Всё об автомобильных аккумуляторах

Из этой статьи вы узнаете всю необходимую информацию об устройстве, выборе и эксплуатации автомобильных аккумуляторов.

Двигатель автомобиля принято сравнивать с сердцем человека, это сопоставление верно не только по причине их значения. Для работы им необходимо электричество и если в сердце его генерирует синоатриальный узел в одном из предсердий, то для двигателя внутреннего сгорания необходим аккумулятор. Его используют для запуска силового агрегата и в качестве дополнительного источника питания бортовой электросистемы. Для автомобиля АКБ можно считать расходным материалом по причине ограниченности срока службы. Продолжительность эксплуатации зависит от грамотного выбора, условий работы и обслуживания. Что же такое аккумуляторная батарея и что должно стоять в вашем автомобиле? Как продлить ей жизнь и по каким причинам АКБ выходит из строя?

Устройство Аккумулятора

На изображении обозначены базовые элементы автомобильного АКБ.

Расшивровка обозначений:

1. корпус;
2. отрицательный электрод (пластина);
3. сепаратор;
4. положительный электрод (пластина);
5. баретка;
6. опорные призмы;
7. крышка;
8. пробка заливного отверстия;
9. положительный вывод;
10. межэлементная перемычка (соединительный мостик);
11. отрицательный вывод

Конструкция АКБ

Автомобили комплектуются стартерными аккумуляторами свинцово-кислотного типа. Их конструкция постоянно совершенствуется, но общее остается неизменным — в основе автомобильного аккумулятора батарея с напряжением 2 В.

Выпускаются несколько типов АКБ по данному критерию:

• 6В — применяются на сверхлегкой технике;
• 12В — устанавливаются на легковых автомобиля всех типов и грузовой технике с бензиновыми двигателями;
• 24В — предназначены для тяжелых грузовиков.

Несложно догадаться, что в АКБ используется определенное число батарей — соответственно 3, 6 и 12, соединенные последовательно.

Свинцово-кислотный аккумулятор в 2009 году отметил свое 150-летие, это наиболее распространенный тип АКБ, принцип действия которого основан на реакции взаимодействия между двуокисью свинца и свинца, протекающей при контакте с серной кислотой определенной концентрации. Когда аккумулятор находится под нагрузкой, свинец на отрицательном электроде окисляется, во время зарядки — идет его восстановление. Современные исследования показали, что в процессе работы АКБ идет более 60 химических реакций разной сложности! Одной из них является электролиз воды, в результате которого происходит потеря растворителя и изменение плотности электролита, поэтому периодически в обслуживаемых аккумуляторах производится добавление воды.

Основным элементом автомобильного АКБ является свинцовый электрод, имеющий решетчатую структуру. Он изготовлен не из чистого свинца, а из сплава, основным дополнительным элементом которого является кальций. Сегодня в рекламе нередко можно встретить термин «кальциевая батарея». Это не более, чем маркетинговый ход, так как этот легкий металл используют при производстве электродов все компании, выпускающие необслуживаемые аккумуляторы. Кальций обеспечивает АКБ высокую устойчивость к закипанию. Среди других элементов, добавляемых в состав свинцового сплава — золото, олово и серебро. Их используют для улучшения антикоррозионных свойств электродов, которые находятся в достаточно агрессивной среде.

Среди основных преимуществ свинцово-кальциевых электродов:

• минимальный уровень саморазряда;
• минимальный расход воды;
• потеря половины емкости в течение полутора лет;
• доступная стоимость производства.

Водители со стажем хорошо знакомы с конструкцией электродов — для детворы советского периода это был главный источник свинца, используемого для выплавки важных и полезных для игр вещей. Решетчатые пластины легкоплавкого металла и есть электроды АКБ.

Несмотря на одинаковую внешнюю структуру отрицательные и положительные электроды современных АКБ производятся по разным технологиям. При производстве отрицательных электродов производители применяют методику просечки листа из свинцового сплава с последующей вытяжкой. Эта технология получила название Expanded Metal и используется всеми компаниями, выпускающими батареи. Отрицательный электрод покрывается активной массой из губчатого свинца.

Положительные электроды производятся по разным технологиям, призванным обеспечить минимальное линейное расширение. Наиболее совершенная методика — вытягивание внутренних жилок свинцового сплава в разных направлениях и фиксация их к жесткой раме. Такая технология получила название Power Frame, она используется в самых современных аккумуляторах. Более простые положительные электроды имеют внутренние жилки, расположенные или в шахматном порядке, или вертикально. Как и отрицательные электроды, они покрываются активной массой, в качестве которой выступает диоксид свинца.

Каждая двухвольтовая батарея состоит из чередующихся пластин положительных и отрицательных электродов, изолированных друг от друга пластиковым сепаратором. Электроды погружены в раствор электролита, который является довольно агрессивным раствором. От протекания его защищает корпус из полиэтилена, который устойчив к воздействию неорганических кислот. Для подключения к энергосистеме автомобиля используются два вывода из свинцового сплава. Особое значение имеет их полярность, «+» может быть расположен как справа, так и слева. Стоит запомнить, что положительный вывод имеет больший диаметр, чем отрицательный. Чтобы не перепутать полюса при подключении используется еще один вариант страховки — проводка выпускается разной длины и если соединить АКБ с энергосистемой корректно не получается, то лишний раз стоит посмотреть — не перепутана ли полярность.

Совершенствование конструкции АКБ

Современные автомобили комплектуются системами безопасности, которые предъявляют повышенные требования к пусковому току АКБ, к устойчивости к глубокому разряду. Это заставляет конструкторов совершенствовать батареи, внедряя новые технологии.

Наиболее популярными из них являются:

• Absorbed Glass Material — удержание электролита с помощью микропористого материала;
• Enhanced Flooded Battery — использование электродов с покрытием из микроволокна;
• Valve Regulated Lead Acid Battery — система вентиляции с клапанами, обеспечивающими герметичность АКБ.

Аккумуляторы AGM называют батареями с нежидким электролитом. Микропористый материал сепаратора не только впитывает кислоту и обеспечивает максимально плотный контакт с электродами. В его структуре всегда остаются свободные полости, в которых происходит рекомбинация газов, образующихся в результате электролиза воды. В результате не требуется доливка растворителя, что увеличивает срок эксплуатации батарей.

Среди других преимуществ конструкции аккумуляторов с адсорбированным электролитом:

• хорошая проводимость сепаратора из стекловолокна;
• низкое внутреннее сопротивление;
• способность отдавать более высокие токи;
• повышенная плотность пакетов не дает осыпаться активной массе;
• устойчивость к глубоким разрядам;
• АКБ работает при любом положении в пространстве;
• увеличенный срок эксплуатации.

Сегодня батареи AGM устанавливают на автомобилях с системами «Старт-стоп», потребляющих большое количество электричества, а также на машинах спецназначения, укомплектованных большим количеством электрооборудования. Большинство экспертов сходятся во мнении, что в ближайшем будущем аккумуляторы этого типа вытеснят АКБ с жидким электролитом на всех автомобилях.

Аккумулятор EFB имеет более массивные свинцовые электроды, каждый из которых помещен в пакет из микроволокна. Такая конструкция обеспечивает плотное прилегание к поверхности пластины, что гарантирует устойчивость к глубоким разрядам.

Среди других преимуществ данной технологии:

• увеличенный ресурс;
• пониженная коррозионная активность электролита;
• используется в 3 раза меньше электролита;
• скорость зарядки увеличена на 45%;
• в зависимости от модели параметры пускового тока выше на 30–50%, чем у обычных АКБ;
• работают в широком температурном диапазоне;
• имеют более низкую стоимость, чем AGM-батареи.

Аккумуляторы EFB изначально разрабатывались для техники с системой «старт-стоп» и могут использовать на современных моделях автомобилей.

Аккумуляторы VRLA не являются таким прорывом в производстве батарей, как AMG или EFB. Это усовершенствованная классика, в которой решена проблема понижения уровня воды в процессе электролиза. За счет установки клапанов обеспечивается герметичность системы, в результате газы, выделяющиеся при образовании электричества, взаимодействуют между собой с образованием воды. Лишь при критическом значении давления газов, которые бывают при высоком напряжении разряда, клапана срабатывают, обеспечивая безопасность системы. Такие АКБ имеют увеличенный эксплуатационный ресурс.

Основные технические параметры

При выборе АКБ необходимо руководствоваться техническими характеристиками оборудования. К числу основных рабочих параметров батареи относятся:

• ёмкость — максимальное количество электричества, которое АКБ отдает при разрядке до предельно допустимого значения. Измеряется в ампер-часах, чем больше это значение, тем дольше будет работать АКБ без дополнительной зарядки. Существует прямая зависимость между емкостью и температурой залитого электролита, режима разряда и силы тока разряда, конструкции электродов и степени изношенности. Для легкового автомобиля с двигателем объемом 1,6 л оптимальным будет аккумулятор 55 А-ч, для кроссовера с двигателем 2 л — 66 А-ч, на среднетоннажные грузовики устанавливают батарею емкостью 90 А-ч;
• ток холодной прокрутки — величина тока, которую способен выдать аккумулятор на стартер в момент запуска. Это ключевой параметр для регионов с большим количеством холодных дней в году. Он зависит от технологий изготовления АКБ, материалов электродов и степени их износа. Наибольшие пусковые токи у аккумуляторов, разработанных для дизельных двигателей. В процессе эксплуатации ток холодной прокрутки уменьшается, так как не является постоянной величиной. Определяется при температуре -18ºС путем разрядки на протяжении 30 секунд пусковыми токами;
• степень заряженности — определить этот параметр можно по плотности электролита, напряжению, которые сопоставляют с паспортными данными АКБ;
• внутренне сопротивление — учитывает сопротивление всех внутренних элементов АКБ, возрастает с уменьшением величины заряда и понижением температуры; электродвижущая сила — напряжение на клеммах АКБ без внешней нагрузки, возрастает с увеличением плотности электролита и температуры. Анализ этой характеристики позволяет определить замыкание пластин;
• полярность АКБ — выпускается два типа батарей, оба имеют увеличенный диаметр положительного вывода;
• технологическое исполнение — в зависимости от конструктивных особенностей выделяют три вида АКБ: обслуживаемые, необслуживаемые, мало обслуживаемые. Наиболее распространенный тип — малообслуживаемые, они нуждаются в периодическом доливании электролита и поддержании его оптимальной плотности. Необслуживаемые аккумуляторы постепенно завоевывают рынок, не нуждаются в доливке электролита, но имеют высокую стоимость. В обслуживаемых аккумуляторах, которые сегодня практически не выпускаются, регулярно меняется электролит и периодически — банки.

Аккумуляторы могут различаться по массе и размерам, срок эксплуатации большинства моделей ограничивается 3-4 годами. При правильном уходе за батареей время ее службы можно продлить до 6-7 лет.

Саморазряд батареи

В процессе простоя аккумулятора происходит постепенное падение емкости, этот процесс получил название саморазряд. В магазинах полностью заряженные АКБ хранятся не более года. Происходит самостоятельная разрядка емкости из-за электрохимических процессов, протекающих на электродах. Основной компонент свинцового сплава, из которого созданы отрицательные электроды, довольно активно взаимодействует с серной кислотой. Происходит выделение водорода, а количество свинца в сплаве постепенно уменьшается.

В работающем аккумуляторе на поверхности образуется токопроводящая пленка из смеси пыли, воды и выделяющегося электролита. Это создает максимально благоприятные условия для саморазряда, поэтому рекомендуется держать АКБ в чистоте.

Падение емкости имеет ряд особенностей, знание которых позволит снизить темпы и величину саморазряда:

• чем чище серная кислота и дистиллированная вода, используемые при приготовлении электролита, тем ниже саморазряд, по этой причине не рекомендуется использовать загрязненную серную кислоту, используемую в промышленности;
• темпы саморазряда падают с понижением температуры, при отрицательных температурах падение емкости практические не идет, поэтому рекомендуется хранить АКБ в соответствующих условиях;
• увеличивает темпы саморазряда глубокий разряд АКБ;
• чем больше срок эксплуатации аккумулятора, тем интенсивнее становится саморазряд и требуется внимание на обслуживание АКБ.

Саморазряд — естественное явление, но темпы его различны. Оптимальным значением является падение емкости на 1% в течение суток.

Маркировка АКБ

Как чтение этикеток помогает энологам подобрать восхитительное вино для своей коллекции, так и маркировка АКБ дает возможность приобрести оптимальный вариант батареи для своего автомобиля. Несмотря на наличие международных стандартов, производители используют свою маркировку, которая отличается на разных континентах. Умение разбираться в маркировке поможет извлечь информацию, на которой продавец не хочет акцентировать внимание и которая может быть актуальной в процессе эксплуатации.

Российские производители

Российские производители АКБ при маркировке своей продукции ориентируются на требования ГОСТа. Маркируется батарея по следующему типу: 12СТ-90АЭЗ — первая цифра обозначает количество банок, при умножении этой цифры на 2 получается номинальное напряжение оборудования. Буквы СТ указывают на то, что речь идет о стартерном аккумуляторе, а последующая за ними цифра обозначает емкость. После этой цифры идут несколько букв, рассказывающие о конструктивных особенностях данной модели и их необходимо знать:

• А — общая крышка;
• З — батарея с залитым электролитом;
• П — полиэтиленовый корпус;
• М — сепаратор из мипласта;
• Э — моноблок их эбонита;
• Т — моноблок из термопластмассы.

Большинство информации, отображенной на ярких этикетках, имеют маркетинговый характер. Они акцентируют внимание на преимуществах аккумуляторов, но не говорят о недостатках. Маркировка поможет понять конструктивные особенности батареи и определить, насколько они подходят для определенных условий эксплуатации.

Европейские производители

Европейские производители пользуются совершенно другой маркировкой. Рассмотрим на примере: 6 80 065 035. Первая цифра — группа емкости для батареи с номинальным напряжением 12В. Их существует три, цифрой 5 обозначаются аккумуляторы с емкостью до 99 А-ч, цифрой 6 — от 100 до 199 А-ч, цифрой 7 — от 200 до 299 А-ч. Точная емкость данной модели — последующие две цифры, следующие за обозначением группы. В данном примере — емкость АКБ 80А-ч. Следующие три цифры индивидуальны для каждого производителя, одни маркируют наличие газоотводного клапана, другие — наличие ручек и особенности конструкции крышки. Важная информация содержится в последних трех цифрах, которые говорят о токе холодной прокрутке. В данном примере — 035 соответствуют 350А.

Азиатские производители

Маркировка корейский и японских АКБ имеет свои отличия. Рассмотрим пример: 55D22R — первая цифра — коэффициент емкости, который выводится азиатскими производителями с учетом пускового тока. Буква после нее рассказывает о конструктивных особенностях, которые различны у тех или иных брендов. Цифра 22 — длина батареи в сантиметрах, очень актуальный технический параметр. За ней идут буквы L или R, подсказывающие с какой стороны находится отрицательная клемма. В данном случае — справа.

Американские производители

Американские аккумуляторы маркируются довольно скромно, на них указывается тип батареи, ее размер и полярность, ток холодной прокрутки. Например, модель А34R550 — автомобильный аккумулятор с обратной полярностью и током прокрутки 550А.

При выборе аккумулятора также рекомендуется обратить внимание на дату выпуска — большинство моделей хранятся не более года. Удивительно, но этот параметр указывается индивидуально у каждого производителя зарубежных АКБ. Некоторые компании пользуются в обозначении месяца буквами латинского алфавита, а не цифрами, например, Rocket. Если владелец автомобиля отдает предпочтение определенному производителю, то заранее необходимо выяснить, как он маркирует дату выпуска батарей.

Правила выбора аккумулятора

Не стоит руководствоваться только советами друзей, купивших АКБ определенной марки, или рекомендациям продавцов. При покупке аккумулятора необходимо следовать определенному алгоритму:

• определяем размеры и полярность;
• подбираем АКБ по емкости и пусковому току;
• отдаем предпочтение модели известного производителя.

Если в автомобиле был установлен аккумулятор AMG, то менять его необходимо только на батарею, произведенной по данной технологии. Владельцы машин с классическими аккумуляторами могут без проблем заменить их на AMG, продлив тем самым срок эксплуатации батареи.

Желательно отдать предпочтение модели с более высоким током, чем требуется для старта автомобиля. Емкость АКБ не должна быть ниже требований, больше — пожалуйста! Выбрав оптимальную модель — проверьте ее нагрузочной вилкой, она должна выдать те параметры, что заявлены производителем. Не забывайте об уходе за аккумулятором, периодически подзаряжайте его с помощью качественного зарядного устройства. Даже в том случае, если совершаются ежедневные поездки и генератор автомобиля находится в исправном состоянии, но АКБ заряжается только на 85-90%. Полностью зарядить батарею можно только с помощью специального устройства. Регулярно должна проводиться очистка клемм для снижения отрицательного воздействия саморазряда. Все это позволит продлить срок эксплуатации аккумулятора на 2-3 года, избавит от неожиданных проблем при наступлении первых заморозков.

Рейтинг аккумуляторов

И напоследок, представляем вам рейтинг лучших аккумуляторов по версии экспертного сообщества журнала «За Рулем».