Какими бывают аккумуляторы для автомобиля, их преимущества и недостатки

Одним из самых главных электрических узлов в устройстве автомобиля выступает аккумуляторная батарея. Вместе с генератором это основной источник тока, без которого невозможно ни запустить двигатель, ни обеспечить питание бортовым приборам.

Что такое аккумулятор и для чего он нужен в автомобиле

Без аккумулятора многие процессы выполнить будет сложно или вообще невозможно. Он существенно облегчает жизнь водителю современного транспортного средства. Совместно с генератором АКБ обеспечивает подачу большого тока, а также делает работу электрической сети более сглаженной. Основные функции, которые призвана выполнять батарея в автомобиле, следующие:

• запуск двигателя путём подачи питания стартеру;
• электропитание приборам и аппаратуре при выключенном моторе;
• обеспечение дополнительного питания при работающем генераторе.

За аккумулятором необходим определённый уход, чтобы он мог прослужить максимально долго. Нередко они выходят из строя преждевременно из-за частого и глубокого разряда. По этой причине их требуется периодически заряжать максимально, используя для этого зарядное устройство. Основу батареи составляет корпус, внутрь которого помещены отрицательные и положительные электроды. В целях изоляции они разъединены специальным сепаратором.

Большинство современных АКБ производится из сплава на основе соединения свинца и кальция. Благодаря низкому показателю саморазряда и небольшому расходу воды они не требуют обслуживания и являются не разборными. Для того чтобы увеличить их сопротивление коррозионным процессам, в сплав могут добавляться олово либо серебро.

Каждый из электродов покрыт активной массой, только у положительных она состоит из диоксида свинца, а у отрицательных — на основе губчатого свинца. Все они находятся в электролите, которым является раствор серной кислоты. Чем больший заряд имеет АКБ, тем выше будет и плотность электролита. Последний может быть полностью жидким или находиться в качестве пропитки в специальном материале.

Для подключения аккумулятора к бортовой сети применяются свинцовые токовыводы. Поскольку подключение может быть различным, то различают прямую и обратную полярность. В первом случае слева находится положительный вывод, а справа — отрицательный. Для удобства эксплуатации многие модели АКБ оснащаются индикатором, который ещё называют «глазком». С его помощью можно определить степень заряда и плотность электролита в определённый момент времени.

Во время заряда электрическая энергия начинает превращаться в химическую. В процессе эксплуатации батареи (преимущественно во время запуска) химическая энергия трансформируется в электрическую и обеспечивает автомобиль питанием. Одновременно происходит разряд устройства с выделением сульфата свинца и воды, что приводит к уменьшению такого показателя, как плотность электролита.

В то время, как двигатель машины работает, на генератор возлагается задача обеспечения питанием всех приборов в сети, и ещё зарядить саму батарею, восполняя её ёмкость. Происходит восстановление плотности электролита. При слишком большом разряде аккумулятор не в состоянии выдать пусковой ток нужной силы. В таком случае его заряжают от сети 220 В при помощи зарядного устройства. Даже когда он не работает, процессы саморазряда не останавливаются, но они зависят также от окружающей температуры воздуха. Средний срок эксплуатации большинства кислотных батарей составляет 4-5 лет, но иногда и больше.

Основные виды автомобильных аккумуляторных батарей

На сегодняшний день существует большое количество разновидностей аккумуляторов для автомобилей. Несмотря на то, что во всех из них используются свинцовые пластины, другие химические добавки могут быть разными. В этом и есть основное различие между разными типами автомобильных батарей:

1. Сурьмянистые АКБ. Одни из самых распространённых классических батарей. Содержание сурьмы в таких устройствах ранее превышало 5% состава. Добавление этого металла было обусловлено природной мягкостью и пластичностью свинца. Именно сурьма позволила его сделать более прочным. Однако присутствие этого металла ускоряет процесс электролиза, вследствие чего объём жидкости в банках постоянно сокращается. Для того чтобы возобновлять утраченный объём, часто приходится доливать дистиллированную воду. Несмотря на такие характеристики, сурьмянистые устройства довольно широко представлены, хотя и относятся к батареям обслуживаемого типа. Главным их достоинством считается неприхотливость и простота в обслуживании.

   

2. Малосурьмянистые АКБ. Главное отличие от приведённого выше типа заключается в низком содержании сурьмы. Благодаря этому потери воды становятся незначительными, снижаются процессы электролиза в банках. У водителя отпадает необходимость столь часто прибегать к их обслуживанию. При сравнительно небольшой стоимости они отличаются малым саморазрядом и не боятся перепадов в бортовой электрической сети автомобиля.

   

3. Кальциевые АКБ. Способность сурьмы усиливать процессы электролиза, приводящие к потере дистиллированной воды, вынудила производителей искать другую основу для батарей. Так в решётках электродов стали использовать кальций. Именно этот элемент успешно смог бороться с потерей воды в банках. Из кальция стали изготавливать как положительные, так и отрицательные пластины. Благодаря незначительным потерям дистиллята практически отпала потребность в обслуживании, поэтому эти устройства принято называть необслуживаемыми. Кроме того, по сравнению с сурьмянистыми у кальциевых значительно меньше вероятность саморазряда. Даже при долгом хранении они хорошо сохраняют свои качества. Главным недостатком таких АКБ является их плохая переносимость глубоких разрядов. Если несколько раз сильно разрядить батарею, то свои прежние качества она восстановить уже не сможет.

   

4. AGM и гелевые батареи. Основным отличием гелевых устройств является форма, в которой пребывает электролит. Вместо жидкой консистенции он находится в желеобразном. Благодаря этому с батареей стало безопаснее работать, поскольку снизилась текучесть материала. Желеобразная форма предотвращает пластины от осыпания содержащейся на них активной массы. Из-за этого они не теряют свою прочность, и это избавило производителей от необходимости использования дополнительных присадок. Батареи этого типа получают всё большее распространение, ведь они отличаются невысоким саморазрядом и длительными сроками хранения. Даже после множества циклов заряда и разряда они практически не теряют своих эксплуатационных характеристик. Есть у них и свои недостатки. Прежде всего, они чувствительны к короткому замыканию. Также они не переносят высокого напряжения — если его значение будет выше 14 В, то электролит начинает таять, и дальнейшее его использование станет невозможным. Разновидностью гелевых считаются AGM-батареи. Основное отличие состоит в добавлении между пластинами пористого материала, с которым меньше осыпается активная масса и лучше удерживается гель. Они не являются настолько чувствительными, но и не настолько долговечны, как гелевые, которые могут прослужить до 10-12 лет.

   

5. Гибридные АКБ. Характеризуются применением внутри корпуса пластин, изготовленных из разных материалов: положительных — малосурьмянистых, а отрицательных — из кальция. Вследствие этого процессы электролиза существенно замедляются, аккумуляторы не так чувствительны к глубоким зарядам и разрядам, как кальциевые. Гибридные устройства являются одними из самых оптимальных по соотношению стоимости и качества.

   

6. Щелочные АКБ. Немногие в курсе, что базовым раствором в батарее может выступать не только раствор кислоты, но и щёлочь. Тем не менее щелочные устройства не получили столь широкого распространения. В состав пластин могут входить различные металлы, в том числе, никель. Зато такие изделия устойчивы к вибрации и нагрузкам, а количество отрицательных и положительных пластин у них не совпадает. Щелочные аккумуляторы мало применяются в автомобиле строении, но их можно встретить чаще в космической или авиационной технике. У них есть одно неоспоримое преимущество — они хорошо переносят даже длительные и глубокие разряды. Однако они выше по стоимости по сравнению с кислотными аналогами.

   

7. Литий-ионные АКБ. Больше всего используются в бытовой технике, в том числе в смартфонах и других «умных» гаджетах. В перспективе возможно их усовершенствование для применения в качестве источника электричества в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания. В составе таких устройств присутствуют электроды, отделённые друг от друга при помощи пористых сепараторов. Их отличает повышенная чувствительность к перепадам тока и температуры, поэтому в конструкции предусмотрен клапан, сбрасывающий повышенное давление. Основными носителями электрического тока являются ионы лития, заряженные положительно. Они не нуждаются в периодическом обслуживании и наиболее широко представлены сегодня в сегменте электромобилей. Каждый год они утрачивают до 10% своей прежней ёмкости и не переносят глубоких разрядов при эксплуатации. Если когда-то удастся избавиться от этих важных недостатков, то литий-ионные батареи однозначно вытеснят небезопасные свинцово-кислотные.

   

8. Прочие АКБ. Среди них можно выделить группу EFB аккумуляторов, которые выступают промежуточной стадией между традиционными кислотными и тем, что произведены по AGM технологии. Специальные маты из стекловолокна пропитываются электролитом, что исключает его вытекание из корпуса устройства. Технология была разработана для применения в машинах, оснащённых системой «старт-стоп». Такие АКБ отлично выдерживают частые остановки и частые запуски. Конструктивно они заряжаются гораздо быстрее, поэтому генератор легко компенсирует затраченную энергию во время коротких поездок. Они безопасны по сравнению с кислотными и не требуют обслуживания.

   

Что в будущем

Эксперты прогнозируют в дальнейшем появление новых типов источников пускового тока и постепенный уход от аккумуляторов на основе серной кислоты. Производители ежегодно выпускают на рынок новинки, и каждые несколько лет разрабатываются всё новые и новые технологии для обеспечения запуска двигателей внутреннего сгорания в автомобилях. Основные работы с целью совершенствования автомобильных аккумуляторов ведутся сразу в нескольких направлениях:

• дальнейшее повышение ёмкости;
• уменьшение габаритов и массы устройств;
• удешевление стоимости за счёт снижения трудоёмкости производства и сборки;
• повышение безопасности, в том числе для окружающей среды;
• улучшение таких характеристик, как устойчивость к нагрузкам, температуре и условиям хранения;
• снижение чувствительности к циклам заряда и разряда.

Постоянные разработки, которые ведутся в области производства автомобильных батарей, дают надежду на то, что в ближайшие годы автолюбители получат принципиально новые высокотехнологичные и экономичные батареи с увеличенным ресурсом эксплуатации.