Традиционный вопрос: «Какой аккумулятор лучше?» – рано или поздно задает себе каждый автомобилист. Но вот слово «лучше» каждый понимает по своему: опытные водители хотят понять, действительно ли они приобретут АКБ с нужными им характеристиками за справедливую цену, а новички, как правило, хотят купить товар сразу «лучший во всех отношениях».
Популярность темы оправдана, ведь даже очень далёкие от техники водители, знающие названия всего двух-трёх автомобильных компонентов (шины, дворники, домкрат) понимают, что аккумуляторная батарея может выручить, а может и подвести в неподходящий момент.
Рекомендуем Вам посмотреть видео в конце этой статьи, а также прочитать правила подбора аккумулятора по марке автомобиля.
Понимание основ устройства автомобильного аккумулятора, знание его основных характеристик, особенностей обслуживания и репутации производителей помогут с правильным выбором этой важной составляющей транспортного средства.
Устройство и принцип работы аккумулятора
В основе физического (точнее физико-химического) принципа работы автомобильного аккумулятора лежит явление, известное более 200 лет: между пластинами разных металлов, помещённых в кислую среду (электролит) возникает разность потенциалов. При подключении к этим пластинам (электродам) внешнего потребителя электричества в образовавшейся цепи протекает ток, а в жидкой среде – химическая реакция.
Схематично это выглядит следующим образом:
- Положительная пластина аккумулятора (катод) соединяется с отрицательной (анод) через нагрузку (лампочка).
- Частицы, заряженные отрицательно, от анода перемещаются к катоду, а по проводам через нагрузку протекает электрический ток.
- При этом у анода протекают окислительные реакции, а у катода восстановительные.
Описанный процесс – обратимый: при подключении к электродам внешнего источника питания процесс протекает в обратном порядке.
Здесь необходимо оговориться во избежание терминологической путаницы: понятия катод и анод имеют смысл только при протекании тока в определённом направлении (процесс разряда или заряда).
Устройство типичного автомобильного аккумулятора приведено на следующем рисунке:
Материалы основных элементов такого типа аккумуляторов:
- свинец для пластин отрицательной полярности;
- диоксид (разновидность окисла) свинца – материал пластин положительной полярности;
- рабочая жидкость (электролит) – водный раствор серной кислоты.
В процессе разряда происходит электрохимическая реакция, при которой материал пластин положительного электрода (свинец) вступает во взаимодействие с электролитом (раствор соляной кислоты) с образованием сульфата свинца и воды. На отрицательных пластинах также происходит образование сульфата свинца. При заряде батареи процесс протекает в обратном направлении.
Конечно, обратный процесс (заряда) происходит с некоторыми потерями: часть сульфатного покрытия со временем неизбежно кристаллизуется в нерастворимую субстанцию, которая снижает рабочую площадь, а значит и эффективность работы пластин. Это хорошо известный на практике процесс сульфатации. Ускорение процесса сульфатации и последующего разрушения пластин возможно, если после глубокого разряда аккумулятор длительное время не заряжается.
Корпус автомобильного аккумулятора выполнен из термопрочного и устойчивого к кислоте пластика и содержит шесть последовательно соединённых блоков (их ещё называют банками). В каждой банке расположены блоки свинцовых пластин отрицательной и положительной полярности, разделённых специальными перегородками – сепараторами.
Виды и типы автомобильных аккумуляторов
Традиционная аккумуляторная батарея со свинцовыми пластинами и раствором серной кислоты в качестве электролита относится к классу свинцово-кислотных или WET («мокрых» в зарубежной терминологии) аккумуляторов. В автомобилях такой тип аккумуляторов используется давно и пережил уже несколько этапов эволюции, связанных с трудоёмкостью технического обслуживания.
Дело в том, что в процессе циклов заряда и разряда происходит образование дополнительного количества воды, которая испаряясь, меняет плотность электролита. Кроме того химическая реакция в электролите сопровождается не только образованием сульфата свинца и воды, но и выделением газов (водорода и кислорода) и образованием паров самого электролита.
Особенно активно процесс газообразования происходит во время интенсивной езды и заряда аккумулятора большими токами – тогда говорят что АКБ «кипит».
Испарение части электролита не только меняет плотность, но и оголяет верхнюю часть пластин, ухудшая эффективность работы аккумулятора и его долговечность. Вот почему ещё в недалёком прошлом свинцово-кислотные аккумуляторы помимо контроля над уровнем заряда требовали постоянной проверки плотности и уровня электролита, а периодическое обслуживание являлось неотъемлемой частью эксплуатации.
Помимо сульфатации и испарения электролита у аккумуляторов этого типа материал пластин взаимодействует с водой, образуя окислы свинца – источники коррозии и постепенного разрушения пластин.
Совершенствование аккумуляторов предусматривало в первую очередь снижение отрицательного эффекта от этих трёх факторов, а основные пути решения проблем – в применении новых материалов.
Так, использование сурьмы для увеличения долговечности пластин было известно давно. Современные технологии позволили уменьшить процентное содержание этого элемента и за счёт этого добиться заметного снижения интенсивности «кипения». Время на обслуживание батарей значительно сокращается, и их уже называют малообслуживаемыми.
Следующий шаг к совершенствованию автомобильных аккумуляторов – использование в свинцовом сплаве кальция – позволил еще больше снизить интенсивность газообразования и повысить напряжение саморазряда. Теперь аккумуляторы можно было дольше хранить в разряженном состоянии, а процесс выкипания электролита стал играть настолько несущественную роль, что аккумуляторы перешли в класс необслуживаемые (хотя это не совсем так: зарядка АКБ – это одна из операций обслуживания).
«Необслуживаемые» аккумуляторы для легковых автомобилей уже почти не выпускаются. А вот «малообслуживаемые» (иногда их причисляют к «необслуживаемым») вполне разумно использовать на тех машинах (особенно с пробегом), в которых бортовая сеть нестабильна: эти АКБ устойчивы к перепадам нагрузки.
Промежуточное положение между малосурьмянистыми и кальциевыми аккумуляторами занимают гибридные АКБ. В них пластины положительных электродов выполняют с малым содержанием сурьмы, а отрицательные содержат кальций. Такое решение позволяет сочетать в какой-то степени достоинства обоих вариантов, но, увы, и недостатки тоже. Дело в том, что «кальциевые» аккумуляторы как раз чувствительны к перепадам бортовой сети.
Следующими важными шагами в совершенствовании автомобильных аккумуляторов стали конструкторско-технологические решения, обеспечившие переход электролита из жидкого состояния в гелеобразное. Аккумуляторы, изготовленные по технологии, предусматривающей в качестве электролита гель, а не жидкость стали называть гелевыми.
Применение геля позволило решить сразу несколько задач:
- безопасности – раствор серной кислоты чрезвычайно опасен и для человека и для окружающей среды, а вероятность утечек существует всегда;
- ориентации – гелеобразное состояние позволяет эксплуатировать аккумулятор под любым наклоном линии горизонта – электролит в нём надёжно зафиксирован;
- вибростойкости – гелиевому наполнителю не страшна тряска на ухабах – он закреплён по отношению к электродным пластинам, исключается вероятность оголения части поверхности электрода.
Одной из разновидностей гелевых (хотя по этому поводу идут терминологические споры) стали AGM аккумуляторы (AGM – аббревиатура Absorbent Glass Mat – абсорбирующий стекломатериал), названные так по соответствующей технологии. Особенность AGM в том, что между пластинами находится специальный пористый материал, удерживающий электролит и дополнительно предохраняющий пластины от осыпания.
Аккумуляторы, в которых в качестве электролита используется загущённая до консистенции геля жидкость, в легковых автомобилях не применяются.
Основные характеристики автомобильных аккумуляторов
Обычно заводы–изготовители при маркировке продукции и в сопроводительной документации приводят следующий перечень характеристик АКБ:
- Ёмкость номинальная – характеризует ток, который АКБ будет отдавать в течение 20 часов разряда до напряжения не менее 10,5 В при температуре 25 оС. Например, аккумулятор ёмкостью 60 А·ч должен на указанных условиях отдавать ток не менее 3 А. Но зависимость здесь нелинейная: отдавать 60 А в течение часа аккумулятор не сможет;
- Ёмкость резервная – характеризует время разряда полностью заряженной АКБ током 25 А до напряжения не менее 10,5 В при температуре 25 оС. Резервная ёмкость составляет 1,63 от соответствующего показателя номинальной ёмкости, определённого экспериментальным путём;
- Ток холодной прокрутки – разрядный ток, который может выдать АКБ при температуре минус 18 оС в течение 10 секунд и напряжении не менее 7,5 В. Определяется экспериментально и зависит от стандарта проведения измерений;
- Полярность – конструктивное расположение клемм на крышке АКБ. Клеммы расположены ближе или дальше от большей стороны прямоугольника крышки. Если смотреть сверху от ближней стороны и плюсовая клемма расположена слева – полярность прямая;
- Размеры. Необходимо прочно закрепить аккумулятор на штатной площадке, и в этом смысле важна ширина: она не должна превышать ширину площадки (имеющую, как правило, ограничительные буртики). В отношении длины и высоты АКБ почти всегда существует запас по посадочным размерам.
Перечень характеристик АКБ приведенным списком не ограничивается: существуют ещё такие показатели, как внутреннее сопротивление, электродвижущая сила, степень зарядки и другие, но они представляют интерес скорее для специалистов.
Критерии выбора аккумулятора для автомобиля
Автомобильный аккумулятор предназначен не только для запуска двигателя. Он служит также источником питания бортовой электроники и помогает генератору справиться с пиковыми режимами нагрузки. Поэтому выбор АКБ необходимо начинать с проверки соответствия основных характеристик рекомендованным производителем автомобиля.
- Номинальная ёмкость аккумулятора не должна значительно отличаться от рекомендованной: низкое значение не обеспечит требуемый ток в критической ситуации (отказ генератора, мороз) и потребует более частой зарядки. А за большую ёмкость надо будет переплачивать.
И всё же номинальная ёмкость для конечного потребителя носит скорее справочный характер. На практике куда важнее понимать, сколько времени есть у водителя при отказавшем генераторе (резервная ёмкость) и каковы пусковые качества АКБ на морозе (ток холодной прокрутки).
- Выбор «обслуживаемый» или «необслуживаемый» перед потребителем практически не стоит – АКБ для современных автомобилей выпускаются «необслуживаемыми». Не принципиальное исключение составляют АКБ с малым содержанием сурьмы для автомобилей с нестабильной бортовой сетью.
- А вот выбор по критерию состояния электролита (WET – свинцово-кислотный, или AGM) достаточно актуален. Требования к качеству и стабильности бортовой сети, особенно для автомобилей иностранных производителей среднего и, тем более, премиум-класса определяют и вид аккумулятора: обеспечение повышенного потребления энергии и способность выдерживать глубокий разряд требуют использования более современных AGM аккумуляторов.
- Не последнюю роль при выборе играет репутация производителя, хотя подделки на рынке этого товара встречаются редко.
- Наконец, один из главных критериев – стоимость, зависит как от вида аккумулятора (современные AGM дороже предшественников), так и от производителя.
Рейтинг производителей аккумуляторов для авто
Конкуренция на рынке автомобильных аккумуляторов всегда находилась на высоком уровне, и рейтинги многочисленных брендов публикуются различными изданиями ежегодно. Для массового потребителя важна в первую очередь оценка по параметрам практического использования и их соотношению с ценой (проще говоря – соотношение цена/качество). А последние год-два удельный вес цены в этом соотношении вырос.
Большее доверие вызывают рейтинги проверенных временем изданий. В России это, конечно, журнал «За рулём». В 2016 г. рейтинг аккумуляторных батарей составлялся изданием на основе оценки по результатам испытаний практически важных для потребителя параметров: резервной ёмкости, приведенной энергии пуска (производная тока холодной прокрутки) и способности принимать заряд при постоянном внешнем напряжении.
Оценка проводилась на двух десятках образцов АКБ российских и зарубежных производителей по скоринговому методу (начисление баллов в зависимости от количественного результата испытаний и стоимости образца) и дала следующие результаты:
- в топ 10 вошли четыре российские модели: две тюменские и две иркутские, причем тюменская Premium 6СТ – 64 завоевала первое место;
- традиционно сильные позиции у немецкой VARTA (2 место), турецкой MUTLU (3 место) и южнокорейской Medalist (4 место);
- бренды TAB (Евросоюз, 7 место) и BOSCH (10 место) могли бы показать и лучшие технические результаты, но возможно сказалось длительное хранение образца в магазине. А помимо этого у BOSCH позицию снизила высокая цена.
Ну и напоследок, рекомендуем посмотреть видео с рекомендациями специалистов, какой аккумулятор лучше выбрать для Вашего автомобиля.
