Виды, устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора
Электрические аккумуляторные батареи применяются в любом автомобиле и представляют собой автономный источник питания. АКБ накапливает энергию, которая затем питает бортовую сеть, когда это необходимо, и подает ток на стартер для запуска двигателя.
Назначение аккумулятора в автомобиле
Автомобильный аккумулятор принято обозначать аббревиатурой АКБ, что значит аккумуляторная кислотная батарея. Не все батареи относятся к этому типу, но в автомобилях наиболее распространены именно они.
Аккумулятор является важным компонентом в работе любого транспортного средства. Он выполняет следующие основные функции:
Каждый аккумулятор имеет определенную емкость и заряд. При работе двигателя всю нагрузку на электропитание берет на себя генератор. Он же заряжает аккумулятор во время движения. Если мощности не хватает, подключается батарея. Определенное время АКБ может обеспечить автономное питание.
Генератор выходит на оптимальный режим производительности при достижении двигателем частоты вращения коленчатого вала 1600-1800 об/мин и более.
Располагается АКБ, как правило, в подкапотном пространстве автомобиля или закреплен на раме в случае крупного грузового транспорта. Это связано с тем, что кислота, находящаяся внутри, очень агрессивна и опасна для здоровья. Она может просочиться через корпус или выделиться в виде газа. С аккумулятором следует обращаться осторожно.
Более безопасны необслуживаемые АКБ, внутри которых нет жидкого электролита. Такие батареи практически не выделяют вредных паров и их можно использовать где угодно. Среди альтернативных мест размещения аккумулятора можно выделить багажное отделение и под сиденьем водителя.
Параметры АКБ
Обычная автомобильная батарея выдает напряжение в 12В. Этого хватает для питания бортовой сети. Для большегрузных автомобилей используются батареи с напряжением в 24В. По сути, это две обычные батареи, которые последовательно соединены. Емкость АКБ измеряется в Ампер-часах (А*ч). Для легкового транспорта емкость батареи находится в пределах 40-130 А*ч. Емкость показывает, какое время аккумулятор сможет давать энергию при нагрузке. Но эти величины измеряются при определенной нагрузке и при определенной температуре – 20°C. При других условиях параметры могут меняться.
Также важным показателем является ток холодной прокрутки или пусковой ток. Разные модели способны выдавать от 250А до 1300А. Ток холодной прокрутки – это то напряжение, которое способен отдать АКБ в течение 30 секунд при температуре 18°C. В иных условиях данный параметр может поменяться, например, зимой.
Устройство аккумулятора
На самом деле, стандартный аккумулятор – это шесть маленьких аккумуляторов, заключенных в один корпус. Шесть отсеков объединены в едином корпусе. Часто их называют банками. Каждая банка дает напряжение в 2,1В – 2,2В. Шесть банок соединены последовательно толстыми свинцовыми перемычками, что в итоге дает напряжение в 12,6В – 13,2В.
Автомобильный аккумулятор состоит из следующих основных элементов:
Корпус и крышка
Корпус и крышка выполнены из пластика, который нейтрален к кислоте. В каждой банке находятся свинцовые пластины – электроды.
Пластины
Отрицательная пластина из губчатого свинца (Pb) называется катод, положительная пластина пористая с диоксидом свинца (PbO2) – анод. Чтобы батарея разряжалась не так быстро, используется не чистый свинец, а с применением разных присадок. Ранее добавляли 5% сурьмы, но процесс сульфатации все равно проходил быстро. В современных жидкостных аккумуляторах добавлен кальций. Он значительно снижает процесс сульфатации и повышает емкость АКБ до 70%. Если говорить про гелевые или AGM аккумуляторы, то в них применяется только чистый свинец. Это позволяет повысить мощность и отдаваемый пусковой ток до 1000-1300А.
Электролит
В каждой банке залит электролит. Это смесь серной кислоты и дистиллированной воды, в соотношении 35:65. Плотность электролита находится в пределах 1,23-1,31 г/см3. Чем она выше, тем батарея более устойчива к морозам.
Сепаратор
В простых жидкостных аккумуляторах между пластинами находится сепаратор. От слова “separate” – разделять. Обычно сепараторы изготавливаются из нейтрального пластика. Эти пластины разделяют положительные и отрицательные электроды от замыкания. Материалом для сепараторов служит ревертекс или эбонит. Также эти элементы иногда называют диэлектрической прослойкой.
В более современных необслуживаемых аккумуляторах в качестве сепараторов применяется микроволокно. Этот высокотехнологичный материал удерживает электролит внутри и не дает ему вытекать и испаряться. Пластины завернуты в микроволокно как в конверте и плотно прижаты друг к другу.
Клеммы и пробки
Клеммы аккумулятора также изготавливаются из свинца. К ним присоединяются контакты. На обслуживаемых аккумуляторах на корпусе располагаются заливные пробки. Их количество равно количеству банок. Они служат для заливки дистиллированной воды в случае необходимости.
Принцип работы
Между пластинами и электролитом непрерывно происходит электрохимическая реакция. При разряде химическая энергия преобразовывается в электрическую, а при заряде, наоборот, – электрическая в химическую. Когда аккумулятор подключен к потребителям энергии, то происходит его разрядка.
Происходит следующий процесс. На катоде идет восстановление диоксида свинца. Свинец на аноде окисляется. Серная кислота вступает в реакцию с металлами на обеих пластинах. При этой реакции образуется сульфат свинца. Процесс называется сульфатацией. Из серной кислоты выделяется водород, который затем вступает в реакцию с кислородом из положительно заряженной пластины. Образуется вода, а серная кислота расходуется. Плотность электролита понижается. Процесс реакции показан на картинке.
При зарядке весь процесс происходит в обратном порядке. Серная кислота восстанавливается. Вновь образуется диоксид свинца и серная кислота. При полной зарядке плотность электролита должна быть в пределах 1,29 гр/см3. Это значение показывает уровень содержания серной кислоты на один кубический сантиметр электролита.
Таким образом, работа батареи основана на циклах заряд-разряд. Если допустить глубокий разряд, процесс может быть необратимым. Останется только вода и сульфат свинца. Поэтому нужно всегда следить за уровнем заряда.
Зарядка, хранение и зависимость от температуры
Разная температура также влияет на работу АКБ. При высокой температуре показатели мощности и токоотдачи высокие, но батарея быстрее разряжается и повышается расход воды. Электролит по своему составу не замерзает при минусовой температуре, но на сильном морозе он все же может это сделать. В мороз химические процессы замедляются, пусковой ток снижается, падает емкость батареи. Вот почему у водителей часто возникают проблемы с запуском двигателя зимой.
Разновидности аккумуляторов
Современные аккумуляторные батареи можно условно разделить на обслуживаемые и необслуживаемые.
Можно выделить следующие основные виды:
Аккумуляторы с жидким электролитом относятся к обслуживаемому типу. Это значит, что время от времени нужно следить за уровнем электролита, его плотностью и емкостью батареи. Их срок службы в среднем составляем 3-5 лет. Они доступны по цене и хорошо справляются со своей задачей в автомобиле. Поэтому остаются самыми распространёнными.
Батареи по технологии EFB появились сравнительно недавно. В них также находится жидкий электролит, но пластины завернуты в микроволокно. Материал впитывает электролит, что увеличивает площадь контакта с пластинами. Это также повышает емкость и мощность и позволяет снизить объем электролита по сравнению с обычными АКБ, делая такие батареи практически необслуживаемыми. Срок службы 4-5 лет. Стоимость приемлемая.
Аккумуляторы AGM относятся к классу необслуживаемых батарей. Это значит, что у них полностью герметичный корпус. На корпусе имеются газоотводные клапаны. Между пластинами находится стекловолокно, в порах которого электролит. Это позволяет значительно замедлить процесс сульфатации. Такие батареи не боятся полного разряда. Срок службы до 10 лет. Но есть минусы: высокая стоимость и обслуживание.
Гелевые
Это также необслуживаемые батареи. В электролит добавлены вещества, которые сгущают его и доводят до твердого состояния. Сам электролит выступает в роли сепаратора между пластинами. Срок службы до 10 лет, но требуется специальный уход, как и в случае с AGM. Не боятся глубокого разряда, но чувствительны к перезаряду и замыканию. Стоят в 3-4 раза дороже обычных.
Аккумуляторная батарея – это то устройство, которое требует от водителя внимания. Чтобы батарея прослужила долго, нужно знать ее устройство и принцип работы. При правильном уходе и условиях содержания АКБ проработает долгие годы.
Типы аккумуляторов для автомобилей. Их отличия и особенности
В наше время существует множество различных гаджетов, электроприборов и прочих устройств, без которых наша жизнь была бы сложнее. Ежедневно мы используем множество портативных устройств. Как известно, не все устройства работают от сети, многим для удобства работы и мобильности необходимы элементы питания. И раз уж портативных устройств существует такое множество, логично предположить, что и элементы питания обладают не меньшим разнообразием. Самый распространенный вид батарей — это автомобильные батареи. Все автовладельцы знают, насколько важна корректная работа автомобильного аккумулятора. Из-за высокой потребности в таких АКБ, прогресс не стоит на месте и появляется все больше типов аккумуляторов для автомобилей. Сегодня мы постараемся разобраться какие виды аккумуляторов бывают, в чем их отличия и особенности. Какой АКБ для каких случаях подойдет лучше всего. А также, как узнать тип аккумулятора вашего автомобиля среди такого большого количества разновидностей.
Что такое АКБ в автомобиле?
АКБ — технически сложное устройство, в котором происходят химические процессы. В аккумуляторе находится сразу несколько источников питания, объединяя которые он может выдавать достаточно сильный ток, который может запустить двигатель автомобиля. Самый популярный тип АКБ совмещает в себе шесть элементов, которые принято называть банками. Именно это позволяет выдавать напряжение, которое в сумме примерно составляет чуть больше двенадцати вольт.
Впервые аккумулятор был разработан и использован во Франции около 150 лет назад. В течении этих 150 лет произошло множество модернизаций, появилось много разновидностей АКБ, но общая суть работы осталась той же. Все виды АКБ являются свинцово-кислотными. На сегодняшний день только такая технология может выдавать требуемый ток для запуска двигателя и быть достаточно удобной в использовании. К сожалению, на сегодняшний лучшего варианта не существует, хотя данный вид АКБ является достаточно опасным из-за своего состава.
Какие бывают аккумуляторы для автомобиля?
Старый вид АКБ. Отличается большим содержанием сурьмы в составе (более пяти процентов). В современных видах этот показатель значительно меньше. Сурьма используется для увеличения прочности пластин, так как свинец в чистом виде — достаточно слабый материал. В ходе химических реакций, данный вид расположен к большим потерям электролита, что приводит к открытию пластин. Поэтому такой вид АКБ требует постоянного контроля и обслуживания (добавления дистиллированной воды. В некоторых сферах такие АКБ еще встречаются, но для запуска двигателей их уже не используют, в виду появления более совершенных технологий.
Для снижения потерь электролита и большей надежности входе эксплуатации был разработан данный вид АКБ. Здесь содержание сурьмы в составе пластин менее пяти процентов. Но полностью проблему потери электролита это не решило. Пусть рекламодатели заявляют, что данные батареи не требуют обслуживания, правильнее сказать, что они просто требуют не такого интенсивного и регулярного добавления воды в электролит. Зато они обладают гораздо меньшей предрасположенностью к саморазряду АКБ пока он не используется. Данный вид акб подойдет для автомобилей, которым свойственны перепады напряжения (отечественные и старые авто), так как он является устойчивым к перепадам. Показывает себя в этом плане даже лучше более современных типов АКБ.
Маркируются CA/CA, что говорит о том, что в составе и положительных и отрицательных решеток присутствует кальций. Это сделано для того, чтобы еще больше сократить потери жидкости, так как при таком составе значительно снижается уровень электролиза. Некоторые производители для увеличения емкости добавляют в состав серебро в малом количестве. В отличие от предыдущих видов АКБ, этот можно реально называть не обслуживаемым, так как потери жидкости сведены практически к нулю, также такой тип очень низкую расположенность к саморазряду. Но есть и минусы, если допустить несколько сильных разрядов такого АКБ — может произойти неустранимая потеря емкости и АКб придется утилизировать и заменить. Такой вид АКБ является очень чувствительным к перепадам напряжениям, поэтому подойдет только для авто, где таких перепадов произойти практически не может. Естественно с приходом более сложных технологий приходят и затраты на производство, поэтому стоимость кальциевого АКБ выше, чем малосурьмянистого.
Гибридные аккумуляторы.
Из названия понятно, что здесь происходит некое объединение технологий. Решетки такого АКБ будут выполнены из разных материалов, а именно: в состав плюсовых входит сурьма, а в состав отрицательных — кальций. Расход воды получился средним между типами совмещенных технологий, но зато получилось такой аккумулятор более устойчив к перепадам напряжения и сильным разрядам.
Гелевые и AGM аккумуляторы
Жидкостные АКБ являются достаточно опасными для человека, так как при вытекании электролит выдает ядовитые испарения. Именно технологии гелевых и AGM АКБ решают данную проблему. Здесь жидкость заменена вязким вариантом. Эта технология также препятствует активному разрушению пластин. В случае с AGM-технологией это достигается благодаря добавления в состав пористого стекловолокна, которое пропитывается электролитом. В гелевых АКБ вязкость создается путем добавления добавок кремниевых соединений. Как в таком случае определить конкретный тип аккумулятора? Очень просто, они обладают соответствующими маркировками GEL либо AGM. Эти батареи хорошо переносят глубокие разряды и могут даже без полного заряда выдавать достаточное напряжение. Хорошо ведут себя при вибрациях и могут работать в любом положении корпуса. Хорошо справляются на современных авто, с большим количеством электроники. На морозе такие АКБ тоже могут вести себя не совсем корректно. А вот к процессу зарядки тут особое отношение. Для таких АКБ существует специальная технология заряда, соблюдение которой максимально важно, также потребуется специальное зарядное устройство для такого типа АКБ.
Как говорит нам название, в этих АКБ в качестве электролита используют не кислоту, а щелочь. Существует очень много подвидов таких АКБ, но чаще они используются в других сферах, чем в автомобиле. К основным преимуществам можно отнести: не боятся перезарядов, хорошо показывают себя в холодное время года, лучше держат заряд. Ну и, конечно же, минусы: так как для достижения необходимых показателей такой технологией потребуется объединить гораздо больше элементов питания — значительно превосходят другие виды по габаритам, высокая цена. На легковых авто использование таких акб — просто не имеет смысла, очень редко используют в грузовиках. Чаще такие АКБ можно встретить как тяговые АКБ в каких-либо помещениях.
При ответе на вопрос: какие бывают авто аккумуляторы? Нельзя обойти такой современный и перспективный тип АКБ как Li-Ion. В таких батареях применяются ионы лития. Материалы электродов постоянно совершенствуются, так как технология активно развивается. Основные плюсы данной технологии: хорошая емкость в небольших габаритах, устойчив к саморазрядам. Недостатки: достаточно чувствительны к температурным перепадам, ограниченное (и малое) число полных циклов заряд-разряд (около пятисот), со временем теряют значительную часть емкости, слабая мощность для запуска двигателей. На данный момент они лучше подходят для различной электроники, для автомобиля такая технология не подходит, но с развитием технологии, они вполне могут составить конкуренцию другим вариантам АКБ.
Чего стоит ожидать в дальнейшем?
В наше время все технологии развиваются с высочайшей скоростью, развитие строение аккумуляторов здесь не исключение. Глядя на то, какие бывают аккумуляторы на сегодняшний день, сложно сказать, какими они будут через десятки лет. Однако уже понятно, что в первую очередь модернизаций стоит ожидать по следующим направлениям:
Повышения уровня безопасности. Сейчас весь Мир обеспокоен проблемой безопасности и для человека, и для экологии;
Устойчивость к температурным изменениям. Всем бы хотелось, чтобы батарея исправно работала при любых температурах и прочих условиях;
Создание мощных АКБ в компактных корпусах
Надеемся, что мы достаточно подробно рассказали о том, какие АКБ бывают на данный момент и даже попытались заглянуть в будущее. Очевидно, что время свинцово-кислотных АКБ на исходе, но время литий-ионных еще не пришло. Оптимальным решением сейчас придется гелевый аккумулятор в большинстве случаев. Но этот выбор сугубо индивидуальный и зависит от многих факторов: цели, ожидания, бюджет, количество электроники в Вашем автомобиле. Единственное, что можно сказать точно — это то, что к выбору аккумуляторной батареи стоит подходить с особым вниманием, ведь без запуска двигателя не пройдет ни одна поездка. поэтому правильный выбор АКБ — это залог успешной эксплуатации автомобиля на протяжении нескольких ближайших лет.
Спасибо за внимание! Всем удачи на дороге!
На сайте BlackTyres не так давно появился отдельный раздел с аккумуляторами. Заходите и выбирайте себе новые, качественные устройства по лучшим ценам.
Ставь 👍, если понравилась статья и подписывайся ✅ на канал, чтобы не пропустить новые публикации. Дальше будет еще интереснее и полезнее. Удачи на дорогах!
Батарейки и аккумуляторы: типы, формы и размеры
О портативных элементах питания зачастую вспоминают, когда энергозависимая техника перестает работать из-за севших батареек или перезаряжаемых аккумуляторов. Какими они бывают, чем отличаются между собой по форме, химическому составу и параметрам напряжения — давайте разбираться.
Портативные элементы питания делятся на два крупных лагеря: одноразовые обычные батарейки и перезаряжаемые аккумуляторы многоразового действия с обратимыми химическими процессами.
Разделение по химическому составу
С химической точки зрения батарейки разделяются на отдельные виды в зависимости от того, какой тип электролита и металлов в них используется. Так, существуют следующие классы элементов питания:
1. Солевые
Солевые батарейки являются старейшинами из кавалерии портативных элементов питания однозарядного типа. Свое название они получили из-за применения хлорида аммония в качестве электролита. По своей сути это соединение является солью.
 |
| Дешевые солевые батарейки предназначаются для устройств с малым уровнем энергопотребления. |
С практической точки зрения преимуществом солевых батареек выступает дешевизна. В то же время для них характерны невысокая емкость и неравномерность разряда, из-за чего использовать подобные элементы питания имеет смысл в устройствах с малым уровнем энергопотребления: настенных часах, пультах ДУ и т.п. В международной маркировке обозначаются буквой латинского алфавита R.
2.Алкалиновые (щелочные)
«Ответочка» одноразовым солевым батарейкам с прицелом на более энергозатратные устройства. В щелочных элементах питания используется электролит из гидроксида калия, являющийся щелочью. Батарейки этого типа обходятся заметно дороже солевых, однако и емкость у них выше в разы.
 |
| В алкалиновых батарейках используется электролит из щелочи, поэтому их и называют щелочными. |
Одноразовые алкалиновые батарейки примечательны неплохой равномерностью напряжения по мере разряда и высокими токами разрядки. Они подходят для применения на борту вспышек, фотоаппаратов, ручных прожекторов. В международной системе щелочные элементы питания обозначают символами LR.
3. Никель-кадмиевые (Ni-Cd)
Никель-кадмиевые аккумуляторы дешевы в производстве, весьма надежны и долговечны. Однако они «помнят» остаточный уровень заряда, т.е. обладают «эффектом памяти». Говоря проще, разряд таких батарей возможен только до той черты, с которой аккумулятор начали заряжать.
В портативных элементах питания технология Ni-Cd встречается редко. Одним из камней преткновения на пути к ее использованию является токсичный характер кадмия — при нарушении герметичности корпуса никель-кадмиевые аккумуляторы выделяют «ядовитые» вещества, поэтому они экологически не безопасны.
4. Никель-металл-гидридные (Ni-Mh)
Дальнейшее развитие никель-кадмиевой технологии производства перезаряжаемых аккумуляторов с использованием нетоксичного наполнения. Никель-металл-гидридные батарейки выпускаются в «пальчиковом» и «мизинчиковом» форм-факторах, практически не подвержены «эффекту памяти», характеризуются высокой стабильностью рабочего напряжения по мере разряда.
Портативные элементы питания с маркировкой Ni-Mh могут похвастаться высокой удельной энергоемкостью и длительным эксплуатационным ресурсом. А вот в плане темпа саморазряда они немного уступают никель-кадмиевым коллегам по цеху.
5. Литий-ионные (Li-Ion)
Литий-ионные аккумуляторы почти не подвержены эффекту памяти, имеют высокую энергетическую плотность, могут заряжаться с любого уровня разряда. Технологию применяют на борту специализированных портативных аккумуляторов с числовыми индексами (об этом ниже).
Проигрывают батареи Li-Ion разве что в плане недешевой стоимости, сравнительно невысоких токов разряда и в вопросах чувствительности к соблюдению правил эксплуатации.
 |
| Самые распространенные форм-факторы портативных элементов питания. |
Среди батареек-таблеток часто встречаются литиевые и оксид-серебряные элементы. О градации таких элементов питания поведано в материале «Муки выбора: типы батареек для наручных часов».
Подробнее о разбивке аккумуляторов по химическому составу мы уже рассказывали в статье «Живительная сила напряжения и тока: основные типы аккумуляторных батарей».
Отличия между батарейками и аккумуляторами
И у однозарядных батареек, и у перезаряжаемых аккумуляторов есть свои плюсы и минусы. В частности, обыкновенные батарейки недорого стоят, выдают более высокое рабочее напряжение (стабильные 1.5 В в случае с элементами питания АА), не требуют зарядки перед использованием.
Аккумуляторы могут использовать многократно, что является их основным преимуществом перед однозарядными батарейками. Также они имеют лучшее соотношение стоимости к количеству часов работы и подлежат применению в устройствах с подзарядкой (тех же садовых светильниках с солнечной батареей).
Для условного пульта ДУ к телевизору нет смысла приобретать перезаряжаемые элементы питания. Сюда отлично подойдут традиционные батарейки. Аккумуляторы будут полезны для брелоков автосигнализаций, фотовспышек и прочих энергозатратных устройств, на постоянном приобретении батареек для которых можно разориться.
Типоразмеры большинства батареек и аккумуляторов тесно переплетены между собой, однако без отличий в между ними не обошлось. Поэтому давайте рассматривать размерные сетки портативных элементов питания по отдельности.
Типоразмеры батареек
В полку однозарядных батареек прослеживается явная доминация «пальчиковых» и «мизинчиковых» элементов питания. Они маркируются лычками АА и ААА соответственно. Чуть реже встречаются «бочонки» типов C и D, а также небезызвестные Кроны.
Для лучшей наглядности отличия между форм-факторами однозарядных батареек приведены в таблице:
 |
Типоразмеры аккумуляторов
Аккумуляторы многократного применения во многом пересекаются с однозарядными батарейками по типам. Однако их технические характеристики, в частности, напряжение питания, разнятся. Наглядную картину по отличиям типоразмеров многозарядных элементов питания можно увидеть в таблице:
 |
Утилизация отработанных элементов питания
В отработанных элементах питания содержится много опасных химических элементов, которые могут навредить здоровью человека и окружающей среде. На свалке одна батарейка разлагается в течении ста лет, загрязняя свыше 20 м² земли и несколько сотен литров грунтовых вод. А попадая в человеческий организм вместе с едой или водой, токсины способны вызвать ряд серьезных заболеваний — от нервных расстройств до онкологических болезней.
 |
| Утилизируйте отработанные элементы питания правильно! |
«Отпахавшие» свое аккумуляторы и батарейки подлежат переработке и вторичному использованию. Поэтому их крайне важно не выбрасывать в мусорное ведро вместе с другими отходами жизнедеятельности, а складировать в специализированные контейнеры или сдавать в пункты приема. Таковые размещают на входах в большие супермаркеты, в некоторых органах ЖКХ и администрациях городских поселений.
Чтобы аккумулятор хорошо держал заряд и прослужил достаточно долго, лучше отдавать предпочтение оригинальным решениям от проверенных производителей. Также немаловажны условия и сроки хранения батареек. И главное, отдавайте использованные элементы питания на переработку — таким образом вы внесете свой вклад в защиту природы.
