Вопросы-Ответы​

<

Аккумулятор - химический источник тока, в котором энергия химической реакции многократно преобразуется в электрическую и наоборот. Таким образом, аккумулятор, имея возможность преобразовывать химическую энергию в электрическую, способен запасать ее и хранить в течение длительного времени. Заряжаясь, аккумулятор накапливает электрическую энергию, разряжаясь, отдает ее потребителю.

Первый аккумулятор (прототип современного свинцово-кислотного) был создан в 1860 г. Гастоном Планте и представлял собой две свинцовые полосы, разделенные пористым изолятором и помещенные в раствор серной кислоты. Выполненный по такой схеме единичный аккумуляторный элемент способен обеспечивать напряжение на выходе около 2 вольт. Емкость такого аккумулятора была невелика, и рабочие характеристики достигались только после многократных зарядно-разрядных циклов. Аккумулятор, аналогичный по своей конструкции современному, был создан в 1881 г. Пластины в нем представляли собой пакеты свинцовых решеток с запрессованной в них активной массой - пастой двуокиси свинца. Точно также и в современном свинцово-кислотном аккумуляторе активными веществами являются свинец и двуокись свинца, а электролитом - водный раствор серной кислоты.

В настоящее время помимо аккумуляторов "классической" конструкции (с жидким электролитом), так называемые SLI батареи, существуют также гелевые аккумуляторы и батареи, созданные по технологии AGM, а также по технологии EFB.

Гелевые батареи - это модификация стандартных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, в которых вместо жидкого электролита используется так называемый "загущенный": в электролит добавляется загуститель, в результате чего он переходит из жидкого состояния в гелеобразное. "Гелеобразность" электролита предотвращает возможность его выливания и исключает газовыделение в процессе эксплуатации батареи. Основной же недостаток, присущий гелевым батареям, - повышенное внутреннее сопротивление (следствие того, что электролит менее текучий). Это препятствует получению высоких токов, и именно поэтому гелевые батареи мало применяются в качестве стартерных автомобильных батарей и используются, в основном, в качестве резервных источников питания.

Батареи, созданные по EFB-технологии, являются промежуточным звеном между батареями "классической" конструкции (SLI) и AGM-батареями и характеризуются следующими свойствами:

• В 2 раза выше устойчивость к циклированию по сравнению с SLI батареями благодаря пленкам из полиэстера, нанесенным на положительные пластины.

• Улучшенный прием заряда.

• Повышенная плотность активной массы по сравнению с SLI батареями.

• Повышенный пусковой ток.

Пример применения технологии EFB - VARTA Blue Dynamic EFB (прежнее название - Start-Stop EFB).

Батареи конструкции AGM, к которым относятся, в частности, аккумуляторы OPTIMA, VARTA Silver Dynamic AGM (прежние названия - Start-Stop Plus и ULTRA Dynamic), BOSCH S5 AGM (прежнее название S6 HighTech), ENERGIZER Premium AGM, ATLAS ABX AGM, а также мотоциклетные аккумуляторные батареи VARTA Powersports AGM (FUNSTART AGM) и BOSCH M6 AGM, - это другой тип батарей, которые, с одной стороны, имеют положительные свойства гелевых батарей - способность работать в любом положении и отсутствие газовыделения при нормальном режиме эксплуатации - и одновременно с этим лишены присущих гелевым батареям недостатков.

Технология AGM (Absorbed Glass Mat) предполагает, что электролит в корпусе батареи находится не в свободном жидком или гелеобразном виде, а абсорбирован в высокопористой волокнистой стеклоткани-сепараторе, плотно прижатой к пластинам (при этом сам электролит – жидкий). В результате достигается высокая степень контакта электролита с активной массой пластин и, как следствие, снижается собственное сопротивление батареи.

AGM-батареи имеют совершенно уникальные эксплуатационные свойства:

• Существенно более высокие пусковые характеристики по сравнению с батареями SLI и более высокие по сравнению с EFB-аккумуляторами.

• AGM-батареи выдерживают в 3-4 раза больше циклов разряда-заряда, чем обычные свинцово-кислотные стартерные батареи.

• AGM-батареи способны выдерживать более глубокие разряды: если обычные свинцово-кислотные стартерные батареи можно разряжать на 10-15 % без возникновения необратимых повреждений, то AGM-батареи – на 25-30 %. Это означает, что AGM-батареи без участия генератора способны снабжать электропитанием более энергоемкие системы автомобиля.

• AGM-батареи принимают заряд в два-три раза быстрее, т.е. после разряда быстрее заряжаются до 100 %. Вследствие этого удается избежать длительно нахождения батареи в недозаряженном состоянии, что крайне губительно для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Аккумуляторные батареи OPTIMA, обладая всеми преимуществами технологии AGM, отличаются еще и тем, что пластины в них не прямоугольные и плоские (как в батареях "классической" конструкции), а представляют собой длинные ленты, плотно скрученные в рулон (инновационная система SPIRALCEL®-TECHNOLOGY).

Вследствие использования такой конструкции батареи OPTIMA могут не только безопасно работать в любом положении и выдерживать вибрации, которые не может выдержать ни одна батарея "классической" конструкции, но и способны работать с поврежденным корпусом, например, с пробоинами. Конструкция SPIRALCEL®-TECHNOLOGY дает возможность использовать такие батареи не только в качестве стартерных и не только в автомобилях, но и для питания электроприборов, а также в качестве бортовых источников тока на катерах и яхтах. Кроме перечисленных преимуществ батареи OPTIMA имеют еще более высокие пусковые характеристики (ток холодной прокрутки) и более продолжительный срок службы.

Стандартная современная 12-вольтовая автомобильная аккумуляторная батарея выполнена из шести последовательно соединенных между собой блоков разноименно заряженных пластин, каждый из которых и представляет собой простейший аккумулятор с выходным напряжением около 2 вольт. Положительно заряженная пластина (электрод) представляет собой свинцовую решетку с активной массой из двуокиси свинца (PbO₂), а электрод со знаком минус - решетку с активной массой из губчатого свинца (Pb). Полублоки разноименно заряженных пластин вставляются друг в друга. Во избежание возникновения короткого замыкания между пластинами, их разделяют пористыми сепараторами из изоляционного материала. Собранные блоки помещаются в корпус и заливаются электролитом (раствором серной кислоты плотностью 1,27-1,29 г/см³). Полюса (баретки) крайних элементов соединяются с расположенными снаружи корпуса контактными выводами - борнами.

Если к аккумулятору подключить нагрузку, то свинцовые пластины с активной массой, электролит и нагрузка образуют замкнутую цепь. Внутри аккумулятора начинается химическая реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет менять первоначальный состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат свинца PbSO₄), а плотность электролита начинает падать. В итоге в цепи образуется направленное движение ионов, и течет электрический ток. Такой процесс представляет собой разряд аккумулятора. При подключении к аккумулятору внешнего источника тока начинается обратный процесс - заряд. При заряде активная масса пластин восстанавливает свой первоначальный состав, плотность электролита растет. Эти химические процессы можно описать следующими уравнениями:

- на положительной пластине: PbO₂ + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂O + 2e;

- на отрицательной пластине: Pb + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂ - 2e.

Количество запасаемой аккумулятором энергии (емкость акб) определяется объемом активной массы и электролита.

Поскольку автомобильная 12-вольтовая аккумуляторная батарея состоит из шести аккумуляторных элементов, соединенных в батарею последовательно, то по сути устройство, в повседневном обиходе называемое «аккумулятор», на самом деле - батарея из нескольких аккумуляторов.

Впервые серийно аккумуляторные батареи стали устанавливать на автомобили Cadillac в 1912 г. На первых автомобилях аккумуляторные батареи были снимаемые, т. к. из-за отсутствия бортового генератора после разряда их приходилось подзаряжать от внешнего источника тока.

В автомобиле аккумуляторная батарея выполняет три функции: во-первых, запускает двигатель, во-вторых, питает бортовые электрические устройства в то время, когда двигатель не работает, и, наконец, при работающем двигателе помогает генератору, когда тот не справляется с нагрузкой в бортовой электрической сети.

Современная аккумуляторная батарея состоит из следующих основных частей:

• моноблок (корпус), служащий резервуаром для электролита;
• крышка;
• пластины;
• сепараторы;
• соединительные выводы.

Моноблок

Первоначально корпус (моноблок) аккумуляторной батареи был деревянным, выложенным внутри листовым свинцом, затем - эбонитовым. Первые корпуса аккумуляторных батарей из синтетических материалов появились в 1941 г. (их начала производить австрийская фирма BAREN), а полипропилен для изготовления корпусов начала использовать американская фирма Johnson Controls. В настоящее время все современные аккумуляторные батареи имеют полипропиленовые корпуса, исключение составляют устаревшие модели, в основном производимые в России с моноблоками из эбонита. Эбонитовый корпус не имеет ни одного бесспорного достоинства, но ему присущи два крупных недостатка: большая масса и нетехнологичность производства. Внутри моноблок любой аккумуляторной батареи разделен на ячейки (три или шесть, в зависимости от напряжения батареи - 6 В либо 12 В) для отдельных блоков пластин.

Крышка

Крышка корпуса закрывает межэлементные соединения батареи и плотно прикрепляется (приваривается) к моноблоку. В обслуживаемых и малообслуживаемых батареях в крышке могут располагаться индикатор уровня плотности электролита (косвенно свидетельствующий о степени заряженности того аккумулятора, в банке которого индикатор установлен) и отверстия для контроля уровня и доливки электролита, закрываемые пробками. Для того чтобы избежать повышения давления внутри закрытого корпуса (т. к. в процессе заряда аккумулятора происходит электролиз находящейся в электролите воды, при этом на положительной пластине выделяется кислород, а на отрицательной - водород) в крышке (или в пробках) выполнены специальные газоотводные каналы. В современных батареях газоотводные каналы имеют форму лабиринта, позволяющего задержать внутри корпуса капли электролита, уносимые газом, и возвратить их в электролит. Тем самым с одной стороны устраняется выход во внешнюю среду вредных кислотных испарений, а с другой - предотвращается потеря электролита. В батареях устаревших конструкций (например, с эбонитовыми корпусами) общая крышка отсутствует, ее роль выполняет мастика, которой заливаются межэлементные перемычки.

Пластины

Пластины аккумулятора обеспечивают протекание основных электрохимических процессов работы батареи. Пластины аккумулятора представляют собой свинцовые решетки с нанесенной на них активной массой. Изначально активная масса решетки представляет собой порошок из мелко размолотого свинца с добавлением легирующих материалов, придающих пластинам необходимые технологичные свойства. Раньше в качестве основного легирующего материала применялась сурьма, сейчас используются сложные сплавы, рецепты которых ведущие мировые производители держат в секрете. В процессе формировки, представляющем собой многократный цикл заряда-разряда, активная масса пластин приобретает кристаллическую структуру, необходимую для правильного функционирования аккумулятора (активная масса положительной пластины преобразуется в PbO₂, отрицательной - в Pb). Химическая реакция между активной массой и электролитом происходит на поверхности частиц активной массы, поэтому ее делают пористой, чтобы материал хорошо пропитывался электролитом и в реакции участвовал его максимальный объем. Кроме того, большинство фирм-производителей батарей разрабатывают свою рецептуру легирующих примесей, позволяющих улучшить характеристики пластин. Состав таких примесей и рецептуры результирующих сплавов в значительной степени определяют, насколько надежно и долговечно будет работать аккумулятор.

Сепараторы

Для предотвращения короткого замыкания между разноименно заряженными пластинами между ними располагается изолятор - диэлектрическая прослойка, называемая «сепаратор». На первых аккумуляторах сепаратор представлял собой тонкий лист шпона, позже шпон заменили стекловолокно и микропористый эбонит (мипор). Современные сепараторы изготавливают из микропористой пластмассы (мипласта). В современных батареях сепаратор выполнен в виде конверта, надетого на положительные пластины. Это позволяет повысить надежность аккумуляторных батарей, так как в этом случае оплывающая в процессе длительной работы батареи с положительных пластин активная масса («шлам») остается внутри конверта, а не оседает на дно корпуса и не достигает отрицательных пластин (в результате чего происходит короткое замыкание). Кроме того, конверт-сепаратор дает возможность устанавливать пластины прямо на дно моноблока, что позволяет увеличить объем эффективно используемого электролита при тех же габаритах батареи. В батареях без конверта-сепаратора во избежание короткого замыкания между пластинами блоки пластин устанавливаются на специальные ребра на дне моноблока, в результате чего создается так называемое «шламовое пространство». Это увеличивает габариты батареи и снижает ее надежность. Появление конверта-сепаратора, наряду с изменением рецептуры сплава решеток пластин, позволило создать мало- и необслуживаемые батареи.

Соединительные выводы

Элементы батареи соединяются между собой последовательно с помощью межэлементных соединений (МЭС). Существуют два основных типа МЭС:

• традиционные МЭС, при которых элементы соединяются между собой поверх крышки аккумуляторных батарей. В настоящее время этот вид МЭС применяется в некоторых отечественных батареях и батареях для тяжелых грузовиков (исполнение Heavy Duty);
• МЭС, при которых соединение бареток проходит через стенки секций посредством контактной сварки.

Борны (выходящие наружу корпуса электрические контакты) батарей изготавливаются из свинца и имеют стандартизованные размеры. Расположение, тип и размер выводов следуют из применяемости батарей и указываются в каталогах. Также из каталога аккумуляторных батарей можно узнать размер моноблока и тип фланца крепления моноблока к корпусу автомобиля.

Ряд автомобилей требуют специфического типа моноблока (японские автомобили, некоторые модели BMW) или специфических выводов (японские автомобили с тонкими клеммами и автомобили Ford прежних моделей). Обозначение батареи в каталоге, соответствующее данной модели автомобиля, однозначно указывает на наличие или отсутствие вышеуказанных специфических особенностей.

В зависимости от конструктивных особенностей аккумуляторные батареи можно разделить на три типа:

• обслуживаемые;
• малообслуживаемые;
• полностью необслуживаемые.

Ниже приведена сравнительная диаграмма снижения напряжения холостого хода у аккумуляторных батарей различной конструкции в процессе их хранения без подзарядки:

• Antomin 2,3-4: аккумуляторные батареи с 2,3-4 % содержанием сурьмы в материале пластин;
• Hybrid: аккумуляторные батареи комбинированной (гибридной) конструкции, у которых отрицательные пластины выполнены из кальциевого сплава свинца, положительные - из малосурьмянистого;
• Ca/Ca: необслуживаемые аккумуляторные батареи, у которых пластины изготовлены из сплавов свинца, легированного кальцием;
• PbCa/Silver: необслуживаемые аккумуляторные батареи, у которых пластины изготовлены из сложных свинцово-кальциевых сплавов с добавлением серебра (технология Varta).

Аккумулятор обладает 100 % эффективностью при 27 °С. При минус 18 °С эффективность батареи падает на 40 %. Поэтому в условиях холодного климата значениям рабочих параметров придается особенное значение. Наиболее важными параметрами батареи, напрямую влияющими на потребительский выбор, являются:

• Номинальная емкость - количество электричества, которое можно получить от аккумулятора при его разряде до установленного конечного напряжения, выраженное в ампер-часах.
• Ток холодного запуска - величина силы тока (в амперах), подаваемого батареей на стартер автомобиля во время запуска холодного двигателя.

В разных странах существуют различные стандарты измерений тока холодного запуска. Например, по принятому в США стандарту SAE ток холодного запуска численно равен величине тока в амперах, которым батарея может разряжаться в течение 30 секунд при температуре минус 18 °С, при этом напряжение на клеммах не должно опускаться ниже 7,2 В. По германскому стандарту DIN ток холодного запуска численно равен величине тока в амперах, которым батарея может разряжаться в течение 30 секунд при температуре минус 18 °С, при этом напряжение на клеммах не должно опускаться ниже 9 В. Европейский стандарт EN предполагает более сложную методику определения величины тока холодного запуска.

• На батареях, производимых в США или изготовленных для продажи на рынке США, может быть указана резервная емкость - параметр, аналогичный по значению номинальной емкости. Этот параметр может быть переведен в номинальную емкость (в ампер*часах) по следующей формуле:

C^AH = √17778 + 208,3*C^RC-133,3

где:

C^AH - емкость в ампер*часах;

С^RC - емкость в резервных минутах.

При выборе типа батареи следует строго следовать данным, указанным производителем автомобиля. В жестких холодных климатических условиях допускается применение батареи емкостью, превышающей рекомендованную на 20 %.

Для правильного подбора аккумулятора важно правильно определить его полярность. Сделать это несложно. Для легковых аккумуляторов (емкостью от 35Ah до 110Ah), у которых клеммы (токовыводы) расположены вдоль длинной стороны, полярность определяется так:

разверните батарею к себе той стороной, вдоль которой расположены клеммы и на которой обычно размещается лицевая этикетка:

если положительная клемма (токовывод) аккумулятора (рядом с ней на крышке аккумулятора должен быть нарисован "+") находится справа, то у аккумулятора полярность "0" ("обратная" или "европейская");

если плюсовая клемма находится слева – у аккумулятора полярность "1" ("прямая" или "российская").

Также встречаются батареи, применяемые на некоторых американских автомобилях, где токовыводы расположены не сверху, а на фронтальной стороне (над лицевой этикеткой). Такой тип полярности обычно условно называют "американскими клеммами" или "боковыми клеммами".

Для определения полярности грузовых аккумуляторов, если клеммы (токовыводы) расположены вдоль короткой стороны, нужно развернуть батарею этой стороной от себя. Тогда, если "+" справа - полярность "3" ("обратная" или "европейская" для грузовых автомобилей), а если слева – у аккумулятора полярность "4" ("прямая" или "российская" для грузовых автомобилей). Кроме того, могут встречаться грузовые аккумуляторы с полярностью "2" - клеммы у таких аккумуляторов расположены по диагонали, также существует полярность "9" (она же иногда обозначается цифрой "5") - в этом случае клеммы расположены посередине крышки аккумулятора.

На аккумуляторные батареи наносятся обозначения, позволяющие однозначно определить их основные параметры: емкость, ток холодного запуска, тип корпуса. Обозначения даты и/или места производства являются не обязательными, поэтому не стандартизированы.

Маркировку можно разделить (применительно к нашим условиям) на две большие группы:

• маркировка согласно ГОСТ;
• маркировка согласно DIN.

Например, по стандарту ГОСТ маркировка батареи 6СТ-55N несет следующую информацию:

6 - число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее, характеризующих ее номинальное напряжение (12 В);
СТ - назначение батареи по функциональному признаку (стартерная);
55 - номинальная емкость в ампер-часах;
N - конструкторско-технологическое исполнение: (N - с нормальным расходом воды; L - с малым расходом воды; VL - с очень малым расходом воды; VRLA - с регулирующим клапаном).

В нормативных документах на батареи конкретных типов допускается (при необходимости) указывать дополнительные обозначения.

По стандарту DIN маркировка 5 74 012 068 несет следующую информацию:

5 - цифра, показывающая «порядок» значения емкости;
(5 - до 100 А*час, 6 - от 100 до 200 А*час, 7 - свыше 200 А*час);
74 - емкость 74 А*час;
012 - заводское обозначение типа корпуса, из которого следуют габариты корпуса, тип крепления, расположение выводов;
068 - ток пуска 680 А по стандарту EN.

Ряд зарубежных производителей батарей маркируют свои батареи специфическим образом, указывая в маркировке не емкость, а значение тока холодного запуска, которому по каталогу можно сопоставить величину номинальной емкости. Своеобразно маркируются также батареи, производимые в США или изготовленные для продажи на рынке США.

Дополнительный код, собственный для каждого производителя, позволяет узнать место и дату производства батареи.

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

• Не допускается замыкание полюсов батареи.
• Не допускается эксплуатация батареи с плохими контактами между выводами батареи и клеммами проводов.
• В помещениях, где ведется заряд батареи, запрещается курить и пользоваться открытым пламенем.
• При работе с электролитом, осмотре заряжающейся батареи глаза должны быть защищены очками.
• После любой работы с батареей и электролитом необходимо вымыть руки с мылом.
• При попадании электролита на кожу или одежду необходимо немедленно промыть это место проточной водой, затем раствором соды.
• Аккумуляторная батарея, заполненная электролитом, должна храниться в местах, недоступных для детей.
• Присоединение и отсоединение батареи от бортовой сети автомобиля производить при выключенных потребителях. Сначала присоединить положительный вывод, а затем отрицательный, соединенный с массой
  автомобиля. Отсоединение производить в обратном порядке.
• Батарея должна быть надежно закреплена в штатном установочном месте автомобиля, соединительные клеммы плотно зажаты на полюсных выводах, а сами провода прослаблены.

• Зарядка аккумуляторной батареи должна производиться в специально оборудованном для этих целей, хорошо вентилируемом нежилом помещении с соблюдением правил противопожарной безопасности.
• Перед началом зарядки аккумуляторной батареи следует вывернуть все пробки (при их наличии).
• Зарядка аккумуляторной батареи должна осуществляться зарядным устройством заводского изготовления в соответствии с инструкцией к этому зарядному устройству и руководством по эксплуатации на батарею.
• Аккумуляторные батареи без пробок необходимо заряжать автоматическим зарядным устройством, чтобы не допустить интенсивного перезаряда и, как следствие, выкипания электролита.
• Температура электролита в батарее перед зарядкой должна быть в пределах от +15 °С до +25 °С. Если измерить температуру невозможно по причине отсутствия доступа к электролиту, а батарея находилась при более низкой температуре, то перед зарядкой необходимо выдержать батарею при комнатной температуре не
  менее 10 часов.
• Не допускается зарядка батареи при температуре электролита выше 50 °С.
• Для зарядки положительную клемму батареи присоединить к положительному полюсу зарядного устройства, а отрицательную – к отрицательному.
• При зарядке батарей, имеющих пробки, необходимо откорректировать уровень электролита, добавив дистиллированную воду в случае, если уровень ниже отметки MIN или ниже 10 мм от верхних кромок пластин и сепараторов.

Плотность заливаемого в сухозаряженную батарею электролита, приведенная к +25 °С, должна быть 1,27-1,28 г/см .

ХРАНЕНИЕ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

• Батарея устанавливается на хранение полностью заряженной. Рекомендуется ежемесячно проверять напряжение на выводах батареи и, при наличии пробок, плотность электролита. При снижении степени заряженности до 50 % (см. Таблицу), батарею необходимо зарядить, эксплуатировать такую батарею нельзя.
• При длительном (сезонном) хранении залитые и заряженные батареи рекомендуется хранить в сухом холодном помещении при температуре до минус 30 °С.

УТИЛИЗАЦИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Вышедшая из строя батарея подлежит обязательной сдаче в пункт приема отработанных аккумуляторов для последующей надлежащей утилизации.

Берегите окружающую среду!
Не выбрасывайте отработанные аккумуляторные батареи, сдавайте их в специализированные пункты приема.