Несмотря на всегда почти идентичный внешний вид, внутри аккумуляторные батареи могут сильно различаться. Отличия обусловлены технологиями, применяемыми для их производства, и не всегда вместо АКБ одного типа можно поставить батарею другого вида. Сегодня мы расскажем, чем они отличаются друг от друга и какие у них есть преимущества и недостатки.
Предназначение автомобильного аккумулятора просто и понятно: он необходим для запуска двигателя и поддержания работоспособности электрических и электронных систем в те периоды времени, когда двигатель заглушен. Но поскольку двигатели, равно как и количество бортовых потребителей и режимы функционирования силовой установки на разных моделях автомобилей могут отличаться, конструкции АКБ тоже различаются в зависимости от предъявляемых к ним требований. Эти различия и лежат в основе всех современных классификаций.
Свинцово-кислотные с напряжением 12 вольт
Примерно с 20-х годов прошлого века, когда в автомобилях появились электрические стартеры и возникла необходимость питать их электричеством, в качестве стартерной аккумуляторной батареи используются свинцово-кислотные АКБ. Почему именно свинцово-кислотные? Не будем вдаваться в химию и физику процессов (это избыточно научно), главное знать, что эта комбинация обладает наилучшими свойствами с точки зрения режимов и условий эксплуатации.
Также важно помнить, что АКБ – это не некое единое целое, не монолитная батарейка, а комплекс отдельных последовательно соединенных секций (элементов или ячеек), часто именуемых в около автомобильных кругах «банками». Напряжение каждой полностью заряженной «банки» – 2,1 В. Номинально его принимают равным 2 В. Таким образом, получается, что любая АКБ для легкового автомобиля, примерно с середины прошлого века имеющая напряжения порядка 12 В, состоит из шести секций.
Фото: Maurice de Kay Thompson, wikipedia.org
Опять же вопрос: почему именно 12 В? Потому что для легковых автомобилей, легкого коммерческого транспорта с бензиновыми двигателями, микроавтобусов и прочих сравнимых по мощности и затратам энергии на запуск транспортных средств это оптимальное значение. Использовавшихся прежде 6-вольтовых АКБ из-за активного внедрения более крупных моторов с более высокой степенью сжатия и требовавших для запуска больше электроэнергии перестало хватать, а ставить батареи с большим напряжением… С большим напряжением – 24 В – ставят на тяжелые грузовые автомобили с объемными дизельными двигателями, крупные автобусы и прочую технику, которой однозначно не хватит 12 вольт. Сегодня это по факту стандарт, в упрощенной форме выглядящий так: легковушка, бензин – 12 В, грузовик, дизель – 24 В.
Фото: Solomon203, wikipedia.org
То есть, использование АКБ с тем или иным напряжением определяется исключительно разумностью и целесообразностью, учитывая, что в итоге это напряжение все равно будет кратно двум – номинальному напряжению отдельной секции. И да, если ваша машина представляет собой концертный зал на колесах или выездной кинотеатр, вам может и двух грузовых 24-вольтовых батарей не хватить, чтобы, расположившись на поляне, осуществлять широкоформатное вещание на столпившуюся изумленную аудиторию.
Вот такие типчики
Все современные автомобильные стартерные АКБ можно разделить на два больших типа: с жидким электролитом и с не жидким электролитом. Последние профессионально именуют VRLA – valve regulated lead‐acid (свинцово-кислотная с регулирующим клапаном) или герметичные свинцово-кислотные (sealed lead-acid – SLA). Второе определение не должно вводить в заблуждение, поскольку и подавляющее большинство батарей с жидким электролитом сегодня герметичны. То есть, не нуждаются в обслуживании и даже более того – ни при каких условиях не должны вскрываться.
Многим автолюбителям кажется, что батареи VRLA, к которым относятся AGM-аккумуляторы и гелевые АКБ, – передовое создание недавнего времени. Однако появились они довольно давно. Первая свинцово-кислотная гелевая батарея была изобретена компанией Elektrotechnische Fabrik Sonneberg еще аж в 1934 году. А первой ячейкой AGM стала Cyclon, запатентованная Gates Rubber Corporation (российским автомобилистам более известная по приводным ремням) в 1972 году. В настоящее время ее производит компания EnerSys, владеющая многими известными аккумуляторными брендами.
Разрез автомобильного аккумулятора 1953 года. Фото: National Institute of Standards and Technology, wikipedia.org
Вот такие глубокие исторические корни у современных инноваций. Но давайте не спеша, чтобы ничего не перепутать, разберем по отдельности все варианты.
Классика жанра
Итак, самые распространенные и до сих пор не теряющие своей актуальности стартерные батареи – это классические свинцово-кислотные АКБ с жидким электролитом. Их обычно называют WET (в прямом переводе с английского – «влажный») или SLI (Starting, Lighting, Ignition – стартер, освещение, зажигание) и ставят на подавляющее большинство автомобилей на конвейере. В этих аккумуляторах жидкий электролит (раствор серной кислоты) свободно циркулирует вокруг свинцовых пластин. Выработка электричества происходит за счет химической реакции, в подробности которой мы договорились не углубляться.
Такие аккумуляторы ценятся за низкую первоначальную стоимость, доступность и сравнительно долгий срок службы, составляющий в среднем 3-5 лет. Они хорошо работают в мягком климате и полностью пригодны для вторичной переработки. С другой стороны, они могут требовать регулярного обслуживания (обслуживаемое исполнение с пробками на крышке) – проверки плотности электролита (выполняется посредством ареометра) и долива дистиллированной воды по мере испарения жидкости. Кроме того, во время зарядки они выделяют водород, поэтому необходима хорошая вентиляция.
Фото: Светлана Парфёнова
В необслуживаемой версии эти АКБ не требуют регулярных проверок и доливки. За счет легирования пластин каждой секции кальцием (подробнее об этом чуть позже) с течением времени в процессе эксплуатации они практически не теряют электролит. Причем неразборная герметичная конструкция настрого запрещает их вскрытие с целью доливки дистиллированной воды.
Эти АКБ оптимальны для старых автомобилей или тех, у которых нет современных электронных систем или системы «старт-стоп». Также стоит учитывать, что они довольно чувствительны к экстремальным температурам. Не только в отрицательном, но и в положительном диапазоне.
Резюмируем плюсы и минусы этого типа АКБ.
Плюсы:
- Доступный вариант, который хорошо подходит водителям с ограниченным бюджетом или владельцам старых автомобилей.
- Легко найти и заменить, широко представлены в магазинах автозапчастей и на онлайн-площадках.
- Обеспечивает достаточную мощность для запуска большинства двигателей в автомобилях с невысокими требованиями к электропитанию.
- В герметичном исполнении полностью исключается необходимость регулярного обслуживания.
- Полностью пригодны для вторичной переработки
Минусы:
- В негерметичной версии требуют частого обслуживания, в том числе долива воды и проверки плотности электролита.
- При повреждении существует риск расплескивания раствора серной кислоты.
- Срок службы минимальный, как правило, от 3 до 5 лет при нормальном использовании.
- Не подходят для энергоемких автотранспортных средств, а также автомобилей с системой «старт-стоп».
- Низкая виброустойчивость
- Имеют наименьшую плотность энергии по сравнению с другими типами.
EFB (Enhanced Flooded Battery)
«Усовершенствованные затопленные батареи» (как переводится название Enhanced Flooded Battery) характеризуются большей долговечностью по сравнению с классическими аккумуляторами WET/SLI и при этом имеют умеренную цену. В них пластины толще и как бы запечатаны в полиэфирную пленку. Она помогает стабилизировать активный материал пластин: защищает от сульфатации и как следствие – от осыпания активного материала при частых циклах разрядки-зарядки. Тем самым эта пленка позволяет продлить срок службы аккумулятора.
Фото: kelpfish, depositphotos.com
Собственно, именно поэтому батареи EFB можно рекомендовать к применению в автомобилях с базовыми системами «старт-стоп» и повышенными требованиями к электропитанию – по сравнению с обычными батареями они выдерживают большее количество циклов зарядки и обеспечивают более чем в два раза большую эффективность частичного и глубокого разряда. Кроме того, EFB-аккумуляторы обладают лучшей устойчивостью к вибрации и обеспечивают более глубокое восстановление после разряда. По стоимости и характеристикам они занимают промежуточное положение между стандартными АКБ с жидким электролитом и AGM-аккумуляторами.
Плюсы:
- Обеспечивает более длительный срок службы по сравнению с WET/SLI-аккумуляторами, составляющий от 4 до 6 лет.
- Эффективно поддерживает технологию «старт-стоп».
- Не требует обслуживания, что избавляет от необходимости проверять уровень и плотность электролита.
- Выдерживает вдвое больше циклов зарядки/разрядки, чем стандартные SLI-аккумуляторы.
- Повышенная виброустойчивость.
- Более быстрое принятие заряда – хорошо подходит для частых перезапусков двигателя.
- Выдерживает периодические глубокие разряды.
Минусы:
- Дороже обычных аккумуляторов с жидким электролитом, что может не соответствовать бюджету некоторых автовладельцев.
- Срок службы меньше, чем у AGM-аккумуляторов, которые часто используются в автомобилях с высокими требованиями к питанию.
AGM (Absorbent Glass Mat)
В AGM-аккумуляторах (от Absorbent Glass Mat – абсорбирующий мат из стекловолокна) используется не жидкий электролит а, как ясно из названия, – абсорбированный, то есть удерживаемый (впитанный) стекловолокном, проложенным между пластинами. Такая конструкция обеспечивает стопроцентную герметичность и возможность использовать АКБ в любом положении – хоть вверх ногами. Соответственно, и вибрации ему нипочем. Но главное их преимущество, конечно же, не в возможности показывать эквилибристические трюки за деньги, а в эксплуатационных характеристиках.
Фото: Wavebreakmedia, depositphotos.com
AGM-аккумуляторы быстрее заряжаются, хорошо переносят глубокие разряды, а также имеют более низкий уровень саморазряда. Это делает их отлично подходящими для современных транспортных средств с особо высокими требованиями к электропитанию и оснащенных продвинутыми системами «старт-стоп». В то же время эти свойства избыточны для очень многих автомобилей, в том числе выпускаемых и в наши дни.
Плюсы:
- Не требует обслуживания.
- Выдерживает в несколько раз больше циклов, чем классический аккумулятор с жидким электролитом.
- Полностью защищен от проливания даже в суровых условиях или при авариях/повреждениях.
- Хорошо противостоит вибрациям, что очень полезно для спецтехники и внедорожников, часто передвигающихся по пересеченной местности.
- Обеспечивает высокую производительность в холодную погоду благодаря высокому пусковому току.
- Срок службы аккумулятора составляет от 5 до 7 лет.
- Заряжается быстрее традиционных аккумуляторов, что повышает эффективность рекуперации энергии.
- Обеспечивает достойную работоспособность при экстремальных температурных режимах
Минусы:
- Самый дорогой тип АКБ.
- Требуется совместимая система зарядки, чтобы избежать повреждений или снижения эффективности.
- Чувствительны к перезарядке.
- Намного тяжелее других типов.
Гелевые АКБ
Гелевые аккумуляторы очень похожи на AGM, но вместо стекловолоконного мата в них используется гелеобразный электролит. Такая конструкция обеспечивает еще более высокую устойчивость к вибрации и экстремальным температурам. Однако гелевые аккумуляторы, как правило, имеют меньшую выходную мощность по сравнению с AGM-аккумуляторами и еще более чувствительны к перезарядке.
Плюсы:
- Отличная устойчивость к вибрации и экстремальным температурам.
- Не требует технического обслуживания
- Более длительный срок службы по сравнению с жидкостными свинцово-кислотными батареями, составляющий до 7 лет.
Минусы:
- Более низкая выходная мощность по сравнению с автомобильными AGM-аккумуляторами.
- Чувствителен к перезарядке.
- Дороже, чем традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы с жидким электролитом.
- Заряжаются медленнее.
- Могут не обеспечивать такую же мощность, как AGM-аккумуляторы
Но самый главный минус гелевых АКБ в том, что они с эксплуатационной точки зрения настолько классные, что, представляя собой отличный вариант для автомобилей, эксплуатируемых в сложных условиях, обычному водителю попросту не нужны. Поэтому в качестве стартерных АКБ для автомобиля вы их вряд ли когда-либо встретите. А то, что у нас обычно называется «гелевыми батареями», это по большей части все тот же AGM, который с каждым годом получает все большее и большее распространение благодаря усложнению и наращиванию энергоемкости бортовых систем.
Легирующие добавки
Во многом параллельной (но с частыми пересечениями) жизнью живет классификация по составу легирующих добавок, применяемых для производства положительных и отрицательных пластин, которые указываются в характеристиках АКБ через «/».
Самое классическое решение, используемое с незапамятных времен, – это сурьма: Sb/Sb. Но это технология прошлого, поскольку все «сурьмянистые» АКБ обычно обслуживаемые, ведь они очень сильно подвержены выкипанию электролита и сильному саморазряду, особенно при низких температурах. По сути, из плюсов у этой технологии только низкая цена да, может быть, устойчивость к глубоким разрядам, которыми сегодня, впрочем, никого не испугать. Ну и, конечно же, эти батареи отлично подходят почти совсем себя изжившему классу водителей – «подснежникам». После полугодового простоя и зарядки они будут вполне сносно функционировать.
Легирование кальцием Са/Са – технология, напротив, актуальная. Кальций-кальциевые аккумуляторы не требуют обслуживания и имеют низкий уровень саморазряда, но тут главное – четко следить за напряжением, потому что глубокие разряды им абсолютно противопоказаны. Они стимулируют сульфатацию, приводя к тому, что активный материал осыпается, и АКБ превращается в шлакоблок.
Фото: norgallery, depositphotos.com
Чтобы повысить стойкость таких АКБ к глубоким разрядам, добавляют немного серебра: Ca/Ca + Silver. Помимо этого, как утверждают производители, серебро способствует снижению внутреннего сопротивления и увеличению скорости зарядки. Но, как вы знаете, оно не относится к дешевым металлам, поэтому его появление в составе значительно повышает цену аккумулятора.
Естественно, разработчики не могли обойтись и без попытки как-то совместить технологии, чтобы примерно уравнять преимущества и недостатки. Так появились хмурые гибриды: Sb/Ca. Получилось, честно говоря, не очень убедительно, потому что сделать их необслуживаемыми из-за наличия сурьмы по определению невозможно. А это сейчас одно из главных требований автомобильного сообщества.
***
Мы не просто так для общего развития рассказали о технологиях современных стартерных автомобильных батарей. Очень хочется, чтобы автолюбители сделали правильный вывод: не стоит гнаться за самыми дорогими и навороченными АКБ. И совсем не потому, что их цена высока, а потому, что их возможности очень большому количеству машин попросту ни к чему. К выбору АКБ надо отнестись вдумчиво и взвешенно, отдавая предпочтение наиболее подходящей вашему автомобилю технологии.