1. Определение.
2. Назначение.
3. Устройство.
4. Принцип работы.
5. Характеристики.
6. Классификация.
7. Эксплуатация и обслуживание.

Автомобильный аккумулятор - тип электрической аккумуляторной батареи, применяемый на автомобильном или мототранспорте.

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 полноценной замены этим аккумуляторным батареям пока нет, несмотря на то, свинец и серная кислота (в составе электролита) являются вредными и опасными веществами.

Вернуться к содержанию.

Автомобильный аккумулятор используется

• в качестве источника электроэнергии при запуске двигателя,

• в качестве источника электроэнергии для электропотребителей (габаритные огни, сигнализация, автозвук, освещение салона и т.д.), когда двигатель выключен.

• в качестве вспомогательного источника электроэнергии, когда генератор автомобиля не справляется с нагрузкой.

Вернуться к содержанию.

Аккумулятор представляет собой химический источник тока, который включает в свой состав несколько 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.

Корпус и крышка выполнены из пластика, который нейтрален к кислоте. В каждой банке находятся свинцовые пластины – электроды.

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.

Пакеты пластин в разных банках соединяются между собой толстыми свинцовыми перемычками.

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.

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.

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 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.

Вернуться к содержанию.

Между пластинами и электролитом непрерывно происходит электрохимическая реакция. При разряде химическая энергия преобразовывается в электрическую, а при заряде, наоборот, – электрическая в химическую.

ВНИМАНИЕ: далее под термином «Аккумулятор» следует понимать один элемент питания (банку) аккумуляторной батареи.

В цикле «заряд-разряд» можно выделить четыре этапа:

Полностью заряженная батарея содержит отрицательную пластину губчатого свинца (Pb) - катод, положительную пластину диоксида свинца (PbO₂) – анод, и электролит из раствора серной кислоты (H₂SO₄) и воды (H₂O).

При разряде аккумулятора положительные ионы H₂+ и отрицательные ионы кислотного остатка S0₄-, на которые распадаются молекулы серной кислоты H₂S0₄ электролита, направляются соответственно к положительному и отрицательному электродам и вступают в электрохимические реакции с их активными массами. Между электродами возникает разность потенциалов около 2 В, обеспечивающая прохождение электрического тока при замыкании внешней цепи. В результате электрохимических реакций, возникающих при взаимодействии ионов водорода с перекисью свинца PbO₂ положительного электрода и ионов сернокислого остатка S0₄- со свинцом Pb отрицательного электрода, образуется сернокислый свинец PbS0₄ (сульфат свинца), в который превращаются поверхностные слои активной массы обоих электродов. Одновременно при этих реакциях образуется некоторое количество воды, поэтому концентрация серной кислоты понижается, т. е. плотность электролита уменьшается.

Аккумулятор может разряжаться теоретически до полного превращения активных масс электродов в сернокислый свинец и истощения электролита. Однако практически разряд ведут не до конца, а только до того момента, когда в сернокислый свинец перейдет около 35 % активной массы. В этом случае образовавшийся сернокислый свинец равномерно распределяется в виде мельчайших кристалликов в оставшейся активной массе, которая сохраняет еще достаточную электропроводность, чтобы обеспечить напряжение между электродами 1,7—1,8 В.

Разряженный аккумулятор подвергают заряду, т. е. присоединяют к источнику тока с напряжением, большим напряжения аккумулятора. При заряде положительные ионы водорода перемещаются к отрицательному электроду, а отрицательные ионы сернокислого остатка S0₄- к положительному электроду и вступают в химическое взаимодействие с сульфатом свинца PbS0₄, покрывающим оба электрода. В процессе возникающих электрохимических реакций сульфат свинца PbS0₄ растворяется и на электродах вновь образуются активные массы: перекись свинца PbO₂ на положительном электроде и губчатый свинец Pb — на отрицательном. Концентрация серной кислоты при этом возрастает, т. е. плотность электролита увеличивается.

Реакции на катоде

Реакции на аноде

Полностью заряженный аккумулятор имеет э. д. с. около 2,2 В. Таково же приблизительно и напряжение на его зажимах, так как внутреннее сопротивление аккумулятора весьма мало. При разряде напряжение аккумулятора довольно быстро падает до 2 В, а затем медленно понижается до 1,8—1,7 В , при этом напряжении разряд прекращают во избежание повреждения аккумулятора. Если разряженный аккумулятор оставить на некоторое время в бездействии, то напряжение его снова восстанавливается до среднего значения 2 В. Это явление носит название «отдыха» аккумулятора. При нагрузке подобного «отдохнувшего» аккумулятора напряжение быстро понижается, поэтому измерение напряжения аккумулятора без нагрузки не дает правильного суждения о степени разряда.

При заряде напряжение аккумулятора быстро поднимается до 2,2 В, а затем медленно повышается до 2,3 В и, наконец, снова довольно быстро возрастает до 2,6—2,7 В. При 2,4 В начинают выделяться пузырьки газа, образующегося в результате разложения воды на водород и кислород. При 2,5 В оба электрода выделяют сильную струю газа, а при 2,6—2,7 В аккумулятор начинает как бы кипеть, что служит признаком окончания заряда. При отключении аккумулятора от источника зарядного тока напряжение его быстро снижается до 2,2 В.

Вернуться к содержанию.

В этом разделе мы рассмотрим основные характеристики аккумуляторных батарей.

6 В — до конца 40-х годов XX века практически все автомобили имели шестивольтовое электрооборудование. В настоящее время аккумуляторы с напряжением 6 В применяются только на лёгкой мототехнике.

12 В — в данный момент на всех легковых автомобилях, грузовых автомобилях и автобусах с бензиновыми двигателями, а также на большинстве мотоциклов используются аккумуляторы только с таким значением напряжения. Кроме того, двенадцативольтовые аккумуляторы используются на малотоннажных грузовиках, микроавтобусах и легковых автомобилях с дизельными двигателями.

24 В — используются на тяжёлых грузовых автомобилях и автобусах с дизельными двигателями, троллейбусах, трамваях, и на военной технике с дизельными двигателями.

Величина, измеряющаяся в ампер-часах, показывающая каким током будет равномерно разряжаться автомобильная АКБ до конечного напряжения при 20-часовом цикле разряда. Например, обозначение 60 А-ч означает, что батарея в течение 20 часов будет отдавать ток 3 А, при этом в конце напряжение на клеммах не упадет до 10,5 В. Однако, это вовсе не означает линейную зависимость времени разряда от разрядного тока. Целый час стабильно отдавать 60 А наша батарея не сможет.

Практическое значение номинальной ёмкости состоит в том, что АКБ с большей ёмкостью сможет произвести большее количество попыток запуска двигателя (например зимой), чем аккумулятор с меньшей ёмкостью.

Кроме того, существуют рекомендации по выбору ёмкости аккумулятора в зависимости от объема двигателя автомобиля.

ВНИМАНИЕ: азиатский стандарт JIS подразумевает 5-часовой цикл разряда при измерении номинальной ёмкости. Разумеется, при таком методе измерения АКБ покажет большую ёмкость. Поэтому для того, чтобы соотнести ёмкость, измеренную по стандарту JIS с привычным нам европейским стандартом, необходимо умножить её величину на 0,8.

Например, 75 А-ч(JIS) * 0,8 = 60 А-ч.

Резервная емкость показывает время в минутах, за которое полностью заряженная батарея разрядится до напряжения 10,5 В при токе разрядки 25 А и температуре 25 °С.

Фактически эта величина означает время, в течение которого машина будет ехать при вышедшем из строя генераторе, используя для питания электроприборов только аккумуляторную батарею. Под электроприборами подразумевается необходимый минимально запас — топливная аппаратура, система зажигания, фары. 25 А — это именно тот ток, который эти системы потребляют на среднем легковом автомобиле с бензиновым двигателем.

К сожалению, этот параметр чаще всего указывается на АКБ производства США, которые мало распространены в нашей стране.

Ток холодной прокрутки (ССА) измеряется в амперах и отражает стартерные характеристики АКБ. Проще говоря, чем выше ток, тем батарея легче заведет автомобиль. Тем не менее, существует несколько методик измерения тока холодной прокрутки (SAE, DIN, IEC, EN, JIS) и при сравнении CCA у разных АКБ нужно убедиться в том, что ток указан по одной и той же методике.

В России чаще всего используется методика EN.

Вернуться к содержанию.

В основном, аккумуляторные батареи различают по

• Сурьмянистые АКБ
• Малосурьмянистые АКБ
• Кальциевые АКБ
• Гибридные АКБ
• AGM, EFB, и GEL АКБ

• типы клемм,
• расположение токовыводящих клемм (полярность),
• размеры корпуса,
• типы крепления АКБ.

Свинцовые пластины сурьмянистых аккумуляторов содержат в составе более 5% сурьмы (Sb).

Известно, что свинец является мягким и очень пластичным металлом, поэтому в чистом виде малопригоден для использования в аккумуляторах и аккумуляторных батареях автомобилей. Добавка сурьмы в свинец позволяет увеличить прочность пластин.

Но благодаря такой добавке существенно ускоряется процесс электролиза; вода разлагается на составляющие компоненты, при этом процесс сопровождается выделением газов (кислорода и водорода) из электролита. Внешне создается впечатление, что электролит кипит, выделяя пузырьки газа. В результате вода «выкипает», плотность электролита изменяется, а его количество в аккумуляторах батареи уменьшается, что приводит к оголению электродов. Для компенсации потери электролитом воды в аккумуляторную батарею приходится систематически доливать дистиллированную воду.

Основное достоинство сурьмянистых батарей – их относительно невысокая стоимость, неприхотливость, а также простота обслуживания в стационарных условиях. К сожалению, этих свойств оказалось недостаточно, чтобы сохранить лидерство в качестве автомобильного источника тока.

В настоящее время сурьмянистые батареи практически не используются на автомобилях. Современные автомобильные аккумуляторы изготавливаются с малым содержанием сурьмы или же совсем без нее.

Вернуться к списку

Малосурьмянистые батареи имеют пластины с малым содержанием сурьмы (меньше 5%).

Основной причиной применения таких пластин является стремление конструкторов уменьшить интенсивность потерь воды из электролита. Применение аккумуляторных пластин с малым содержанием сурьмы позволило избавиться от необходимости часто проверять и корректировать уровень электролита в батарее. Кроме того, в таких аккумуляторных батареях уровень саморазряда при хранении существенно ниже, чем в сурьмянистых АКБ.

Тем не менее, некоторые потери воды из электролита имеют место, поэтому изредка требуется проверять его плотность и уровень, доливая, при необходимости, дистиллированную воду. Исходя из этого, малосурьмянистые АКБ правильнее будет отнести к малообслуживаемым, а не к необслуживаемым батареям.

К преимуществам малосурьмянистых аккумуляторных батарей можно отнести сравнительно малый саморазряд при хранении, низкую стоимость, а также их неприхотливость к электрическим параметрам бортовой сети автомобиля. Возникающие в бортовой сети перепады напряжения не оказывают существенных негативных влияний на параметры малосурьмянистой аккумуляторной батареи. Этого нельзя сказать о более современных видах свинцово-кислотных аккумуляторов - кальциевых, AGM, гелевых, у которых в таких условиях характеристики могут сильно изменяться, причем иногда даже необратимо. По этой причине малосурьмянистые аккумуляторные батареи лучше всего подходят для эксплуатации на автомобилях, в которых бортовая сеть не обеспечивается стабильным напряжением. Кроме того, данные АКБ являются самыми дешевыми среди свинцово-кислотных аналогов.

Вернуться к списку

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 добавляют в небольшом количестве серебро. Это позволяет снизить внутреннее сопротивление батареи, увеличить КПД и ёмкость. Кроме того, для изготовления свинцовых пластин стала применяться технология ExMET (Expanded Metal). Заключается она в том, что пластины производятся методом просечки цельной свинцовой ленты, после чего её растягивают и получается ячеистая конструкция. Важно, что электроды стали чище по своему химическому составу. Это снизило саморазряд автомобильных аккумуляторных батарей при хранении.

Но главной особенностью кальциевых АКБ стало снижение интенсивности электролиза и, соответственно, падение уровня электролита. Замена сурьмы кальцием увеличило напряжение, необходимое для старта процесса электролиза, с 12 до 16 вольт. Поэтому и перезаряд стал не столь критичен. 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.

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 списку

Вернуться к списку

Вернуться к списку

Вернуться к списку

Вернуться к списку

Вернуться к списку

Вернуться к списку

Вернуться к содержанию.

Вернуться к содержанию.