.

Рейтинг аккумуляторов для автомобиля составлен на основании отзывов многих владельцев и конструктивных особенностей. Список лучших из лучших:

• Свинцово-кислотные:
  • Varta Blue Dynamic D59.
  • Тюмень Premium 6СТ-60.
  • Зверь 6СТ-60 L3У.
• Кальциевые:
  • Topla Energy 60.
  • Mutlu Calcium Silver 60.
  • Banner Starting Bull.
• Гибридные:

  TITAN Standart.

• AGM:
• • Varta Silver Dynamic AGM D52.
  • Banner Running Bull AG.
  • Bosch AGM S5 A05.

Каждый из перечисленных брендов по состоянию на 2019 года является лучшим в своем сегменте. При этом в учет брались аккумуляторы с параметром 60А, так как именно с такой емкостью больше всего батарей сходит с продажи.

Виды аккумуляторов

Классификация АКБ по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Таким образом, возникала необходимость по улучшению качества работы АКБ. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, характерной чертой которых является более редкий процесс долива воды.

При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт нуждались в постоянном доливе, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов и использовать герметичный, неразборной корпус.

Виды АКБ

• Сурьмянистые батареи. Этот вид относится к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
• АКБ со свинцом. В малосурьмянистых АКБ материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
• Калициевые источники. При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
• Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. При их производстве, две объединенные основные технологии имеют конструктивные отличия: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
• EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая платина закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
• В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Суть такой технологии в том, что она позволяет снизить текучесть электролита, который содержит агрессивную серную кислоту.
• В литиевых АКБ используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
• AGM имеет отличительную особенность в электролите, где с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
• Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными и щелочными.

Щелочные растворы применяются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости этот такие жидкости, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Составы этого типа легко можно приобрести в специализированных магазинах либо, при желании, приготовить самостоятельно на дому. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке его приготовление так же возможно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности. Для этого нужно смешать кислоту с дистиллированной водой.

Разряд элемента питания

Конструкция подобных источников питания предполагает наличие двух клемм: плюса и минуса. Их работа происходит таким образом: при отсутствии нагрузки электрическая цепь разомкнута, а при подключении к полюсам какого-либо устройства цепь замыкается и начинается разрядка АКБ. Ток разряда, протекающий по батарее в таких условиях, возникает за счёт перемещения между электродами ионов: анионов и катионов.

Для изготовления анода (отрицательного электрода) в батареях такого типа применяются железные сетки с губчатым кадмием. Электролитом в таком устройстве будет смесь гидроксидов калия и лития. Оксид-гидроксид никеля в таком щелочном источнике питания вступает в химическое взаимодействие с атомами кадмия и молекулами воды. В результате такой реакции образуются гидроксиды кадмия и лития, а также выделяется электроэнергия.

Как происходит зарядка аккумуляторной батарей?

Не забывайте перед уходом из автомобиля выключать все электроприборы, иначе можете прийти к авто, а аккумулятор сел. Например, включенные габариты полностью разрядят аккумулятор примерно за 30 часов.

Зарядка автомобильного аккумулятора осуществляется двумя разными способами:

1. Аккумулятор стоит непосредственно в автомобиле, двигатель работает и генератор в рабочем состоянии, зарядка идет автоматически (чем больше держите обороты, а электроприборы по возможности не включаете, тем быстрее идет зарядка).

2. Вынимается аккумулятор и берется зарядное устройство, подключаются контакты минус к минусу, плюс к плюсу. Чем меньше зарядный ток, тем больше заряда получит батарея. Только не перегибайте, а то аккумулятор не «закипит» и через «месяц». Далее читаем инструкцию зарядного устройства, т.к. сейчас зарядное устройство – это настоящий миникомпьютер с кучей кнопок и свойств. Зарядных устройств великое множество, и тяжело выделить кого либо из производителей, отличаются они друг от друга, как ценой так и свойствами (сглаживание поступающего напряжения, гашение «скачков»).

Аккумулятор считается полностью заряженным, когда электролит «закипел». В среднем зарядка идет около 8-10 часов, но время может сильно варьироваться, все зависит от изначального заряда батареи. После закипания нужно подождать минут 10-15 и отключить зарядное устройство, после чего аккумулятор считается полностью заряженным.

После зарядки аккумулятора желательно его тщательно промыть и просушить, т.к. на корпус батареи может попасть кислота или грязь. Это может привести к своевременному разряду АКБ, т.к. его корпус пропускает напряжение. Это можно легко проверить — нужно измерить напряжение крышки аккумулятора. Если оно отлично от нуля, то батарея пропускает напряжение и ее нужно промыть раствором соды. Только следите, чтобы данный раствор не попал в банки аккумулятора.

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.

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.
Второй враг – вибрация. От сильной тряски и регулярных ударов с пластин осыпается активный слой. AGM аккумуляторы меньше от этого страдают, жидкостные – больше.
Клеммы аккумулятора склонны к окислению, что ухудшает контакт

Периодически нужно обращать внимание на состояние клемм и при необходимости очищать их от окислов.
Обращайте внимание на корпус батареи. Грязь, масло, влага способствуют утечке тока и саморазряду.
Неполадки в электросети могут вывести из строя и батарею

Особенно проблемы со стартером и генератором – смежными элементами.
Вздутый корпус со следами электролита говорит о том, что пора покупать новый АКБ. Поврежденным аккумулятором пользоваться нельзя!

Виды аккумуляторов, преимущества и недостатки

На современном рынке наиболее распространены такие виды аккумуляторов, как:

Свинцово-кислотные – самые распространенные источники питания в автомобилестроении, промышленности, в системах резервного энергообеспечения. Представляют собой набор пластин свинца и оксида свинца, погруженных в водный раствор концентрированной серной кислоты. Обладают емкостью от 10-15 до 100-200 А/ч, напряжением 2-24 В. К основным преимуществам таких аккумуляторов относятся простота их обслуживания, относительно невысокая стоимость, способность за короткий временной интервал отдавать большой заряд. Среди недостатков свинцовых АКБ – большой вес, высокое содержание вредных для окружающей среды металлов (свинца и его соединений), риск при работе с концентрированной серной кислотой (электролитом).

Свинцово-кислотная АКБ

Никель-кадмиевые – долговечные и надежные батареи, в которых электроды, выполненные из гидратов закиси никеля (катод) и кадмия (анод), погружены в электролит, состоящий из гидроксида калия и лития. К основным плюсам таких батарей относятся длительный срок их эксплуатации (до 25 лет), широкий температурный режим использования (от -30 до +50+700С), большое количество циклов зарядки-разрядки (до 1000), невысокая цена. Основными недостатками АКБ на основе соединений никеля и кадмия являются их большие размеры, высокий уровень саморазряда, значительное содержание вредных для окружающей среды тяжелых металлов. Применяют такие батареи в современных шуруповертах и других аккумуляторных инструментах.

Никель-кадмиевый аккумулятор

Литий-ионные – такой тип аккумулятора является самым надежным и удобным в использовании. Основу литий-ионной батареи составляют отдельные элементы, состоящие из двух скрученных в трубочку и помещенных друг в друга электродов из тонкой алюминиевой и медной фольги с нанесенными на них соединениями лития. Катод и анод изолированы друг от друга находящимся между ними пористым сепаратором, который пропитан специальным электролитом. Применяют такие батареи в различных аккумуляторных инструментах, в качестве накопителей при использовании альтернативных источников электроэнергии. Основными плюсами таких батарей являются их высокая емкость при сравнительно небольших размерах и весе, низкий саморазряд, быстрая зарядка, отсутствие эффекта «памяти». К минусам литий-ионных АКБ относятся их высокая цена, небольшой срок службы.

Литий-ионная аккумуляторная батарея

Помимо описанных выше, реже используются такие виды аккумуляторных батарей, как никель-железные, никель металл-гибридные, гелевые, серебряно-цинковые. Такие аккумуляторные батареи из-за своей дороговизны не получили столь широкого распространения, как описанные выше разновидности.

Приведение АКБ в рабочее состояние

Требуемая плотность электролита, г/см³Количество воды, лКоличество раствора серной кислоты, плотностью  1,40 г/см³, л

Автомобильные аккумуляторные батареи, выпускаемые в сухозаряженном состоянии, для приведения в рабочее состояние необходимо залить электролитом и после пропитки электродов измерить плотность электролита и произвести подзарядку батареи. При температуре воздуха до -15°С в батареи заливают электролит плотностью 1,24 г/см³. При температуре от -15° до -30°С плотность повышают до 1,26, а при ниже -30° – до 1,28 г/см³.

Электролит требуемой плотности может быть приготовлен непосредственно из кислоты и воды. Однако более удобно применять раствор кислоты плотностью 1,40 г/см³. Количество воды и раствора, необходимое для приготовления 1 л электролита, указано в таблице 1. Серная кислота учитывается не в литрах, а в килограммах. Для перевода литров в килограммы необходимо пользоваться коэффициентом 1,83.

Плотность электролита измеряется с помощью ареометра. Он состоит из цилиндра с резиновой грушей и заборной трубкой и денсиметра (поплавка). При определении плотности электролита необходимо сжать рукой резиновую грушу ареометра, ввести конец заборной трубки в электролит и постепенно отпустить грушу. После того, как денсиметр всплывет, по его шкале определить плотность электролита в аккумуляторе. При измерениях надо следить за тем, чтобы денсиметр свободно плавал в электролите («не прилипал» к стенкам цилиндра).

Замер плотности электролита с помощью ареометра

Плотность электролита зависит от температуры. Исходной считается температура электролита 25°С. На каждые 15°С изменения температуры плотность изменяется примерно на 0,01 г/см³. Поэтому при измерении плотности электролита следует учитывать его температуру и в необходимых случаях вносить поправку к показаниям ареометра, пользуясь таблицей 2.

Заливать электролит в аккумулятор следует тонкой струей, применяя фарфоровую, полиэтиленовую или эбонитовую кружку и стеклянную, полиэтиленовую или эбонитовую воронку.

Температура
электролита, С°Поправка к
показаниям, г/см3

Температура электролита должна быть не ниже 15°С и не выше 25°С. После заливки электролита и пропитки электродов не ранее чем через 20 минут и не позже чем через 2 часа производится контроль плотности электролита. Если плотность электролита понизится не более, чем на 0,03 г/см³ против плотности заливаемого электролита, батарея может эксплуатироваться. Если же плотность электролита понизится более, чем на 0,03 г/см³, батарея подлежит подзаряду. Продолжительность первого подзаряда зависит от срока хранения батареи в сухом виде с момента изготовления до приведения в рабочее состояние. Окончание подзаряда определяется по постоянству напряжения аккумулятора и плотности электролита в течение 2 часов.

Как обслуживать свинцово-кислотный аккумулятор

По статистике 80% неполадок аккумулятора заключается в его сульфатации, появившейся из-за отсутствия технического обслуживания. Как проверить аккумулятор читайте здесь.

Чтобы предотвратить этот процесс, достаточно регулярно выполнять три процедуры:

• контролировать уровень дистиллированной воды;
• поддерживать чистоту;
• выравнивать заряд.

Как восстановить аккумулятор и убрать потерю емкости, читайте тут.

В процессе работы часть электролита испаряется, концентрация серной кислоты увеличивается, а уровень жидкости в банке понижается, что становится причиной контакта железных пластин с воздухом. Во избежание повреждения ячеек электродов нужно следить за количеством электролита и при необходимости добавлять в банку батареи дистиллированную воду.

Пользователи знают, насколько важна чистота АКБ: наличие грязи, пыли, подтёков кислоты может поспособствовать возникновению тока утечки, и аккумулятор разрядится и разбалансируется. Поэтому необходимо регулярно проводить чистку батареи, например, при помощи пароочистителя.

Чем чаще используется источник тока, тем больше ёмкость его ячеек будет отличаться друг от друга, что обязательно приведёт к проблемам в режиме зарядки. Чтобы урегулировать ситуацию, специалисты советуют пользоваться выравнивающим зарядным устройством, которое подаёт слабый ток и увеличивает время процесса на несколько часов, однако позволяет заряду распределиться равномерно и до 100% пополнить энергию.

Стандартное время зарядки пустой батареи составляет 10-12 часов

При этом крайне важно выставлять ток значением до 10% от ёмкости батареи. Обычно схема питания АКБ состоит из двух этапов: на первом аккумулятор заряжается постоянным током, на второй – постоянным напряжением

Чтобы осуществить проверку работоспособности, существует множество способов, как традиционных, так и современных. К последним относится контроль системы при помощи электронных тестеров, которые показывают более правильные результаты, но могут оказаться дорогостоящими. Конечно, без подобного оборудования не обойтись при проверке современных герметичных аккумуляторов. Но для более традиционных устройств подойдут простые методы, проверенные временем.

1. Контроль плотности жидкости. При помощи ареометра нужно зарегистрировать значение плотности и сравнить с эталонными показателями. Для обеспечения нормальной работы параметр должен быть не ниже 1,23 г/см3, но не выше 1,4 г/см3.
2. Контроль уровня электролита. Жидкость должна полностью покрывать свинцовые пластины и возвышаться на 1-1,5 см.
3. Контроль с помощью нагрузочной вилки. Данное устройство измеряет напряжение АКБ под действием силы тока в десятки и сотни ампер. Такой метод весьма качественен для определения работоспособности батареи, однако, в случае частого использования нагрузочной вилки существует вероятность износа аккумулятора.

Устройство аккумуляторной батареи

В аккумуляторной батарее происходит преобразование химической энергии в электрическую. Химия в том, что взяли и поместили в раствор серной кислоты две пластины, состоящие из свинца, и на пластинах сделали выводы (рисунок 10.1). Подсоединили к выводам два провода от генератора, начали вращать его, чтобы тот выделял электрический ток и зарядили АКБ (пока аккумулятор заряжается, он является потребителем тока). В данном случае электрическая энергия преобразовалась в химическую – аккумулятор зарядился. Отсоединили от выводов генератор и подсоединили, например, лампочку, и она загорелась! Потому что начался процесс преобразования химической энергии в электрическую. Прелесть данной конструкции в том, что процессы зарядки и разрядки можно производить многократно. И если соблюдать основные, довольно несложные, правила эксплуатации АКБ, она может прослужить долгое время.

Простейший аккумулятор состоит из двух пластин, помещенных в корпус (его еще называют банкой), этот корпус заполнен раствором серной кислоты (который называется электролитом) и закрыт сверху крышкой. В крышке имеются отверстия, через которые выведены по два вывода от каждой из пластин (положительный и отрицательный).

Рисунок 10.1 Принцип работы аккумуляторной батареи.

Любая АКБ состоит из нескольких (чаще шести) простейших батарей, описанных выше. Почему именно шести? Бортовая сеть автомобиля рассчитана на 12 вольт, а значит и аккумуляторная батарея должна выдавать столько же. Ввиду своих габаритных размеров одна банка (две пластины) обеспечивает напряжение приблизительно в 2 вольта. Для получения 12 вольт положительные и отрицательные пластины соединяют последовательно и делают два общих вывода – положительный и отрицательный (смотрите рисунок 10.2).

Примечание
Аккумуляторная батарея должна иметь такие габаритные размеры, чтобы оптимально вписаться в ограниченное пространство моторного отсека автомобиля.

Рисунок 10.2 Устройство аккумуляторной батареи.

На многих современных автомобилях для предотвращения кражи головного модуля аудиосистемы существует своеобразная защита, которая блокирует аудиомагнитолу после отключения отрицательной клеммы от аккумуляторной батареи. Чтобы магнитола заработала, в нее необходимо ввести определенный код – ключ. Если вы приобретаете новый автомобиль, данный код вам вручат в салоне, если покупаете машину с рук, необходимо уточнить у владельца наличие такого кода.

Примечание
Стоит помнить, что в некоторых современных автомобилях после отключения АКБ и повторного подключения бортовой компьютер может вывести сообщение об ошибке, которое можно сбросить с помощью специализированного оборудования на СТО.

История появления аккумулятора

Давно было замечено, что если две заизолированные пластины погрузить в кислотный или щелочной раствор, то на них возникнет разность потенциалов или напряжение. Самый первый прообраз современного аккумулятора представлял собой две пластины – медную и цинковую, погруженные в электролит. Он работал довольно непродолжительное время из-за того, что цинковая пластина со временем растворялась в растворе и отдача электроэнергии была совсем небольшой.

Свойства современных аккумуляторов

Современные аккумуляторы значительно усовершенствованы. Они более энергоемки и малогабаритны, продолжительность их работы стала во много раз больше, а также они приобрели возможность восстанавливать заряд (перезаряжаться), но общий принцип работы остался прежним и основан на электрохимической реакции свинца и диоксида свинца в серной кислоте. Согласно классической версии энергия является производной от взаимодействия оксида свинца с серной кислотой до сульфата. При этом в случае разряда на аноде происходят реакции восстановления диоксида свинца, а на катоде реакции окисления свинца. В случае заряда аккумулятора происходят обратные реакции, к которым на конечной стадии добавляется процесс электролиза воды. В результате возле положительного электрода выделяется кислород, а возле отрицательного – водород.

Элементы конструкции аккумулятора

Корпус

Немаловажную роль в устройстве автомобильного аккумулятора выполняет его корпус, удерживающий все отдельные элементы и объединяющий их в единое целое. Поскольку аккумулятор состоит из нескольких вырабатывающих электроэнергию элементов, то правильнее его называть аккумуляторной батареей. Так двенадцативольтная аккумуляторная батарея состоит из 6-ти элементов, поэтому ее корпус содержит 6 секций (банок). К материалу, из которого делается корпус, предъявляются достаточно высокие требования. Прежде всего он должен быть кислотоустойчив, достаточно прочен, а кроме того, он должен быть устойчив к воздействию широкого диапазона температур. Как правило, он изготавливается из полипропилена, а состоит из основания, в котором располагаются все секции и крышки с пробками.

Пакеты пластин

В секции корпуса устанавливаются пакеты пластин, состоящие из нескольких соединенных параллельно пластин с чередующейся полярностью и называющиеся также гальваническими элементами.

Такое строение позволяет увеличить емкость аккумулятора, так как в итоге увеличивается контактирующая поверхность. Увеличение поверхности соприкосновения также приводит и к уменьшению внутреннего сопротивления, что способствует увеличению максимально отдаваемого аккумулятором тока.

Сами пластины состоят из свинца ячеистой структуры. В эти ячейки путем намазывания наносится активная масса, в которой и происходят все химические реакции. Для предотвращения замыкания между пластинами помещаются сепараторы, изготовленные из электролитически проницаемого пластика. Вся эта конструкция из пластин и сепараторов собрана в пакет и для предотвращения преждевременного разрушения в процессе эксплуатации стянута бандажом. Выводы пластин соединены попарно токосборниками, которые и подводят энергию к выводным борнам. К борнам затем подключаются клеммы автомобиля.

В процессе эксплуатации аккумулятора в результате реакций образуются побочные продукты окисления свинца, а также с пластин может осыпаться активная масса. Поэтому пакеты пластин устанавливают не на самое дно корпуса, а немного выше. В результате образуется шламовый промежуток, в котором и скапливаются все осыпавшиеся с пластин вещества. Если бы его не было, то шлам бы замкнул нижние части.

Колодийчук Андрей, специально для ByCars.ru

Назначение аккумулятора в автомобиле

Аккумулятор включён в цепь с бортовым компьютером и иными потребителями электроэнергии автомобиля. Подпитывается он от генератора во время работающего двигателя внутреннего сгорания. Инженеры обеспечили следующий функционал для батареи:

1. Простой и быстрый пуск двигателя внутреннего сгорания. Ток поступает на стартер, начинающий вращать коленвал.
2. Подаётся напряжение на потребителей. Если мотор заглушён, то вместо генератора напряжение отбирается от АКБ.
3. Обеспечивается помощь генератору, если нагрузка от потребителей в бортовой сети оказывается высокой, например, в вечернее время, когда включён лобовой свет, работают дворники, обогрев кресел, стёкла, запущен вентилятор печки и пр.

В основном батарея в легковом автомобиле, закреплённая хомутами, располагается радом с двигателем в подкапотном пространстве. Это позволяет минимизировать длину проводки между источником тока и потребителями. В грузовиках блок обязательно надёжно зафиксирован с рамой, чтобы содержащийся внутри кислотный раствор не смог выплеснуться наружу

С этим прибором необходимо соблюдать максимальную осторожность

Назначение АКБ в автомобиле

Аккумулятор представляет собой один из ключевых элементов авто. Работая в бортовой сети автомобиля в связке генератором, он является источником электрического тока. Основные функции аккумуляторной батареи заключаются в следующем:

• Обеспечение пуска мотора. Аккумулятор подаёт питание на стартер в момент запуска;
• Обеспечение питания потребителей в сети автомобиля, когда мотор заглушён;
• Обеспечивает питание во время поездки, если генератор перегружен.

Кроме того, при работе вместе с генератором АКБ осуществляет сглаживание пульсаций электрического тока в бортовой сети.