Автомобильные аккумуляторы – изучаем элемент питания машины. Какие бывают виды аккумуляторов? Типы аккумуляторов для автомобилей

Автомобильный аккумулятор - товар сезонный, хотя используется круглый год. Когда на улице поют птички, а внутри двигателя плещется теплое масло, то прокручивать коленвал несложно - с этим справляется даже полудохлая батарея. А вот на холоде стартеру нелегко, и он норовит превратиться в чисто активное сопротивление, потребляющее очень большой ток. В итоге аккумулятор норовит отказать, а владельцу предстоит поход в магазин.

Как выбрать батарею

Если не хотите обращаться в сервис или к помощи продавца, то алгоритм выбора должен быть следующий.

Брать надо такую батарею, которая гарантированно уместится в отведенной ей нише, будь то моторный отсек, багажник или что-то еще. Согласитесь: глупо промахнуться на пару сантиметров! Одновременно определяем полярность: смотрим на старую батарею и соображаем, что у нее справа, а что слева? Само собой, что если машина не европейская, то и сами клеммы могут отличаться от большинства привычных - как по форме, так и по расположению.

После этого выбираем бренд. Тут мы однозначно советуем руководствоваться списком наших победителей последних лет и никогда не «клевать» на новичков или аутсайдеров. Даже если их этикетки самые красивые. Вот некоторые имена из тех, которые обычно нас не подводили: Tyumen (тюменские батареи), Varta, Мedalist, а-mega, Мutlu, Topla, «Актех», «Зверь».

Сравнительные испытания различных автомобильных аккумуляторов мы проводим каждый год. Самые свежие результаты, где мы сравнивали 10 батарей, можно увидеть Желающие могут ознакомиться и с экспертизами прошлых лет: , , , и т. п.

Марка батареи, как правило, определяет и ее цену. Примерная стоимость автомобильных аккумуляторов европейского исполнения с габаритами 242×175×190 мм в 2014 году составляла от 3000 до 4800 руб. за обычную батарею, и от 6300 до 7750 руб. - для AGМ. Заявленные ток и емкость получатся сами собой - исходя из габаритов.

Важно: если у вас была установлена батарея AGM, то и менять ее следует только на AGM, а не на «обыкновенную». Обратная замена вполне допустима, но нецелесообразна экономически .

Тем, кого интересуют технические нюансы

Полезно ли в холодное время перед пуском мотора «погреть» батарею включением фар?

Зачем нужен индикатор-глазок?

Этот индикатор позволяет примерно оценить плотность и уровень электролита, чтобы выяснить, нуждается ли автомобильный аккумулятор в подзарядке. По большому счету, это игрушка, поскольку глазок находится только в одной банке из шести. Однако многие серьезные производители в свое время были вынуждены вводить его в конструкцию, поскольку отсутствие глазка воспринималось потребителями как недостаток.

Можно ли оценить состояние автомобильного аккумулятора по напряжению на клеммах?

Приблизительно можно. При комнатной температуре полностью заряженная батарея, отключенная от нагрузок, должна выдавать не менее 12,6–12,7 В.

Что скрывается за термином «кальциевая батарея»?

Ничего особенного: это обычный рекламный ход. Да, значки «Ca» (а то и «Ca - Ca») на автомобильных аккумуляторах сегодня присутствует все чаще, но легче они от этого не становятся. А ведь кальций - металл куда менее тяжелый, чем свинец. Все дело в том, что речь идет о совсем небольших (доли или единицы процента) добавках кальция в сплав, из которого изготавливают пластины батарей. Если его добавляют и в положительные, и в отрицательные электроды, то и получается то самое «Са - Са». Такие автомобильные аккумуляторы при прочих равных условиях труднее закипают, что важно для необслуживаемых батарей. Меньше у таких батарей и саморазряд при хранении. Поэтому «обычных» батарей с добавками традиционной прежде сурьмы (их обычно выдает наличие пробок) сегодня в продаже почти не встретишь! Заметим, что не все в них так уж плохо: например, они куда лучше переносят глубокие разряды!

Почему автомобильные аккумуляторы при проверке выдают заявленный ток так недолго?

Действительно, если емкость равна 60 А ч, то арифметика подсказывает: ток в 600 А должен выдаваться примерно 0,1 часа или 6 минут! А реальный счет идет всего лишь на десятки секунд… Все дело в том, что емкость батареи зависит от тока! А при указанном токе емкость батареи составляет уже не 60 А ч, а гораздо меньше: примерно 20–25! Надпись 60 А ч говорит лишь о том, что в течение 20 часов при температуре 25ºС вы можете разряжать свой аккумулятор током, равным 60/20=3А - и не более того. При этом в конце разряда напряжение на выводах аккумулятора не должно опуститься ниже 10,5 В.

Зачем выбирать батарею с заявленным током, скажем, 600 А, если реальная потребность вдвое меньше?

Заявленный ток - это еще и косвенный показатель качества автомобильного аккумулятора: чем он выше, тем ниже его внутреннее сопротивление! К тому же, если взять крайний случай, когда, не дай бог, масло загустело настолько, что стартер вообще еле-еле сдвигает с места коленвал, то вот здесь-то и может понадобиться максимально возможный ток.

Правда ли, что при установке на машину автомобильного аккумулятора большей емкости, чем у штатного, он будет недозаряжаться, а стартер может выйти из строя?

Нет, неправда. Что помешает батарее зарядиться полностью? Уместно провести аналогию: если вы зачерпнули стакан воды из ведра или из огромной бочки, то для восстановления исходного уровня жидкости вам потребуется долить из-под крана все тот же стакан - как в ведро, так и в бочку. Что касается ожидаемой поломки стартера, то его ток потребления не изменится, даже если емкость батареи вырастет раз в сто или тысячу. Закон Ома от ампер-часов не зависит.

Разговоры про грядущие поломки уместны разве что для экстремалов, привыкших выбираться из болота на стартере. При этом последний, понятное дело, очень сильно греется, а потому маленькая батарейка, которая разрядится быстрее большой, может спасти его от смертельного перегрева, умерев первой… Но это - гипотетический случай.

Сразу отметим один любопытный нюанс. В советские времена на ряде армейских грузовиков было строго запрещено устанавливать автомобильный аккумулятор большей емкости! Но причина была именно в том, что когда двигатель не желал пускаться, водители частенько крутили стартеры до тех пор, пока аккумулятор не разрядится полностью. Стартеры при этом сильно перегревались и нередко выходили из строя. А чем выше емкость батареи, тем дольше можно было издеваться над бедным электромотором. Именно для защиты стартеров от подобного издевательства и появилось когда-то требование не превышать емкость батареи выше «стандартной». Но сейчас это неактуально.

Вопрос на миллион: что измеряют в ампер-часах?

Во всяком случае, не емкость батарей! Это распространенное заблуждение даже в среде профессионалов. Которые, однако же, теряются, когда их спрашивают, каким образом произведение тока на время дает емкость? Потому что правильный ответ такой: ампер-час - единица измерения заряда ! 1 А ч = 3600 Кл. А емкость измеряют в фарадах: 1Ф = 1Кл/1 В. Те, кто в это не верит, могут обратиться к любому справочнику - например, к бошевскому.

Что до аккумуляторов, то запутанная терминология жива до сих пор. И то, что на самом деле является зарядом, по старинке обзывают емкостью. Некоторые учебники выкручиваются - мол, «емкость оценивают в ампер-часах». Не измеряют, а оценивают! Ну, что ж, хотя бы так…

Кстати говоря, в советские времена выбрать батарею было несравнимо проще - только по ампер-часам. Скажем, на «Волгу» надо было искать автомобильный аккумулятор на 60 А ч, на «Жигули» -55 А ч. Полярность и клеммы на отечественных авто были одинаковые. Сегодня же ориентироваться только на ампер-часы не стоит, поскольку изделия разных производителей при одинаковой емкости могут довольно сильно отличаться по прочим параметрам. Скажем, батареи 60 А ч могут иметь 11-процентный разброс по высоте, 28-процентный по заявленному току и т. п. Цены при этом также живут своей жизнью.

И последнее. Если вместо «А ч» увидите надпись «А/ч» (на этикетке, в статье, в рекламе - неважно) - не связывайтесь с этой продукцией. За ней стоят необразованные и безразличные люди, не имеющие элементарного представления об электричестве.

Что такое батарея AGM?

Основная область применения AGM -- это автомобили с режимами «Старт-Стоп». На этой батарее даже указано: Start Stop!

Основная область применения AGM -- это автомобили с режимами «Старт-Стоп». На этой батарее даже указано: Start Stop!

Формально говоря, автомобильный аккумулятор AGМ - это то же свинцово-кислотное изделие, к которому привыкли многие поколения автомобилистов, но при этом оно гораздо совершеннее своих предков и в ближайшее время полностью вытеснит их с рынка.

AGM (Absorbent Glass Mat) - это технология изготовления аккумуляторов с абсорбированным электролитом, которым пропитаны микропоры сепаратора. Свободный объем этих микропор разработчики используют для замкнутой рекомбинации газов, тем самым не давая испаряться воде. Водород и кислород, покидающие отрицательную и положительную пластины соответственно, попадают в связанную среду и вновь соединяются, оставаясь внутри батареи. Внутреннее сопротивление такой батареи ниже, чем у «жидких» предшественниц, поскольку проводимость сепаратора из стекловолокна лучше по сравнению с традиционными «конвертами» из полиэтилена. Поэтому она способна отдавать более высокие токи. Плотно сжатый пакет пластин мешает активной массе осыпаться, что позволяет выдерживать глубокие циклические разряды. Такой автомобильный аккумулятор может работать хоть вверх ногами. А если разбить ее вдребезги, то даже в этом случае ядовитой лужи не будет: связанный электролит должен остаться в сепараторах.

Сегодняшние области применения AGМ - это автомобили с режимом «Старт-стоп», машины с повышенным энергопотреблением (МЧС, «скорая») и т. п. Но уже завтра «простой» автомобильный аккумулятор потихоньку уйдет в историю…

Взаимозаменяемы ли AGМ и обычные батареи между собой?

Автомобильный аккумулятор AGM заменяет «обычный» на 100%. Нужна ли такая замена, если автомобилю хватает исправной штатной батареи - другой вопрос. А вот обратная замена, конечно же, неполноценна - она может применяться на практике только в безвыходной ситуации и как временный вариант.

Правда ли, что автомобильный аккумулятор AGМ на 50 А ч можно применять вместо обычного на 90 А ч?

Это, извините, чепуха. Как можно почти вдвое уменьшить заряд и говорить, что разницы не будет? Потерянные ампер-часы не компенсирует никакая технология, даже AGM.

Верно ли, что большой ток батареи AGМ может погубить стартер автомобиля?

Конечно же, нет. Ток определяется сопротивлением нагрузки, а в данном случае - стартера. И даже если автомобильный аккумулятор может выдать ток в миллион ампер, стартер возьмет себе ровно столько, сколько и от обычной батареи. Нарушить закон Ома ему не под силу.

На каких авто нежелательно применять AGM?

Такого ограничения нет. Даже если рассматривать древние машины с абсолютно неисправным реле-регулятором и нестабильным напряжением в сети, то и в этом случае автомобильный аккумулятор AGM помрет не раньше обычного, а даже позже. Предельное напряжение, выше которого возможны неприятности, составляет примерно 14,5 В для обычных батарей и 14,8 В для AGM.

Какой автомобильный аккумулятор сильнее боится глубокого разряда - AGМ или обычный?

Обычные. После 5–6 глубоких разрядов они могут окончательно «обидеться», в то время как для AGM это число практически не ограничено.

Можно ли считать автомобильный аккумулятор AGМ полностью необслуживаемым?

Это вопрос устоявшейся терминологии, работающей больше в пользу пиара, нежели науки. Строго говоря, этот термин некорректен - как для батарей AGM, так и для любых других автомобильных аккумуляторов. Полностью необслуживаемой можно называть разве что пальчиковую батарею АА, а любой свинцовый автомобильный аккумулятор таковым, вообще говоря, не является. Даже лидер технологии - батарея AGM - является герметичной, скажем так, на 99%, но не на все 100%. И такую батарею все-таки нужно обслуживать - проверять заряженность, подзаряжать при необходимости и т.п.

Чем гелевые батареи отличаются от AGM?

Как минимум тем, что гелевых автомобильных аккумуляторов… не существует! Вопрос порожден устоявшейся неверной терминологией: гелевые батареи применяют, например, в электропогрузчиках или поломоечных машинах. Электролит в них, в отличие от обычных автомобильных аккумуляторов с жидкой кислотой, находится в загущенном состоянии. В аккумуляторных батареях с технологией AGM электролит связан (пропитан) в специальном сепараторе из стекловолокна.

Заметим, что популярнейшая батарея Optima - тоже AGM, а вовсе не гелевая.

Что такое резервная емкость батареи?

Этот параметр показывает, долго ли холодной дождливой ночью продержится автомобиль, у которого испортился генератор. Эксперт скажет иначе: за сколько минут напряжение на клеммах батареи, выдающей в нагрузку ток 25 А, снизится до 10,5 В. Измерения проводят при температуре 25 °С. Чем выше результат, тем лучше.

Надеемся, что наши советы помогут вам выбрать нужную батарею и освежить в памяти любопытную «аккумуляторную» информацию.

Удачи на дорогах!

Средний срок службы автомобильного аккумулятора принято считать равным 5 годам. Конечно, это зависит от множества факторов, и в первую очередь от самого владельца автомобиля. Но рано или поздно менять придется любой, и здесь разнообразие предложений в магазинах может вогнать в ступор. Стоит попробовать разобраться, что же сейчас может нам предложить промышленность в выборе аккумулятора.

Типы аккумуляторов (АКБ)

Схема свинцово-кислотного аккумулятора

Устройство свинцово-кислотного аккумулятора просто: в каждой его ячейке две пластины из свинца находятся в растворе серной кислоты. Такой имеет много достоинств: дешев в изготовлении, способен отдавать большой ток в импульсном режиме, что при запуске двигателя является критичным фактором, способен переносить значительные перепады температуры. Именно поэтому до сих пор в автомобилестроении этот тип АКБ доминирует.

Однако минусы у классического свинцово-кислотного аккумулятора не менее серьезны.

1. Во-первых, это значительное газообразование, особенно при перезарядке, что не позволяет делать батареи этого типа герметичными: при перевороте неизбежен пролив едкого электролита, его капли может выносить и водород, сам по себе взрывоопасный. Частично эта проблема решается сложными лабиринтными уплотнениями в так называемых «необслуживаемых» аккумуляторах.
2. Далее, эти аккумуляторы крайне тяжело переносят : пластины покрываются кристаллами сульфата свинца, их активная площадь снижается, а выпадающие в осадок кристаллы вновь освобождают свинец для реакции с кислотой – пластины необратимо разрушаются.
3. И, наконец, образование водорода во время зарядки вынуждает регулярно доливать в АКБ дистиллированную воду, поэтому важно знать .

Видео: Необслуживаемый аккумулятор VARTA переделываем в обслуживаемый

2. Необслуживаемые аккумуляторы

В необслуживаемых АКБ применяется модифицированный состав пластин – добавление кальция позволяет снизить выделение водорода до минимума, и доливки воды «кальциевые» аккумуляторы в процессе эксплуатации не требуют. Но, в отличие от классических батарей, они стали чувствительными к перезаряду: в «прокипевший» обычный аккумулятор можно долить воду, но владельцы необслуживаемых батарей этой возможности лишены. Кроме того, во многих батареях этого типа снижен объем пластин, из-за чего страдает ресурс.

Предпочтителен выбор не «чисто кальциевых» (Ca/Ca), а «гибридных» батарей (Ca+), где положительные электроды изготавливаются из сурьмянистого свинца и имеют увеличенную толщину – такие батареи заметно дольше не теряют свою емкость.

3. AGM-аккумуляторы

Борьба с разрушением пластин при глубоком разряде привела к появлению AGM-аккумуляторов: у них пространство между пластинами заполнено сорбентом, пропитанным электролитом. Естественно, «осыпаться» пластины AGM-аккумулятора уже не могут, такие батареи гораздо лучше обычных переносят удары и вибрации. Отсутствие риска осыпания позволяет делать пластины пористыми, а увеличенная площадь контакта с электролитом – это рост емкости и стартерного тока. Но риск повреждения при перезаряде здесь еще выше.

4. Гелевый аккумулятор

Предел развития технологии AGM – это , в которых сам электролит загущен соединениями кремния. Их главное достоинство – это возможность отдачи огромных токов в импульсном режиме и нечувствительность к глубокому разряду, но расплачиваться за это приходится наиболее высокой ценой. Такие батареи обычно применяются при тюнинге: как тяговые для лебедок, для питания мощных аудиосистем, благодаря небольшому весу при достаточной емкости устанавливаются на спортивные автомобили и мотоциклы.

Итак, какой же аккумулятор тогда выбрать? Ответ прост: владельцу старого автомобиля, где вполне вероятны неполадки генератора, повышенный разряд батареи штатной электрикой, лучше всего подойдет классический аккумулятор – он перенесет перезаряд из-за отказа реле-регулятора, может подзаряжаться от самого примитивного зарядного устройства и после глубокого разряда «реанимироваться» мощными импульсами тока.

При регулярном обслуживании он превзойдет по ресурсу необслуживаемый кальциевый, который гораздо лучше подойдет новому автомобилю. Рассматривать приобретение AGM-аккумулятора стоит тогда, когда каждый ампер-час емкости и ампер стартерного тока имеют значение, например, на автомобилях Infiniti, где моторы объемом в несколько литров запускаются компактными батареями.

Гелевый же аккумулятор – это дорогостоящее приобретение, которое будет оправдано только в тех случаях, когда действительно нужна экономия веса или получение максимальной токоотдачи.

Видео: 10 ЛУЧШИХ АККУМУЛЯТОРОВ ДЛЯ АВТО

Токоотдача

Для грубого сравнения двух батарей удобно оперировать током холодной прокрутки, обычно отображаемым согласно стандарту EN: это число определяет ток, который аккумулятор отдает при охлаждении до -18˚С с максимальным снижением напряжения до 7,5В на 10 секунде. Однако для реальной зимней эксплуатации важнее понятие резервной емкости : времени, которое АКБ может отдавать ток фиксированной величины. Эти характеристики часто полярны: аккумулятор, способный отдать большой ток в одном импульсе, быстро высаживается под постоянной нагрузкой, в то же время батарея с меньшей импульсной токоотдачей с меньшей вероятностью «умрет» от включенного зажигания в промежутке между прокрутками стартера.

Рейтинг аккумуляторов

Из наиболее распространенных в продаже батарей попробуем выбрать наиболее лучшие модели 2016 года. Для адекватности сравнения выберем батареи наиболее популярной емкости – 65 ампер-часов.

Классические свинцово-кислотные аккумуляторы

Регулярный победитель тестов различных автомобильных изданий не может похвастаться сверхсовременными технологиями, но ему это только на пользу: толстые пластины гарантируют хороший ресурс, батарея демонстрирует отличную токоотдачу на морозе – а покупателям, выбирающим бюджетный аккумулятор, эти параметры наиболее важны. Кстати, приблизительно оценить ресурс батареи можно простым взвешиванием: легковесные тонкие пластины гораздо чувствительнее к сульфатации и воздействию вибраций. «Тюмень», весящая почти 17 килограммов, может поспорить с именитыми брендами, которые свинец явно экономят.

Минусы аккумулятора нельзя назвать критичными: неудобная ручка (для его веса даже кажущаяся излишне хлипкой), отсутствие «глазка» ареометра – но, с другой стороны, здесь можно элементарно, открутив пробки.

Еще одна отечественная батарея по цене дороже, чем «Тюмень Премиум», хотя по заявленному стартерному току слабее (540 А против 590). Однако вес у нее даже больше 17 килограммов, что является хорошей заявкой на длительный ресурс – и по отзывам владельцев батарея действительно выдерживает несколько лет работы без значительных отклонений емкости или тока холодной прокрутки.

Из недостатков стоит отметить отсутствие центральной вентиляции: каждая банка аккумулятора «дышит» через свое вентиляционное отверстие в пробке, загрязнение может привести к вздутию или даже «отстрелу» пробки во время заряда большим током – например, после прикуривания автомобиля зимой. Стоит следить за чистотой батареи.

Необслуживаемые кальциевые батареи

По соотношению цены к качеству эти батареи не первый год удерживают уверенные лидерские позиции. При их производстве только отрицательные электроды легируются кальцием, в то время как положительные изготавливаются из классического сурьмянистого сплава. Это, в свою очередь, гарантирует аккумуляторы отличный ресурс даже при частых глубоких разрядах, что подтверждает и практика.

Для жителей северных регионов особенно актуальным будет стойкость аккумулятора к морозу – заявленный ток холодной прокрутки он может отдавать достаточно долго, чтобы уверенно запустить исправный двигатель.

Турецкий производитель в тестах чаще всего оказывается стабильным «середнячком» — не показывая лидерских результатов ни по стартерному току, ни по резервной емкости на морозе, он может демонстрировать достойное уважения постоянство характеристик независимо от партии или года выпуска. Для серии Calcium Silver это утверждение более чем справедливо – покупка этого АКБ гарантирует уверенность в его работоспособности на несколько лет без необходимости в каком-либо обслуживании. Добавим к этому и достаточно бюджетную цену. По массе свинца Mutlu, кстати, превосходит Varta почти на полкилограмма.

Аккумуляторы AGM

Эта линейка аккумуляторов разрабатывалась специально для автомобилей с системой «старт-стоп», где батареям приходится часто отдавать импульсные токи большой величины и быстро восполнять заряд. Поэтому неудивительно, что и на обычных автомобилях в режиме коротких поездок по городу она демонстрирует отличную работоспособность.

Зимние испытания аккумулятор проходит уверенно: здесь расчет на быструю и частую токоотдачу тоже работает «на руку»: хотя при длительной прокрутке обороты стартера и падают, но после небольшой паузы Varta способна крутить двигатель бодрее многих аналогов из своей ценовой категории. Даже если вспомнить о добавочном весе наполнителя, на весах аккумулятор тоже выглядит солидно – 17,6 кг: технологии технологиями, а без достаточных размеров и толщины пластин добиться таких характеристик не вышло бы (а заявленный стартерный ток в 680 А для АКБ емкостью 60 А*ч – это рекордный показатель).

Главный недостаток этого аккумулятора – цена, которая многих покупателей отпугнет. Тем не менее, по своим характеристикам он заслуживает внимания, и в первую очередь – по резервной емкости зимой: для автомобилей с большим объемом двигателя, и особенно дизельных. Заявленный ток холодной прокрутки здесь – 640 А, и АКБ уверенно выполняет обещания производителя. По весу батарея не проигрывает Varta, также являясь одной из самых тяжеловесных в своем классе.

АКБ или аккумуляторные батареи – это оборудование, которое состоит из нескольких аккумуляторов. Оно может накапливать, хранить и расходовать энергию. Благодаря обратимости химических процессов, происходящих внутри аккумулятора, такие устройства могут заряжаться и разряжаться многократно.

Сфера применения аккумуляторов весьма обширна. Они применяются в автомобилях и различной бытовой технике, например, в пультах ДУ и ноутбуках. Но также и в качестве резервных источников питания в медицинской сфере, производстве, космической отрасли, дата-центрах.

Виды и типы АКБ

Сегодня производят около 30 типов аккумуляторов. Такое большое количество обуславливается возможностью применять в качестве электродов и электролитов различные химические элементы. Именно от материала электрода и состава электролита зависят все характеристики аккумулятора.

Мы не будем приводить все типы, а лишь дадим небольшую таблицу с описанием наиболее распространенных:

Устройство

1 — Отрицательный электрод
2 — Разделительный слой
3 — Положительные электроды
4 — Отрицательный контакт
5 — Предохранительный клапан
6 — Положительные электроды
7 — Положительный контакт

Аккумуляторные батареи состоят из нескольких банок аккумуляторов, соединенных либо параллельно, либо последовательно. Последовательное соединение применяют в целях увеличения напряжения, а параллельное для увеличения силы тока.

Каждый из отдельно взятого аккумулятора в АКБ состоит из двух электродов и электролита, помещенных в корпус из специального материала.

Электрод с отрицательным зарядом – анод, с положительным зарядом – катод. Анод содержит восстановитель, катод – окислитель. Внутри корпуса аккумулятора стоит разделительная пластина, которая не позволяет электродам замыкаться.

Электролит – водный раствор, в который погружены оба электрода.

При разрядке аккумулятора восстановитель анода начинает окисляться и выделяются электроны. Электроны затем попадают в электролит и оттуда движутся к катоду, при этом создавая разрядный ток. Попадая в катод электроны восстанавливают его окислитель. Простыми словами можно описать процесс так: электроны идут от отрицательного электрода к положительному и создают разрядный ток.

При зарядке аккумулятора электроды меняются своим химическим составом и происходит обратная реакция. Электроны здесь двигаются от положительного анода к отрицательному катоду.

Особенности разных типов АКБ

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Разработан Гастоном Планте в 19 веке. Эти аккумуляторные батареи сегодня наиболее актуальны благодаря дешевизне и универсальности. Сфера их применения обширна ввиду большого количества разновидностей этого типа. В качестве отрицательно заряженных электродов здесь используется оксид свинца. Положительные электроды выполняются из свинца. Электролит – серная кислота.

У свинцовых-кислотных батарей есть следующие разновидности:

• LA – аккумуляторы с напряжением 6 или 12 Вольт. Традиционное устройство для осуществления запуска двигателей автомобилей. Требуют постоянного обслуживания и вентиляции.
• VRLA – напряжением 2, 4, 6 или 12 Вольт. Клапанно-регулируемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея. Как видно из названия этот АКБ укомплектован разгрузочным клапаном. Его роль – минимизировать выделение газа и расход воды. Такие батареи можно устанавливать в жилых помещениях.
• AGM VRLA – как и предыдущий тип оснащен клапаном, но имеет совсем другие свойства. В аккумуляторах, сделанных по технологии AGM роль сепаратора играет стекловолокно. Его микропоры пропитаны жидким электролитом. Такие АКБ не требуют обслуживания и устойчивы к вибрациям.
• GEL VRLA – подвид свинцово-кислотных аккумуляторов с гелеобразным электролитом. Благодаря этому увеличен их ресурс заряда/разряда. Не требуют обслуживания.
• OPzV – герметичные аккумуляторы используемые в области телекоммуникации и для аварийного освещения. Электролит, как и в предыдущем случае гелевый. В электродах содержится кальций, благодаря которому срок службы такого типа батарей – 20 лет.
• OPzS – катод таких аккумуляторов имеет трубчатую структуру. Это существенно повышает циклический ресурс этого типа батарей. Служит также около 20 лет. Выпускается в виде АКБ с напряжением от 2 до 125 В.

Литий-ионные аккумуляторы

Был впервые выпущен Sony в 1991 году и с тех пор активно применяется в бытовой технике, электронных устройствах. Практически все мобильные телефоны, ноутбуки, фотоаппараты и видеокамеры оснащены таким видом батарей. Роль катода здесь играет литий-ферро-фосфатная пластина. Отрицательный анод – каменноугольный кокс. Положительный ион лития переносит заряд в таких батареях. Он может проникать в кристаллическую решетку других материй и образовывать с ними химическую связь. Преимуществом этого типа является высокая энергоемкость, низкий саморазряд и отсутствие нужды в обслуживании.

Литий-ионные аккумуляторные батареи также, как и их свинцовые аналоги имеют большое количество подтипов. В данном случае подтипы отличаются между собой составом катода и анода. Напряжение литий-ионных аккумуляторов варьируется в пределах от 2,4 до 3,7 В.

Одним из самых известных подтипов является литий-полимерные аккумуляторные батареи. Они появились сравнительно недавно и быстро завоевал популярность. Она обусловлена тем, что в литий-полимерных батареях используется твердый полимерный электролит. Это позволяет создавать батареи любой формы. При этом стоимость этих батарей всего лишь на 15% выше обычных литий-ионных.

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.

Виды аккумуляторных батарей

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.

Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.

Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.

Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).

Типы свинцово-кислотных батарей

Lead–Acid , обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.

Valve Regulated Lead–Acid (VRLA) , необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.

Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA) , необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.

Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.



Рисунок №4.

GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA) , необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.

Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.



Рисунок №5.

OPzV , необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.

Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.

Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.


Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

OPzS , малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.

Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.

Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.

Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.



Рисунок №7.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.

Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.

Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.

Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.

Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.

Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.

Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.

Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.

Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.

На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.



Рисунок №10.

Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.

Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.

На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.



Рисунок №11.

Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д.

Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.

Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.

NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.



Рисунок №12.

Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.



Рисунок №13.

Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.



Рисунок №14.

Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.

Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.

Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.



Рисунок №15.

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.

В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.

Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.

Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.

Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.

В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.

Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.

Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:

время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;

время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;

время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.

Никелево-железные аккумуляторные батареи

Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».

Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.

Принцип действия никелево-железных батарей

Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество

Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.

Сегодня можно встретить гелевые, щелочные, гибридные автомобильные аккумуляторы, но объединяет их одно - все они отвечают за запуск мотора, без которого наш железный конь просто-напросто не сдвинется с места.

Устройство и функции АКБ

Этот очень важный элемент выполняет три основные функции, благодаря которым и осуществляется старт, а также дальнейшее движение. Причем неважно, какую «начинку» имеет аккумулятор, установленный на авто, без него мотор не завести. Кроме того, в функции АКБ входит питание некоторых электрических устройств во время неработающего двигателя. Также современные автомобили, можно сказать, напичканы самыми разными девайсами, такими, как магнитола, авторегистраторы, навигаторы, сигнализации, и довольно часто генератор может не справляться с нагрузкой. В подобной ситуации опять на помощь приходит незаменимая батарея.

Устройство автомобильного аккумулятора довольно простое, поэтому и ломается он очень редко, чаще всего встречается ситуация, когда происходит разрядка из-за чрезмерной нагрузки. По сути, он является гальваническим элементом, в котором происходят обратные химические процессы. Таким образом, если он разрядился, то необходимо пропустить через него электрический ток в обратном направлении. Электроэнергия тогда преобразуется в химическую, и все необходимые активные вещества, израсходованные до этого, восстановятся. И тогда он сможет снова питать устройства авто.

Типы автомобильных аккумуляторов – современное разнообразие

Сегодня существуют обслуживаемые и необслуживаемые виды автомобильных аккумуляторов. Первые встречаются довольно редко из-за своих недостатков. Прежде всего, их положительный заряд переходит постепенно в отрицательный, что способствует быстрой разрядке. Кроме того, во время движения по нашим неидеальным дорогам происходит вытекание электролита, что также способствует выходу из строя батареи. При этом у них есть и одно достоинство, их легко не только разрядить, но и .

Устройство АКБ второго типа не имеет вышеуказанных минусов. К таким моделям относятся гелевые конструкции, которые не нуждаются в дополнительной доливке, так как данная субстанция довольно плотная по своей консистенции и никогда не просачивается. Таким образом, его можно установить в любом удобном положении, это никак не отразится на работоспособности. Также существуют и батареи AGM, в которых сгущение кислоты достигается с помощью использования стекловолокна.

Такая АКБ очень подвержена негативному влиянию вышедшего из строя электрооборудования, поэтому важно следить за его состоянием.

Кроме того, можно различать и следующие типы автомобильных аккумуляторов:

• малосурьмянистые, в составе которых только свинцовые пластины, они очень быстро разряжаются из-за выкипания воды, находящейся в электролите;
• гибридные, состоящие из малосурьмянистых положительных пластин и отрицательных свинцово-кальциевых, такие батареи наиболее распространены в автомобилестроении и разряжаются намного медленнее, нежели их предшественники;
• кальциевый тип АКБ, в этом случае и положительными, и отрицательными являются только лишь кальциевые пластины, их саморазрядка на целых 70 % меньше, чем у малосурьмянистых, однако и зарядить их будет невероятно трудно.

Маркировка автомобильных аккумуляторов – читаем шифры

Чтобы знать, что мы приобретаем, на каждом заводе-изготовителе в обязательном порядке осуществляется маркировка автомобильных аккумуляторов, она и дает всю необходимую информацию об АКБ . Так, первая цифра всегда указывает число аккумуляторных ячеек, их может быть 3 или 6. В зависимости от этого, номинальное напряжение батареи составляет 6 или 12 В. Далее идут буквы СТ, расшифровываются, как стартерная. Следующее число указывает емкость и обозначается в ампер-часах.

Кроме этого, маркировка АКБ содержит и дополнительную информацию. «А» говорит о наличии общей крышки, буква «З» означает, что батарея залитая, если же ее в обозначении нет, то это сухозаряженный аккумулятор. Следующие буквы дают информацию о материале, из которого сделан корпус: «Э» – эбонит, «Т» – термопластик. Если увидите «М», то сепаратор сделан из поливинилхлорида, а «П» свидетельствует о наличии этой детали из полиэтилена.

Как выбрать автомобильные аккумуляторы?

После изучения прилавков на предмет того, какие бывают автомобильные легковые и грузовые аккумуляторы (для грузовых автомобилей и для легковушек), становится понятно, что при покупке следует руководствоваться параметрами транспортного средства. Найти их можно в инструкции по эксплуатации. В первую очередь необходимо обращать внимание на емкость АКБ, которая отображает способность батареи питать электронные устройства при неисправном генераторе.

Самым популярным считается автомобильный аккумулятор 90 А/ч, но это не универсальный параметр, поэтому заглядывайте в документацию машины перед походом в магазин. Чтобы исключить долгий процесс подбора, покупки и , возьмите старый агрегат с собой в магазин. Еще необходимо учитывать и то, что сейчас на рынке полно разных подделок, поэтому, покупая АКБ, обязательно нужно следить за тем, чтобы была указана страна производителя, завод и дата изготовления.

Кроме того, среди комплектующих должен быть технический паспорт, да и на корпусе не допускается наличие никаких дефектов. Часто можно встретиться с проблемой, когда габариты батареи не подходят под гнездо, которое отведено ей под капотом . Поэтому лучше указать консультанту при покупке технические параметры авто, чтобы найти модель аккумулятора по каталогу. Но и это не всегда срабатывает, почему-то критическими становятся буквально пара миллиметров, и батарея уже не ставится на место. Оптимальный выход – принести старую АКБ в магазин, но это не всегда просто, ведь имеет данный агрегат весьма ощутимую массу.