Хотя внешне аккумуляторные батареи часто кажутся практически одинаковыми, их внутреннее устройство может существенно различаться. Эти различия обусловлены производственными технологиями, и не всегда есть возможность заменить один тип батареи на другой. В данном обзоре мы рассмотрим их основные отличия, а также преимущества и недостатки каждого вида.
Основная функция автомобильного аккумулятора проста и очевидна: он обеспечивает запуск двигателя и поддерживает работу электрических и электронных систем автомобиля в моменты, когда двигатель не работает. Однако, учитывая разнообразие двигателей, количество бортовых потребителей и режимы работы силовых установок в различных моделях автомобилей, конструкции аккумуляторных батарей также адаптируются под предъявляемые к ним требования. Именно эти различия формируют основу современных классификаций.
Свинцово-кислотные с напряжением 12 вольт
Примерно с 1920-х годов, когда в автомобилях появились электрические стартеры и возникла потребность в их электропитании, в качестве стартерных аккумуляторных батарей стали применять свинцово-кислотные АКБ. Почему именно они? Без углубления в сложную химию и физику процессов (что было бы излишне академично), достаточно отметить, что эта комбинация обладает оптимальными характеристиками для условий и режимов автомобильной эксплуатации.
Также важно понимать, что АКБ не является цельной, монолитной батареей, а представляет собой совокупность отдельных последовательно соединенных секций (элементов или ячеек), которые в автомобильной среде часто называют «банками». Напряжение каждой полностью заряженной «банки» составляет 2,1 В, но номинально его принято считать равным 2 В. Таким образом, любая АКБ для легкового автомобиля, которая примерно с середины прошлого века имеет напряжение около 12 В, состоит из шести таких секций.
Опять же вопрос: почему именно 12 В? Потому что для легковых автомобилей, легкого коммерческого транспорта с бензиновыми двигателями, микроавтобусов и прочих сравнимых по мощности и затратам энергии на запуск транспортных средств это оптимальное значение. Использовавшихся прежде 6-вольтовых АКБ из-за активного внедрения более крупных моторов с более высокой степенью сжатия и требовавших для запуска больше электроэнергии перестало хватать, а ставить батареи с большим напряжением… С большим напряжением – 24 В – ставят на тяжелые грузовые автомобили с объемными дизельными двигателями, крупные автобусы и прочую технику, которой однозначно не хватит 12 вольт. Сегодня это по факту стандарт, в упрощенной форме выглядящий так: легковушка, бензин – 12 В, грузовик, дизель – 24 В.
То есть, использование АКБ с тем или иным напряжением определяется исключительно разумностью и целесообразностью, учитывая, что в итоге это напряжение все равно будет кратно двум – номинальному напряжению отдельной секции. И да, если ваша машина представляет собой концертный зал на колесах или выездной кинотеатр, вам может и двух грузовых 24-вольтовых батарей не хватить, чтобы, расположившись на поляне, осуществлять широкоформатное вещание на столпившуюся изумленную аудиторию.
Вот такие типчики
Современные стартерные аккумуляторные батареи для автомобилей делятся на две основные категории: с жидким электролитом и с иммобилизованным (не жидким) электролитом. Последние профессионально обозначаются как VRLA (Valve Regulated Lead-Acid), что означает свинцово-кислотные батареи с регулирующим клапаном, или как герметичные свинцово-кислотные (Sealed Lead-Acid – SLA). Следует отметить, что термин «герметичные» не должен вводить в заблуждение, так как большинство современных батарей с жидким электролитом также являются необслуживаемыми и герметичными, то есть не требуют долива воды и не подлежат вскрытию.
Многие автолюбители ошибочно полагают, что VRLA-батареи, включающие AGM-аккумуляторы и гелевые АКБ, являются относительно недавним изобретением. Однако их история насчитывает десятилетия. Первая свинцово-кислотная гелевая батарея была разработана компанией Elektrotechnische Fabrik Sonneberg ещё в 1934 году. А первая ячейка типа AGM, известная как Cyclon, была запатентована Gates Rubber Corporation (компанией, хорошо знакомой российским автомобилистам по приводным ремням) в 1972 году. Сегодня производство этой технологии осуществляется компанией EnerSys, которой принадлежат многие известные бренды в аккумуляторной индустрии.
Вот такие глубокие исторические корни у современных инноваций. Но давайте не спеша, чтобы ничего не перепутать, разберем по отдельности все варианты.
Классика жанра
Наиболее распространёнными и по-прежнему актуальными стартерными аккумуляторными батареями являются классические свинцово-кислотные АКБ с жидким электролитом. Их часто обозначают как WET (от англ. «влажный») или SLI (сокращение от «Starting, Lighting, Ignition» – запуск, освещение, зажигание) и устанавливают на подавляющее большинство автомобилей ещё на конвейере. В этих аккумуляторах электролит, представляющий собой раствор серной кислоты, свободно циркулирует между свинцовыми пластинами. Генерация электричества происходит благодаря химическим реакциям, детали которых мы здесь не рассматриваем.
Эти аккумуляторы ценятся за свою невысокую начальную стоимость, широкую доступность и относительно продолжительный срок службы, обычно составляющий от 3 до 5 лет. Они демонстрируют хорошую производительность в умеренном климате и полностью подлежат вторичной переработке. Однако у них есть и недостатки: некоторые модели (обслуживаемые, с пробками на крышке) могут требовать регулярного контроля плотности электролита с помощью ареометра и долива дистиллированной воды по мере её испарения. Кроме того, в процессе зарядки они выделяют водород, что обуславливает необходимость обеспечения адекватной вентиляции.
В необслуживаемой версии эти АКБ не требуют регулярных проверок и доливки. За счет легирования пластин каждой секции кальцием (подробнее об этом чуть позже) с течением времени в процессе эксплуатации они практически не теряют электролит. Причем неразборная герметичная конструкция настрого запрещает их вскрытие с целью доливки дистиллированной воды.
Эти АКБ оптимальны для старых автомобилей или тех, у которых нет современных электронных систем или системы «старт-стоп». Также стоит учитывать, что они довольно чувствительны к экстремальным температурам. Не только в отрицательном, но и в положительном диапазоне.
Резюмируем плюсы и минусы этого типа АКБ.
Плюсы:
- Доступный вариант, который хорошо подходит водителям с ограниченным бюджетом или владельцам старых автомобилей.
- Легко найти и заменить, широко представлены в магазинах автозапчастей и на онлайн-площадках.
- Обеспечивает достаточную мощность для запуска большинства двигателей в автомобилях с невысокими требованиями к электропитанию.
- В герметичном исполнении полностью исключается необходимость регулярного обслуживания.
- Полностью пригодны для вторичной переработки
Минусы:
- В негерметичной версии требуют частого обслуживания, в том числе долива воды и проверки плотности электролита.
- При повреждении существует риск расплескивания раствора серной кислоты.
- Срок службы минимальный, как правило, от 3 до 5 лет при нормальном использовании.
- Не подходят для энергоемких автотранспортных средств, а также автомобилей с системой «старт-стоп».
- Низкая виброустойчивость
- Имеют наименьшую плотность энергии по сравнению с другими типами.
EFB (Enhanced Flooded Battery)
«Усовершенствованные затопленные батареи» (как переводится название Enhanced Flooded Battery) характеризуются большей долговечностью по сравнению с классическими аккумуляторами WET/SLI и при этом имеют умеренную цену. В них пластины толще и как бы запечатаны в полиэфирную пленку. Она помогает стабилизировать активный материал пластин: защищает от сульфатации и как следствие – от осыпания активного материала при частых циклах разрядки-зарядки. Тем самым эта пленка позволяет продлить срок службы аккумулятора.
Собственно, именно поэтому батареи EFB можно рекомендовать к применению в автомобилях с базовыми системами «старт-стоп» и повышенными требованиями к электропитанию – по сравнению с обычными батареями они выдерживают большее количество циклов зарядки и обеспечивают более чем в два раза большую эффективность частичного и глубокого разряда. Кроме того, EFB-аккумуляторы обладают лучшей устойчивостью к вибрации и обеспечивают более глубокое восстановление после разряда. По стоимости и характеристикам они занимают промежуточное положение между стандартными АКБ с жидким электролитом и AGM-аккумуляторами.
Плюсы:
- Обеспечивает более длительный срок службы по сравнению с WET/SLI-аккумуляторами, составляющий от 4 до 6 лет.
- Эффективно поддерживает технологию «старт-стоп».
- Не требует обслуживания, что избавляет от необходимости проверять уровень и плотность электролита.
- Выдерживает вдвое больше циклов зарядки/разрядки, чем стандартные SLI-аккумуляторы.
- Повышенная виброустойчивость.
- Более быстрое принятие заряда – хорошо подходит для частых перезапусков двигателя.
- Выдерживает периодические глубокие разряды.
Минусы:
- Дороже обычных аккумуляторов с жидким электролитом, что может не соответствовать бюджету некоторых автовладельцев.
- Срок службы меньше, чем у AGM-аккумуляторов, которые часто используются в автомобилях с высокими требованиями к питанию.
AGM (Absorbent Glass Mat)
В AGM-аккумуляторах (от Absorbent Glass Mat – абсорбирующий мат из стекловолокна) используется не жидкий электролит а, как ясно из названия, – абсорбированный, то есть удерживаемый (впитанный) стекловолокном, проложенным между пластинами. Такая конструкция обеспечивает стопроцентную герметичность и возможность использовать АКБ в любом положении – хоть вверх ногами. Соответственно, и вибрации ему нипочем. Но главное их преимущество, конечно же, не в возможности показывать эквилибристические трюки за деньги, а в эксплуатационных характеристиках.
AGM-аккумуляторы быстрее заряжаются, хорошо переносят глубокие разряды, а также имеют более низкий уровень саморазряда. Это делает их отлично подходящими для современных транспортных средств с особо высокими требованиями к электропитанию и оснащенных продвинутыми системами «старт-стоп». В то же время эти свойства избыточны для очень многих автомобилей, в том числе выпускаемых и в наши дни.
Плюсы:
- Не требует обслуживания.
- Выдерживает в несколько раз больше циклов, чем классический аккумулятор с жидким электролитом.
- Полностью защищен от проливания даже в суровых условиях или при авариях/повреждениях.
- Хорошо противостоит вибрациям, что очень полезно для спецтехники и внедорожников, часто передвигающихся по пересеченной местности.
- Обеспечивает высокую производительность в холодную погоду благодаря высокому пусковому току.
- Срок службы аккумулятора составляет от 5 до 7 лет.
- Заряжается быстрее традиционных аккумуляторов, что повышает эффективность рекуперации энергии.
- Обеспечивает достойную работоспособность при экстремальных температурных режимах
Минусы:
- Самый дорогой тип АКБ.
- Требуется совместимая система зарядки, чтобы избежать повреждений или снижения эффективности.
- Чувствительны к перезарядке.
- Намного тяжелее других типов.
Гелевые АКБ
Гелевые аккумуляторы очень похожи на AGM, но вместо стекловолоконного мата в них используется гелеобразный электролит. Такая конструкция обеспечивает еще более высокую устойчивость к вибрации и экстремальным температурам. Однако гелевые аккумуляторы, как правило, имеют меньшую выходную мощность по сравнению с AGM-аккумуляторами и еще более чувствительны к перезарядке.
Плюсы:
- Отличная устойчивость к вибрации и экстремальным температурам.
- Не требует технического обслуживания
- Более длительный срок службы по сравнению с жидкостными свинцово-кислотными батареями, составляющий до 7 лет.
Минусы:
- Более низкая выходная мощность по сравнению с автомобильными AGM-аккумуляторами.
- Чувствителен к перезарядке.
- Дороже, чем традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы с жидким электролитом.
- Заряжаются медленнее.
- Могут не обеспечивать такую же мощность, как AGM-аккумуляторы
Но самый главный минус гелевых АКБ в том, что они с эксплуатационной точки зрения настолько классные, что, представляя собой отличный вариант для автомобилей, эксплуатируемых в сложных условиях, обычному водителю попросту не нужны. Поэтому в качестве стартерных АКБ для автомобиля вы их вряд ли когда-либо встретите. А то, что у нас обычно называется «гелевыми батареями», это по большей части все тот же AGM, который с каждым годом получает все большее и большее распространение благодаря усложнению и наращиванию энергоемкости бортовых систем.
Легирующие добавки
Во многом параллельной (но с частыми пересечениями) жизнью живет классификация по составу легирующих добавок, применяемых для производства положительных и отрицательных пластин, которые указываются в характеристиках АКБ через «/».
Самое классическое решение, используемое с незапамятных времен, – это сурьма: Sb/Sb. Но это технология прошлого, поскольку все «сурьмянистые» АКБ обычно обслуживаемые, ведь они очень сильно подвержены выкипанию электролита и сильному саморазряду, особенно при низких температурах. По сути, из плюсов у этой технологии только низкая цена да, может быть, устойчивость к глубоким разрядам, которыми сегодня, впрочем, никого не испугать. Ну и, конечно же, эти батареи отлично подходят почти совсем себя изжившему классу водителей – «подснежникам». После полугодового простоя и зарядки они будут вполне сносно функционировать.
Легирование кальцием Са/Са – технология, напротив, актуальная. Кальций-кальциевые аккумуляторы не требуют обслуживания и имеют низкий уровень саморазряда, но тут главное – четко следить за напряжением, потому что глубокие разряды им абсолютно противопоказаны. Они стимулируют сульфатацию, приводя к тому, что активный материал осыпается, и АКБ превращается в шлакоблок.
Чтобы повысить стойкость таких АКБ к глубоким разрядам, добавляют немного серебра: Ca/Ca + Silver. Помимо этого, как утверждают производители, серебро способствует снижению внутреннего сопротивления и увеличению скорости зарядки. Но, как вы знаете, оно не относится к дешевым металлам, поэтому его появление в составе значительно повышает цену аккумулятора.
Естественно, разработчики не могли обойтись и без попытки как-то совместить технологии, чтобы примерно уравнять преимущества и недостатки. Так появились хмурые гибриды: Sb/Ca. Получилось, честно говоря, не очень убедительно, потому что сделать их необслуживаемыми из-за наличия сурьмы по определению невозможно. А это сейчас одно из главных требований автомобильного сообщества.
***
Мы не просто так для общего развития рассказали о технологиях современных стартерных автомобильных батарей. Очень хочется, чтобы автолюбители сделали правильный вывод: не стоит гнаться за самыми дорогими и навороченными АКБ. И совсем не потому, что их цена высока, а потому, что их возможности очень большому количеству машин попросту ни к чему. К выбору АКБ надо отнестись вдумчиво и взвешенно, отдавая предпочтение наиболее подходящей вашему автомобилю технологии.
