Приоритеты и недостатки

Для водителя, безусловно, важен надежный пуск автомобиля, который во многом зависит от правильного выбора аккумулятора. Но, покупая аккумулятор, кроме обеспечения запуска, не менее важно учитывать и возможность надежной работы всех энергопотребителей в машине, а также сохранение высоких эксплуатационных показателей аккумулятора на протяжении максимально долгого периода.

Запас энергии «на борту»

Автомобильный аккумулятор, который в отечественном ГОСТ 53165-2008 именуется «стартерной батареей» ( в дальнейшем – СБ), является источником электрической энергии. Сам он ее не вырабатывает, но сохраняет в виде энергии химической реакции. В машинах с инжекторными двигателями СБ еще и сглаживает напряжение, поступающее от генератора. Поэтому, кстати, батарею ни в коем случае нельзя снимать при работающем «движке» – может сгореть бортовой компьютер.

Итак, СБ постоянно участвует в процессах накапливания и расходования электроэнергии. Энергия, израсходованная АКБ во время «отдыха» главного привода автомобиля, компенсируется зарядкой АКБ от генератора, вырабатывающего энергию при работающем двигателе. Наиболее часто используются СБ с напряжением 12 В. Редко, разве что в раритетных машинах и еще в мотоциклах, можно встретить АКБ с напряжением 6 В. Хотя до конца 40-х гг. прошлого века практически вся автотехника была «6-вольтовой».

Во внедорожниках и тяжелых грузовиках применяется 24-вольтовое электрооборудование, в них 12-вольтовые СБ устанавливают парами. Важно знать, что при выходе одной АКБ из строя менять необходимо и вторую, поскольку внутреннее сопротивление в аккумуляторах, соединенных последовательно, должно быть одинаковым. Заменив же только дефектную АКБ, водитель рискует быстро потерять обе батареи.

Традиционные, свинцовые

На современном этапе развития автомобилестроения наибольшее распространение получили свинцово-кислотные или свинцовые СБ, основными компонентами которых являются свинцовые пластины и раствор серной кислоты.

В этом году отмечается 155-я годовщина создания французом Гастоном Планте первой свинцовой АКБ. Планте поместил в раствор кислоты две свинцовые тонкие пластины, навитые на деревянный цилиндр и разделенные между собой тканевой прокладкой-изолятором, а затем подвел к пластинам ток. Через несколько часов такой «зарядки» АКБ Планте мог автономно «выдавать» довольно сильный ток, правда, разряжалось это устройство очень быстро.

Принцип двойной сульфатации, открытый Планте, усовершенствовал Томас Эдисон, создавший так называемые щелочные железоникелевые АКБ. У Эдисона пластины помещались в электролит из едкого калия. Батареи Эдисона широко использовались на автомобильном и водном транспорте.

Принцип, открытый Планте, используется и в современных АКБ. Пластины в СБ используются в основном, как и у Планте, свинцовые. Однако пластины из чистого свинца очень хрупки, и при тряске на ухабах в пластинах часто возникали трещины. Поэтому для сохранения пластин АКБ в свинец стали добавлять сурьму. Удивительно, но сама сурьма – очень хрупкий, легко дробящийся на куски металл. А вот сплав сурьмы со свинцом в определенных пропорциях обладает значительной твердостью и необходимой вязкостью.

Основным преимуществом свинцово-сурьмяных АКБ является их низкая цена, а также долгая служба пластин, хорошо выдерживающих вибрацию и тряску. Однако свинцово-сурьмяные пластины имеют массу отрицательных свойств. Во-первых, сурьма – страшный яд, и утилизация свинцово-сурьмяных СБ оказывается серьезной проблемой.

Во-вторых, добавление сурьмы увеличивает степень саморазряда, также свинцово-сурьмяные АКБ быстро разрушаются в случае перезаряда, возникают и другие технические проблемы при использовании подобных батарей. Поэтому добавления сурьмы в чистом виде в пластины стараются избегать.

Сегодня свинцовые пластины легируют сурьмой в сочетании с кальцием либо серебром и кальцием. Распространение получила технология легирования свинца только кальцием, причем разработано несколько вариантов подобных технологий. Кальциевые батареи, маркируемые Ca/Ca, дороги, но очень надежны и обладают большим эксплуатационным ресурсом.

Так, СБ Ca/Ca не переносят глубокий разряд, разряд более чем на 50% для них уже вреден. Если вовремя не подзарядить такую батарею, то буквально 3–5 случаев глубокого разряда, которые могут возникнуть, например, при поездках в зимние морозы на небольшие расстояния или в результате длительной стоянки автомобиля, достаточно для значительного снижения емкости даже совершенно новой СБ Ca/Ca. Но преимуществ у кальциевых и кальций-серебряных аккумуляторов все же много, и одно из основных – они не нуждаются в добавлении дистиллированной воды в течение всего срока эксплуатации, конечно, если в автомобиле исправна электросеть и СБ эксплуатируется без нарушений.

Традиционные свинцово- кислотные АКБ требуют  доливки дистиллированной воды каждые 5…10 тыс. км пробега, причём в летний период, как правило, доливать воду требуется чаще, чем зимой

Необслуживаемый аккумулятор должен периодически очищаться от пыли и грязи

 

Пластина автоаккумулятора представляет собой так называемый панцирь, изготовленный из электроизоляционных материалов, в который помещается прочная штыревая рамка. Обычно рамка отливается из сплава свинца и сурьмы, а ее ячейки заполняются активной массой, состоящей из окислов свинца, сурьмы, кальция и других компонентов, упоминавшихся выше.

VRLA-батареи

 Производители современных СБ вынуждены искать пути решения задач, выдвигаемых перед ними автостроителями. Например, в современных автомобилях среднего класса расход энергии может превышать 3500 Вт. А ведь еще 20 лет назад энергопотребление в машинах аналогичного класса составляло не более 950 Вт. Для нынешних авто нужны СБ, обладающие высокими пусковыми токами, требующие минимального обслуживания, имеющие длительные сроки эксплуатации. Также от современных АКБ требуется сохранение эксплуатационных качеств как при повышении температуры в моторном отсеке, возникающем в летнюю жару при работе двигателя, так и при значительном понижении температуры в зимний период.

В процессе зарядки в свинцовой СБ образуется газообразный водород, который улетучивается из электролита, не образуя воды. В связи с тем что пластины обязательно должны быть погружены в электролит, в секции классической свинцово-кислотной батареи периодически, а именно каждые 5–10 тыс. км пробега, требуется доливать дистиллированную воду. Некоторые АКБ оснащают специальными поплавковыми системами, облегчающими контроль водителя за уровнем электролита.

Важно помнить, что через отверстия, имеющиеся в обслуживаемой батарее для выхода газов, при падении или наклоне СБ может разливаться электролит. И последствия контакта раствора серной кислоты с различными предметами могут быть очень печальными. Для предотвращения разливов электролита и облегчения обслуживания батарей были разработаны VRLA-батареи, которые относятся к неразборным, их еще называют необслуживаемыми.

Батареи VRLA (valve-regulated lead–acid battery, или свинцово-кислотная батарея с клапанным регулированием) – это вид свинцово-кислотных батарей, которые могут устанавливаться в любом пространственном положении, кроме перевернутого, и доливать дистиллированную воду в процессе эксплуатации в такие АКБ практически не требуется.

Специальный клапан VRLA (valve regulated lead acid) срабатывает при повышении давления газов, скапливающихся в АКБ, например, при перезаряде аккумулятора. Газы беспрепятственно выходят, предотвращая разрыв герметичного корпуса, в специальных пароулавителях газы остывают, конденсируются, возвращаются обратно в АКБ.

Однако необслуживаемыми их все-таки называют с натяжкой. Батареям требуется уход: их периодически необходимо очищать от оседающей на них пыли и мусора, проводить регулярно функциональное тестирование. Дело в том, что СБ такого типа склонны к аварийным отказам, тепловым пробоям. Наиболее частая причина выхода из строя батарей VRLA – засорение клапана, обеспечивающего выход газов – продуктов происходящих химических реакций. Специалисты рекомендуют не реже раза в год, обычно в начале осени, потому что летом выделение водорода выше, по возможности доливать дистиллированную воду и в необслуживаемые АКБ.

Существует два основных типа VRLA-батарей. Первый тип – это гелевые батареи, в которых жидкий электролит заменен гелем. Гель представляет собой обычный электролит, загущеный силикагелем до состояния густого желе. Гелевые батареи занимают около 10% рынка, и больше применение находят не в автостроении, а в других областях экономики, например, их широко используют для автономного электропитания в системах, генерирующих электроэнергию с помощью солнечных батарей. Их сложно использовать в автомобилях не только из-за технических особенностей, таких как провалы в передаче напряжения при скачках нагрузки, либо низкого уровня зарядного тока, увеличение которого может приводить к «вспучиванию» геля избыточными газами, но и по причине непереносимости даже кратковременных КЗ.

Хотя преимущества гелевых батарей неоспоримы, ведь первоначально они разрабатывались для авиационной и военной индустрии: они отлично работают в режиме глубоких разрядов, имеют высокий циклический ресурс. А кроме того, гелевые АКБ имеют низкий уровень саморазряда и их целесообразно применять там, где требуется подача малого тока в течение длительного времени. Достоинством является и то, что они могут выдерживать небольшие повреждения корпуса и отлично генерируют ток даже в поврежденном состоянии.

Все большую популярность приобретают необслуживаемые АКБ второго типа, изготовленные по AGM-технологиям. В СБ этого типа пространство между пластинами заполнено не жидкостью, а специальными матами, представляющими собой очень плотное переплетение тончайших стеклянных волокон. Такое переплетение волокон характеризуется высокой пористостью и отличной поглощающей способностью. За счет большой поверхности контакта стеклянный «коврик» может удерживать объем электролита, достаточный для длительной эксплуатации АКБ, ведь сами стеклянные нити электролит не впитывают, а кроме того, в нем остается достаточно места для рекомбинации выделяющихся при зарядке газов.

Необслуживаемые аккумуляторы AGM получили более широкое распространение, чем гелевые батареи. Эти АКБ, разработанные в начале 70-х компанией Gates Rubber Company, также защищены от разливов электролита, не боятся ударов и вибрации, идеально подходят для вождения в самых жестких условиях, а благодаря усиленной конструкции хорошо переносят частые циклы заряда/разряда. Благодаря технологии AGM внутреннее сопротивление аккумулятора очень низкое, это положительно сказывается на качестве зарядки аккумулятора при низких температурах либо при подзарядке АКБ от генератора в условиях городской езды, когда требуются частые запуски двигателя и поездки на короткие расстояния.

Пластины в СБ, изготовленные по AGM-технологии, могут иметь самую разную форму, с помощью данной технологии изготавливают СБ с пластинами плоской и спиральной конфигурации. К преимуществам также относятся очень низкий, 1–3% в месяц, уровень саморазряда, несложная и недорогая технология производства, способность передавать большие токи. Аккумуляторы характеризуются простым процессом зарядки – источник напряжения может быть подключен на длительный период, без опасения получения перезаряда, образующиеся кислород и водород рекомбинируются внутри батареи, и газы при зарядке практически не выделяются.

Но недостатков тоже хватает. Для мобильного использования у таких АКБ слишком низкое отношение потенциала к массе. Нельзя хранить АКБ в разряженном состоянии, напряжение не должно ни в коем случае снижаться ниже 2,1 В на секцию аккумулятора. Такие АКБ больше подходят для резервного использования, потому что могут выдерживать всего около 200 циклов заряда/разряда. А кроме всего перечисленного, в AGM содержится диоксид свинца – токсичное вещество, опасное для окружающей среды.

Уникальная решетка в технологии PowerFrame

Конструкции СБ последнего поколения, в которых начали применяться штыревые решетки свинцовых пластин, изготовленные по принципиально новой революционной технологии, получают на рынке все более широкое распространение. Патент на конструкцию аккумуляторов PowerFrame, в которых свинцовые пластины легируются серебром, получил концерн Johnson Controls.

При производстве решеток, образующих затем пластины аккумуляторов, используется новейший метод штамповки. Технология штамповки PowerFrame, по сравнению с другими современными технологиями производства свинцовых решеток, например методом литья, позволяет получить АКБ с наилучшими эксплуатационными характеристиками.

Надежно защищенная конструкция решетки PowerFrame предохраняет от возникновения короткого замыкания либо повреждений самой решетки. Конструкция решетки и пластины – прочная и жесткая, устойчива к любым механическим воздействиям извне. В местах с наибольшей электронагрузкой на решетку наносится дополнительный слой свинца. Благодаря усовершенствованной форме токоведущие ячейки решетки ориентированы непосредственно к центральному контакту пластины. Из-за меньшего электросопротивления достигается улучшенная проводимость, и потери тока на пути к «потребителю» минимальны.

Оптимизировав форму решетки, конструкторам удалось увеличить степень ее защиты от разрушительного влияния вибрации и тряски, а очень точно отштампованные ячейки обеспечили наилучшую адгезию заполняющей решетку активной массы даже при наибольших нагрузках. Технология PowerFrame увеличивает срок службы АКБ, повышает их безотказность.

Кто в мире главный по аккумуляторам?

Рынок аккумуляторов СНГ, объем которого составляет около 30 млн батарей ежегодно, является интересным для основных мировых импортеров, аккумуляторы везут в Россию из более чем полусотни стран.

Но главных участников рынка немного, 90% мирового рынка продаж СБ контролируют всего четыре компании, и штаб-квартиры этих мультинациональных корпораций находятся, конечно, в США.

Серьезный интерес к российскому рынку до недавнего времени проявляла корпорация Exide Technologies. Пройдя долгий и трудный путь с 1888 г., компания сегодня располагает 11 заводами по производству промышленных СБ и 17 предприятиями, выпускающими автомобильные АКБ, а также 12 крупными заводами по переработке сырья. О размахе программы производства убедительно говорит тот факт, что в Exide Technologies производят АКБ под более чем 30 торговыми марками, в числе которых такие бренды, как Sonnenschein – один из мировых лидеров в производстве гелевых батарей, Tudor, Centra, Fulmen, Marathon и многие другие. Exide сегодня контролирует 22% мирового рынка АКБ и 31% – европейского. Однако не все так безоблачно у Exide Technologies, последние несколько лет компания продает свои активы. По мнению экспертов, на данный момент корпорация переживает крайне сложные времена, остались только бренды Exide, а большая часть продукции производится в Азии.

Корпорация Johnson Controls ведет активную деятельность в России. Важное направление этой деятельности – кислотные аккумуляторы, по производству которых Johnson Controls занимает одно из лидирующих мест в мире. Направление АКБ в Johnson Controls сегодня объединяет несколько фабрик и 10 отраслевых представительств в Германии, а также 15 дочерних компаний в Европе, Азии, США. Важнейшим событием для Johnson Controls стало приобретение в 2002 г. немецкого аккумуляторного гиганта Varta. Фирма Varta Automotive имеет подразделения почти во всех европейских странах. Автомобильные СБ производятся на семи заводах, находящихся в Германии, Франции, Испании, Австрии и Чехии.

Ближайший конкурент Johnson Controls – корпорация East Penn Manufacturing. На огромной площади в 490 акров East Penn создала промышленный комплекс из трех современных предприятий, осуществляющих переработку свинца и производство всех необходимых для АКБ деталей. Предприятие выпускает тысячи различных моделей и типов кислотных АКБ. В Россию с 1995 г. аккумуляторы компании East Penn Manufacturing под торговой маркой ДЕКА поставляет канадская компания Vista-2. Это кальциевые необслуживаемые СБ, малообслуживаемые малосурьмянистые СБ для легковых автомобилей, полный набор промышленных АКБ, а также АКБ для грузового транспорта и тракторов, АКБ специального назначения.

Инициатором создания корпорации Delphi Corporation, одного из мировых лидеров в сфере производства автомобильной электроники, крупнейшего производителя различных автозапчастей, был концерн General Motors. В состав Delphi Corporation сегодня включено 170 заводов, 42 СП, 53 дилерских центра и 34 сервисных центра, все эти организации находятся в более чем 40 странах. Производством автоаккумуляторов занимаются 12 предприятий, ежегодно поставляющих на мировой рынок более 30 млн различных аккумуляторов. Постоянными клиентами Delphi являются такие известные бренды, как Mitsubishi Motors, Renault, Daewoo, Audi, Volkswagen, Hyundai, Volvo, Ford Motor, Honda и Toyota.

 Кроме этих компаний, на свою долю российского рынка АКБ претендуют такие известные бренды, как Bosch, Banner, Medalist, Tab, Mutlu, Atlas. Надо также отметить, что в Восточной Европе наблюдается последовательная скупка мировыми лидерами производства АКБ оставшихся независимых производителей, особенно интерес вызывают предприятия, пытающиеся производить наиболее современные СБ, разрабатывающие новые подходы, которые в перспективе придут на смену нынешним свинцово-кислотным батареям.

Сегодня в России производство аккумуляторов представлено шестью предприятиями, созданными еще в советский период, да еще десятком заводов, появившихся на рынке уже в новом тысячелетии. Безусловно, сотрудничество с Западом необходимо. Одни из лучших российских батарей под торговой маркой «Зверь» изготавливаются компанией АкТех на оборудовании Exide. А прекрасные АКБ Zubr, выпускающиеся СП «Полесские аккумуляторы», создавались при прямом участии специалистов Exide Tecnologies.

И все же, несмотря на иностранцев, активно работающих на нашем рынке через дилеров и пытающихся создать свои производства в России, производителям отечественных аккумуляторов необходимо проявлять максимальную активность и бороться за каждого покупателя. Условия для этого есть, в России сегодня производятся современные отличные аккумуляторы.