Виды современных аккумуляторов для автомобилей и перспективы развития
Сегодня существует множество различных аккумуляторов. Они используются в самых разных сферах жизни человека. В качестве примера можно привести аккумуляторы в различной портативной электронике, ИБП и так далее. Но самым распространённым видом аккумуляторов на сегодняшний день являются АКБ для автомобилей. Любой автовладелец знает, что такое автомобильный стартерный аккумулятор. Эти устройства работают под капотом миллионов автомобилей по всему миру. Но не все эти аккумуляторные батареи одинаковы. Сегодня мы поговорим о видах аккумуляторов для автомобиля.
Содержание статьи
Что такое аккумулятор и для чего он нужен в автомобиле?
Аккумулятор представляет собой химический источник тока, который включает в свой состав нескольких элементов питания. Поэтому он также носит название аккумуляторной батареи. Объединение сразу нескольких элементов даёт больший результирующий ток и напряжение. В автомобилях наиболее распространён вид аккумуляторов с 6 элементами (ещё их называют банками), которых выдают напряжение примерно 2.1 вольт. В результате АКБ выдаёт напряжение примерно 12.6 вольт.
Первый аккумулятор этого типа разработал французский учёный Гастон Планте, который жил более 150 лет назад. Аккумуляторы с тех пор усовершенствовались, но конструкция и принцип работы АКБ дошли до нас в неизменном виде. Сегодня можно встретить различные виды аккумуляторов, которые отличаются составом электролита и материалами электродов. Наверняка все слышали о никель─кадмиевых батареях, Ni-MH, Li-ion и ряда других.
Но в качестве стартерных автомобильных аккумуляторов на сегодняшний день применяются лишь свинцово-кислотные. Объясняется это тем, что этот вид аккумуляторов имеет высокую энергетическую ёмкость. Свинцово-кислотные АКБ могут в течение короткого интервала времени выдавать большой электрический ток. Именно это и требуется для стартера, который прокручивает коленчатый вал при запуске двигателя. И замены этих аккумуляторным батареям пока нет, несмотря на то, свинец и серная кислота (в составе электролита) являются вредными и опасными веществами.
Корпус свинцовой аккумуляторной батареи выполняется из пластика, устойчивого к воздействию кислоты. Какая кислота в аккумуляторе автомобиля вы сможете узнать из статьи по ссылке. Для изготовления электродов, как и раньше, применяется свинец. Но со времён Гастона Планте производители научились легировать свинец всевозможными добавками для достижения определённых характеристик аккумулятора. На сегодняшний день существует несколько видов аккумуляторов для автомобиля, которые рассмотрены ниже.
Вернуться к содержанию
Основные виды автомобильных аккумуляторных батарей
Сурьмянистые АКБ
Это устаревший тип автомобильных аккумуляторов, в свинцовых пластинах которых содержится более 5 процентов сурьмы. Модели современных АКБ содержат в составе пластин значительно меньше сурьмы (Sb). Роль сурьмы в аккумуляторных пластина – это увеличение их прочности. Чистый свинец очень мягкий и не в чистом виде не подходит для использования в АКБ. Сурьма вызывает резкую активизацию процесса электролиза, который начинается в батарее при напряжении 12 вольт. При этом выделяются водород с кислородом. Это выглядит как закипание электролита.
В сурьмянистых аккумуляторах присутствует большой расход воды из электролита. В результате понижения уровня электролита оголяются пластины электродов. Чтобы этого не происходило нужно периодически доливать в банки дистиллированную воду. В результате сурьмянистый вид автомобильных аккумуляторов часто называют обслуживаемыми. Хотя современные разновидности автомобильных аккумуляторов также имеют элементы конструкции, необходимые для обслуживания.
Сейчас сурьмянистые батареи уже не используются в качестве стартерных. Их сменили другие, более прогрессивные модификации АКБ. Этот тип аккумуляторов ещё сохранился в разных стационарных источниках тока, где требуется неприхотливость батареи. А современные автомобильные аккумуляторы выпускаются со значительно меньшим содержанием сурьмы.
Вернуться к содержанию
Малосурьмянистые АКБ
Пластины с уменьшенным содержанием сурьмы стали использоваться для того, чтобы снизить интенсивность испарения воды из электролита. К малосурьмянистым видам аккумуляторов относятся те, что имеют в составе пластин менее 5 процентов сурьмы. В результате их применения удалось уйти от проблемы частой доливки дистиллированной воды. Но это не значит, что такие аккумуляторы совсем не нуждаются в обслуживании.
Ещё одним преимуществом этого типа автомобильных аккумуляторов является меньшая степень саморазряда батареи при хранении, чем у старых сурьмянистых моделей. Эти АКБ часто называют необслуживаемыми, но правильнее будет называть их малообслуживаемыми. Ведь заявление о том, что они не нуждаются в обслуживании, это рекламный лозунг. Потери воды из электролита все равно присутствуют. Поэтому проверять уровень и доливать дистиллированную воду все равно нужно.
К преимуществам малосурьмянистых аккумуляторов можно отнести их терпимость к электрическим параметрам бортовой сети автомобиля. Если в сети возникают перепады напряжения, то параметры батареи не сильно страдают от этого. Этого нельзя сказать о более современных видах автомобильных аккумуляторов: кальциевых, AGM, гелевых. Специалисты считают, что малосурьмянистый вид аккумуляторов лучше всего годиться для эксплуатации на легковых автомобилях отечественного производства. Это вызвано тем, что пока ещё не на всех российских авто обеспечивается стабильность напряжения в бортовой сети. При этом этот вид АКБ имеет доступную цену.
Вернуться к содержанию
Кальциевые АКБ
Добавление кальция в свинцовые решётки вместо сурьмы стало решением по уменьшению испарения воды в АКБ. Часто на аккумуляторах этого вида можно встретить маркировку типа Ca/Ca. Такое обозначение говорит о том, что кальций содержится в решётках положительных и отрицательных электродов. Некоторые производители ещё добавляют в небольшом количестве серебро. Это позволяет снизить внутреннее сопротивление батареи, увеличить КПД и ёмкость. Но главной особенностью кальциевых АКБ стало снижение интенсивности электролиза и, соответственно, падение уровня электролита.
Сейчас выпускаются модели кальциевых аккумуляторов, в которых за весь срок эксплуатации испарение воды практически отсутствует. В результате владельцу автомобиля не нужно проверять уровень электролита и его плотность. И в этом случае название необслуживаемые батареи будет справедливо. Помимо незначительного расхода воды, аккумуляторы кальциевого типа имеют низкую степень саморазряда. По сравнению с сурьмянистыми аккумуляторами саморазряд меньше примерно на 70 процентов. В результате батареи вида Ca/Ca могут значительно дольше сохранять свои эксплуатационные характеристики при хранении. По сути, замена сурьмы кальцием увеличило напряжение, необходимое для старта процесса электролиза, с 12 до 16 вольт. Поэтому и перезаряд стал не столь критичен.
Но любое устройство имеет как преимущества, так и недостатки. Кальциевые АКБ гораздо более чувствительны к сильному разряду, чем другие виды аккумуляторов для автомобилей. Хватает 3─4 сильных разрядов и ёмкость аккумулятора необратимо падает. Это означает, что сильно уменьшается количество накапливаемого батареей тока. В этом случае АКБ придётся менять.
Также стоит отметить, что кальциевый вид аккумуляторов чувствителен к стабильности электрических характеристик бортовой сети авто. Они не любят сильные перепады напряжения. Поэтому перед установкой такой батареи удостоверьтесь в исправности генератора, регулятора напряжения и других устройств в сети авто.
Кроме того, цена аккумуляторов кальциевого типа несколько выше, чем малосурьмянистых АКБ. Обычно аккумуляторные батареи Ca/Ca ставят на иномарки со стандартным набором опций. На таких авто стоит качественное электрооборудование и гарантируется стабильность электрических характеристик. При выборе этого вида аккумуляторов, не забывайте, что при их эксплуатации нельзя допускать глубокого разряда батареи.
Вернуться к содержанию
Гибридные АКБ
На корпусе таких аккумуляторов можно встретить обозначение Ca+ или Ca/Sb. Решётки электродов в таких АКБ производятся по различным технологиям. Положительные изготавливаются с добавлением сурьмы, отрицательные по кальциевой технологии. Гибридные автомобильные аккумуляторы являются попыткой объединить плюсы этих типов батарей. В результате и характеристики получились средние.
Расход воды в гибридных АКБ меньше, чем у малосурьмянистых, но больше Ca/Ca. Зато этот вид аккумуляторов более устойчив к глубокому разряду и перепадам напряжения в электрической подсистеме автомобиля. Подробнее о гибридных автомобильных аккумуляторах в отдельной статье.
Вернуться к содержанию
AGM и гелевые батареи
Аккумуляторы, выпускаемые по технологии AMG и GEL (обычно именуемые гелевыми), имеют электролит в связанном виде. Этот вид батарей стал попыткой решить проблему безопасной эксплуатации батарей. Ведь в классических батареях электролит может вытечь при переворачивании или повреждении корпуса. Серная кислота является агрессивным веществом и представляет опасность для организма человека. Поэтому проблему решили за счёт помещения электролита в связанное состояние и снижения его текучести. Кроме повышения безопасности в гелевых аккумуляторах, удалось уменьшить осыпание активной массы пластин.
Отличия между технологиями AMG и GEL заключается в способе связывания электролита. В АКБ вида AGM электролитом пропитывается пористое стекловолокно, которое находится между пластинами. AGM расшифровывается как Absorbent Glass Mat или в переводе на русский «абсорбирующий стекломатериал». По технологии GEL электролит переводят в гелеобразное состояние с помощью добавок соединений кремния. Часто аккумуляторы, выполненные по этим технологиям, обобщенно называют гелевыми. Цены на гелевые аккумуляторы можете посмотреть в обзоре по ссылке.
Поскольку этот тип аккумуляторов не содержит жидкого электролита, они не боятся установки в наклонном положении. Но, несмотря на заявления маркетологов, эксплуатировать эти АКБ в перевёрнутом положении не следует. К преимуществам гелевых аккумуляторов обоих видов следует отнести низкий саморазряд и высокую устойчивость к вибрации. К преимуществам гелевых аккумуляторных батарей следует отнести ещё одно их свойство. Они могут выдавать высокий пусковой ток вне зависимости от заряда батареи и практически до полного разряда АКБ. После глубокого разряда они полностью восстанавливают свою ёмкость и могут выдержать большое количество циклов заряд-разряд (около 200).
А вот к процессу зарядки батареи гелевые АКБ очень чувствительны. Заряд этого вида аккумуляторов проводится меньшими значениями тока, чем в случае с классическими свинцово-кислотными моделями. Они требуют использования зарядного устройства со специальными возможностями.
Продавцы сегодня предлагают универсальные модели зарядных устройств, но относится к их выбору нужно внимательно. Вот статья о требованиях к зарядному устройству для гелевых аккумуляторов. Также советуем прочитать материал о том, как заряжать гелевый аккумулятор. Кроме того, АКБ гелевого типа требовательны к стабильности электрических параметров в бортовой сети авто.
На морозе гелевые аккумуляторы, также как и АКБ с жидким электролитом, могут капризничать. При отрицательных температурах падает проводимость гелеобразного электролита. Срок эксплуатации этого вида батарей в идеале составляет десять лет. Но на практике стоит рассчитывать на 6─7 лет. В некоторых случаях такие АКБ можно восстановить. О том, как восстановить гелевый аккумулятор, читайте в статье по ссылке. В автомобилях они используются меньше, чем остальные виды батарей. Их распространение ограничивает высокая стоимость. Гораздо чаще их можно встретить в ИБП (источники бесперебойного питания), в мотоциклетной технике, водных транспортных средствах. Гелевые батареи в автомобилях можно встретить на дорогих иномарках класса премиум и внедорожниках, где присутствует большое количество потребителей электрического тока. Читайте подробнее о гелевых аккумуляторах.
Вернуться к содержанию
Щелочные АКБ
Этот тип батарей использует в качестве электролита щёлочь, а не кислоту. Щелочных аккумуляторов существует достаточно много, но лишь два типа предназначены для применения в роли стартерных АКБ на авто. Стоит отметить, что щелочные аккумуляторы встречаются в автомобилях очень редко. Гораздо чаще они применяются в складской технике в роли тяговых АКБ.
Ni─Cd аккумуляторы имеют положительные электроды с покрытием NiO(OH) (гидроксооксид Ni или метагидроксид Ni или гидрат окиси Ni III). Минусовые электроды покрытие смесью железа с кадмием.
Положительные электроды в батарее никель-железо аналогично покрыты гидроксооксидом Ni. А вот отрицательный электрод выполнен из железа. В качестве электролита в этих видах АКБ используется едкий калий (КОН). Пластины здесь, как и в свинцово-кислотных батареях, находятся в «конвертах». Но выполнены они из перфорированных металлических пластин. Активная масса запрессована в эти конверты, что значительно повышает устойчивость аккумулятора к вибрации.
Стоит отметить, что в АКБ щелочного типа различается число положительных и отрицательных электродов. В никель─кадмиевом типе на 1 плюсовую пластину больше, чем минусовых. Сами пластины расположены по краям и соединены с корпусом аккумулятора. В типе никель-железо на одну отрицательную пластину больше, чем плюсовых. В батареях щелочного типа требуется значительно меньше электролита, чем в кислотных, поскольку при прохождении реакции он не расходуется.
Преимущества щелочных аккумуляторных батарей перед свинцово-кислотными:
- Легко переносят переразряд. Хранение этого вида батарей осуществляется практически без потери эксплуатационных характеристик;
- Аккумуляторы щелочного типа значительно лучше работают при отрицательных температурах;
- Щелочные имеют саморазряд ниже кислотных АКБ;
- Отсутствуют вредные испарения;
- Накапливать большую ёмкость на единицу своей массы. В результате при эксплуатации в роли тяговых могут отдавать ток большее количество времени.
Недостатки щелочных аккумуляторов:
- Щелочные аккумуляторы имеют меньшее напряжение, чем у свинцово-кислотных. В результате для достижения нужного напряжения требуется объединять большее число банок, а, значит, увеличиваются габариты;
- Цена щелочных батарей значительно выше кислотных.
В данный момент стартерные щелочные батареи выпускаются лишь для некоторых грузовых автомобилей. Основная область применения щелочных батарей – это тяговые аккумуляторы (например, для складской техники). Что касается использования их на легковых авто, то пока это выглядит нецелесообразно.
Вернуться к содержанию
Литий-ионные АКБ
Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы на данный момент являются очень перспективными в плане дополнительных источников электрического тока. В этом случае носителями тока выступают ионы лития. При этом материал электродов очень часто изменяется вместе с совершенствованием этой технологии. На начальном этапе разработок в качестве отрицательного электрода использовался металлический литий. Из-за высокой взрывоопасности его заменили графитом. В роли положительного электрода использовались различные оксиды лития, которые добавляли марганец или кобальт. В современных образцах литий─ионных АКБ их заменяют литий─ферро─фосфатными сплавами, поскольку они меньше стоят, имеют меньшую токсичность и проще перерабатываются.
Главные плюсы литий─ионных АКБ:
- Большая удельная электрическая ёмкость (то есть, ёмкость на единицу массы АКБ);
- Напряжение отдельного элемента больше, чем у стандартных свинцово-кислотных. 4 вольта против 2 вольт у классического элемента.
- Низкий степень саморазряда.
У Li─ion типа есть и недостатки. Причём они достаточно серьёзные и не дают массово использовать такие аккумуляторы в автомобилях.
Минусы литий─ионных аккумуляторов:
- Чувствительны к отрицательным температурам. При снижении температуры падает ток, отдаваемый Li─ion батареей;
- Число циклов заряд-разряд на данный момент небольшое (примерно 500);
- Старение литий─ионных АКБ. То есть, во время хранения снижается их ёмкость. За два года ёмкость уменьшается примерно на 20 процентов;
- Чувствительность к глубокому разряду;
- Мощность Li-ion аккумуляторов недостаточная для применения их в качестве стартерных аккумуляторов.
В основном литий─ионные батареи используются для обеспечения питанием различной мобильной электроники. Если разработчики избавятся от недостатков литий─ионных аккумуляторов, то они могут заменить кислотные батареи.
Вернуться к содержанию
Что в будущем?
Работы по совершенствованию видов аккумуляторных батарей ведутся постоянно. Направления разные: увеличение энергоёмкости, повышение морозоустойчивости, подбор экологичных и безопасных материалов. Все это диктуют требования к аккумуляторным батареям:
- Уменьшение габаритов;
- Использование АКБ в любых климатических зонах;
- Повышение безопасности эксплуатации и упрощение утилизации автомобильных аккумуляторов.
Как считают специалисты, свинцово-кислотные аккумуляторы постепенно будут уходить в прошлое. Современные гелевые аккумуляторы являются промежуточным звеном в эволюции батарей. В будущем автомобильные аккумуляторные батареи не будут иметь жидкости в целях безопасности. Кроме того, они смогут принимать различную форму для удобства установки. Конечно, со временем будут уменьшаться габариты при увеличении электрических характеристик.
Вернуться к содержанию
Опрос
Загрузка ...
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Исправления и дополнения к материалу, а также ваше мнение по видам автомобильных аккумуляторов, оставляйте в комментариях ниже. Голосуйте в опросе и оценивайте статью.
Вернуться к содержанию
(голосов: 52, в среднем: 4,79 из 5)
Загрузка...
Народ, а кто-нибудь видел в магазинах щелочные автомобильные аккумуляторы? Я ни разу. Для легковушек по ходу их вообще нет.
Щелочные АКБ не используются как стартерные. Они не могут отдать большой ток за короткое время. Их используют в качестве силовых или тяговых. В статье это написано.
Очень хороший сайт, спасибо!
А можно добавить описание аккумуляторов EFB технологии?
Спасибо.
Что касается хороших зарядок, которые с нулевым риском перезаряда и раза в 2 быстрей заряжают аккумы в том числе есть функция восстановления АКБ можно рассмотреть вариант NOCO Genius. Американский производитель. В Питере есть их отделение на Манчестерской 2
Прекрасная статья, спасибо большое за труды! Опрос про АКБ лучше перенести в начало статьи — это будет логичнее. После прочтения я не могу уже ответить, что не знаю про АКБ ничего))