Самое важное про АКБ

В контексте увеличения количества потребителей электроэнергии на борту современных автомобилей, все большее значение приобретают надежность и эффективность аккумуляторных батарей.

Принцип действия и развитие

Следует сразу отметить принцип действия всех современных стартерных аккумуляторных батарей идентичен. Больше того, он не сильно изменился со времен изобретения АКБ Гастоном Планте в середине XIX века: он представил Французской академии наук первую АКБ на основе свинца и серной кислоты.

С другой стороны, принципы принципами, но отличия современных аккумуляторов от тех, что создавал французский ученый, так же велики, как разница между простейшими гальваническими элементами и сложными системами, вобравшими в себя все новации прошедших полутора сотен лет.

Многочисленные усовершенствования, направленные на повышение выносливости, увеличение пусковых токов и устойчивости к глубоким разрядам, произошли в области материала пластин, формы токоотводов и сепараторов, отразились на конструкции корпусов, которые стали легче и прочнее. В конструкцию современной аккумуляторной батареи, представляющей собой корпус-моноблок с креплением за основание, входят полублоки положительных/отрицательных пластин, состоящие из положительных/ отрицательных токоотводов, отдельных положительных/ отрицательных пластин, а также электролит, сепарация и межэлектродные соединения. Химическая формула всех батарей одинакова.

Традиционная батарея

В традиционном исполнении аккумуляторная батарея имеет шесть ячеек. В каждой ячейке находится блок электродов с чередующимися положительными и отрицательными электродами, разделенных сепараторами. Соотношение между количеством положительных и отрицательных электродов зависит от требований, предъявляемых к батарее: проще говоря, чем мощнее батарея, тем толще блок электродов.

Электричество выделяется при разряде и потом в заряде накапливается в активных веществах. Любые примеси, как говорят специалисты, это ухудшение характеристик. Но, тем не менее, чтобы батарея была надежной, долговечной и прочной, применять их необходимо. В частности, в активную массу добавляются полимерные волокна, расширители, ингибиторы и проч., имеются легирующие добавки (сурьма, кальций, серебро).

Для более эффективного функционирования конструкция АКБ должна быть оптимизирована. Блок пластин собирается отдельно из положительных и отрицательных решеток, положительная активная масса – диоксид свинца, отрицательная – обычный свинец. Обязательно сепаратор, предотвращающий механическое замыкание между пластинами. Все эти ингредиенты доступны на открытом рынке всем производителям, которые могут изготовить любую батарею, отвечающую заданным характеристикам.

Принципиально – это решетка, которая определяет современную батарею. Положительная и отрицательная решетки имеют разную конструкцию.

Классификация

Глобально все современные стартерные аккумуляторные батареи можно классифицировать по трем ключевым параметрам.

Во-первых, по объему обслуживания они делятся на малообслуживаемые с решетками из свинцово-сурьмянистого сплава (с малым содержанием сурьмы); необслуживаемые «гибридные» и «кальциевые», а также полностью

необслуживаемые герметизированные со связанным электролитом. Во вторых, по составу сплава решетки АКБ подразделяются на батареи с решеткой PbSb – положительные и отрицательные решетки свинцово сурьмянистые с содержанием сурьмы до 2,5%; гибридные – положительные решетки с добавкой сурьмы, отрицательные – с добавкой кальция и батареи PbCa, у которых положительные и отрицательные решетки свинцово-кальциевые.

Ну и в-третьих, АКБ можно классифицировать по технологии производства решетки: батареи с решетками, изготовленными методом отливки (PbSb, PbCa), методом просечки и последующей растяжки (PbCa) и методом штамповки (PbCa).

Потеря воды

Одной из традиционных характеристик, все еще сохраняющих актуальность в силу широкого распространения АКБ самых разных типов, является расход воды, г/1 Ач – уменьшение массы батареи при перезаряде в течение определенного времени при постоянном напряжении 14,4 В при температуре +40°С. Российский ГОСТ 959-2002 регламентирует расход не более 6 г на 1 Ач после 21 суток перезаряда для малообслуживаемых батарей.

Более свежий стандарт ГОСТ Р 53165-2008 для необслуживаемых АКБ устанавливает не более 4 г на 1 Ач с малой потерей воды и не более 1 г на 1 Ач с очень малой потерей воды. Соответственно, в батареях со связанным электролитом VRLA – Valve Regulated Lead Acid (клапанно-регулируемая свинцово-кислотная) – и AGM – Absorbent Glass Mat (абсорбирующее стекловолокно) – расход воды равен 0 г/Ач.

Саморазряд батарей

Еще одна важная характеристика – саморазряд, то есть потеря емкости аккумуляторной батареи при бездействии. Изменение состояния разных батарей в процессе хранения происходит по-разному. АКБ Pb-Sb (5,5%) в среднем за полгода разряжаются полностью.

Батареи Pb-Sb (2,5%) будут пустыми за 18 месяцев. Предел гибридных где-то около 22 месяцев. Степень заряженности свинцово-кальциевых за это же время снижается до 40%, а полная разрядка гораздо позже.

Ресурс

Третья фундаментальная характеристика – срок службы. Средний срок службы аккумуляторных батарей определяется продолжительностью эксплуатации (пробег или мото-часы) до момента снижения емкости ниже 40% от номинальной или продолжительности стартерного разряда менее 1,5 минуты при температуре +25°С.

Средний срок службы необслуживаемых батарей в соответствии с ГОСТ 959 2002 составляет 48 месяцев при наработке 100 тысяч километров или 4000 мото-часов. Гарантийный срок эксплуатации необслуживаемых батарей по ГОСТ 959-2002 – 24 месяца при наработке не более 75 тысяч километров пробега или 2500 мото-часов.

Возрастающие нагрузки

Для все большего количества компонентов автомобилей требуется электроэнергия – количество потребителей на борту растет очень внушительно. В качестве примера можно привести системы безопасности. Потребление электроэнергии со стороны систем содействия управлению автомобилем, активной стабилизации и автоматического торможения тоже возрастает.

А еще есть системы комфорта, которые предлагают все новые и новые функции. Все это в совокупности делает автомобильный аккумулятор критически значимым компонентом и служит мощным стимулом для развития технологий создания АКБ.

Быстрая зарядка

Например, не так давно появилась технология батарей с ускоренной зарядкой. Ее суть заключается в применении углеродных добавок при производстве отрицательных пластин. Данная технология, эффективность которой была подтверждена в ходе разработки аккумуляторных батарей AGM и EFB, позволила улучшить прием заряда и значительно сократить тем самым время зарядки.

В обычных АКБ во время разряда частицы сульфата свинца постепенно покрывают поверхность отрицательных пластин, изолируя ее от электролита. Как следствие, много энергии, предназначенной для зарядки аккумулятора, уходит на электрохимическое растворение этого сульфата, делая процесс зарядки менее эффективным. Углеродные, с высокоразвитой поверхностью, компоненты в аккумуляторах обеспечивают повышенную электропроводность активной массы, что приводит к быстрому преобразованию частиц сульфата при заряде.

Актуальные технологии

Но сегодня наиболее релевантными требованиям сегодняшнего дня можно признать две технологии: AGM и EFB. Технология AGM базируется на специальных стекловолоконных сепараторах, впитывающих весь электролит в аккумуляторе и обеспечивающих высокую устойчивость к циклированию.

Это позволяет аккумулятору выдерживать многочисленные циклы заряда разряда без потери производительности. В аккумуляторных батареях, изготовленных по технологии EFB, между пластиной и сепаратором применяется дополнительный полиэстеровый элемент, представляющий собой сетку. Эта сетка удерживает активную массу внутри пластины и предотвращает ее вымывание. В результате повышается устойчивость к глубокому заряду-разряду и обеспечивается более эффективная заряжаемость.

Электрический гель

Не теряют актуальности и так называемые «гелевые» аккумуляторы. Современные АКБ этого типа представляют собой чрезвычайно устойчивые к глубоким разрядам необслуживаемые батареи, гарантирующие повышенную энергоемкость, а также безопасный и уверенный старт. Это надежные аккумуляторы, которые доказали свою пригодность для использования в наиболее ответственных и критически важных областях применения, в том числе в максимально электронагруженной технике. Однако, при невероятном количестве плюсов, есть один недостаток – цена такой батареи в несколько раз выше, что препятствует ее массовому распространению.