Аккумуляторные батареи: виды и применение, какой лучше выбрать для автомобиля

Аккумуляторная батарея представляет собой устройство, многократно накапливающее и отдающее постоянный электрический ток. Процесс происходит за счет обратимых электрохимических реакций окислительно-восстановительного типа. Конструкция источника тока допускает соединение элементов в параллельные или последовательные цепи, что позволяет увеличить емкость или рабочее напряжение.

Установка аккумуляторной батареи
Процесс установки аккумулятора в капот автомобиля

Что такое аккумулятор и для чего он нужен

Аккумулятор представляет собой портативный источник электрической энергии. Напряжение на клеммах зависит от типа батареи, для повышения этого параметра используется соединение элементов в единую цепь.

Автомобильные стартерные батареи должны обеспечить прокрутку двигателя стартером при низкой температуре, одновременно снабжая энергией электронные блоки системы впрыска топлива. Емкости источника тока должно хватить на несколько попыток пуска при температурах -30°С и ниже.

Батарея поддерживает работу электрических приборов при заглушенном моторе, подавая ток напряжением 12 В (на легковых автомобилях или мотоциклах) или 24 В (на грузовом транспорте). После пуска силового агрегата начинается восполнение заряда, ток поступает от генератора через выпрямительный блок.

Предусмотрена регулировка напряжения в цепи зарядки, предотвращающая повреждение батареи и электроники автомобиля. Водитель контролирует состояние аккумулятора при помощи отдельного прибора или сигнализаторов, выведенных на панель приборов.

Основные виды аккумуляторных батарей и области их применения

В зависимости от конструкции, токовых и емкостных характеристик аккумуляторы подразделяются на несколько категорий:

  • свинцовые с кислотным электролитом, предназначенные для пуска моторов;
  • свинцово-кислотные со специальным слоем, нанесенным на пластины, применяемые для систем автономного снабжения электроэнергией;
  • батареи для привода тяговых электродвигателей (на основе свинца);
  • никель-кадмиевые и никель-металлогидридные, предназначенные для построения мобильных источников питания;
  • никель-железные, используемые для питания тяговых моторов на железнодорожном транспорте;
  • литийионные, предназначенные для питания электронных приборов.

Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками на которые следует обращать внимание.

Сурьмянистые

Наиболее ранним из существующих типов свинцовых батарей для автомобилей и прочей техники является сурьмянистый аккумулятор. Мягкость и пластичность чистого свинца не позволяют изготавливать из него пластины, поэтому применяется сплав, включающий до 5% сурьмы. Введение этого компонента позволяет повысить скорость электролиза, способствующего снижению количества воды в электролите.

Сурьмянистые батареи относятся к категории обслуживаемых источников питания. В процессе эксплуатации визуально проверяется количество электролита в банках, для корректировки уровня используется дистиллированная вода. Аккумуляторы сурьмянистого типа постепенно вытеснены из машин усовершенствованными изделиями, но используются в стационарных установках, обслуживаемых квалифицированным персоналом.

Малосурьмянистые

Малосурьмянистые батареи позволяют снизить скорость выкипания электролита при сохранении емкости и высокого тока разряда. Для изготовления пластин используется свинец с небольшим количеством сурьмы, такой сплав позволил уменьшить саморазряд батареи в процессе хранения. Аккумуляторы являются малообслуживаемыми, допускают перепады напряжения в бортовой сети транспортных средств.

В процессе эксплуатации рекомендуется периодическая проверка уровня электролита, для корректировки объема жидкости используется дистиллированная вода.

Кальциевые

Кальциевая аккумуляторная батарея отличается химическим составом материала пластин, в который введено до 0,1% кальция. Поскольку кальций добавляется и в положительные, и в отрицательные пластины, на корпус батареи наносится маркировка Ca/Ca.

Применение кальция позволяет предотвратить испарение воды из электролита, поэтому в конструкции банок аккумуляторов не применяются пробки для контроля или доливки жидкости. Дополнительным преимуществом является устойчивость сплава к вибрационным нагрузкам, что повышает срок эксплуатации батареи на транспорте.

Встречаются источники тока с пластинами, легированными серебром. Эти изделия отличаются большей эффективностью и улучшенной энергоемкостью. Конструкции на основе кальция не допускают глубокого разряда, который приводит к падению емкости аккумуляторов. Например, после падения напряжения на клеммах до 10 В снижение энергоемкости составит до 50%. Вторым недостатком изделий является высокая стоимость, которая частично компенсируется продолжительностью работы.

Кальциевая аккумуляторная батарея
Конструкция кальциевого аккумулятора

Гибридные

Гибридный источник тока является разновидностью кальциевого аккумулятора. В конструкции изделия использованы положительные пластины, выполненные из сплава свинца и сурьмы. Для изготовления отрицательных пластин применен свинец с добавкой кальция. Использование различных сплавов для катода и анода позволило устранить негативное влияние глубокого разряда, выкипание дистиллированной воды из раствора электролита отсутствует.

Поскольку материал пластин не подвержен разрушению из-за вибраций, сферой применения аккумуляторов является дорожная техника и другой транспорт, передвигающийся по дорогам с неровным покрытием. Встречаются источники тока со свинцово-кальциевыми пластинами, модифицированными введением серебра.

Такие изделия маркируются надписью Ca+ или Ca/Sb, которая наносится на идентификационную наклейку или корпус. Недостатком этих батарей является высокая стоимость, но продолжительность использования изделий достигает 7 лет.

Гибридная аккумуляторная батарея
Конструкция гибридного аккумулятора

AGM и гелевые батареи

Вариантом кальциевых или гибридных источников тока является автомобильная и промышленная аккумуляторная батарея типа EFB, которая отличается конструкцией и способом установки свинцовых пластин. Для обеспечения большей емкости толщина электродов увеличивается на 200-250% по сравнению со стандартными технологиями. Вокруг пластин устанавливается контейнер, выполненный из стеклопластикового волокна, который заполняется электролитом.

За счет изолирования пластин достигается расширение температурного диапазона эксплуатации, отдельные модели допускается применять при -50°С. Изделия хорошо переносят многократный глубокий разряд. Из-за отсутствия испарения электролита техническое обслуживание батареи не требуется (за исключением удаления пыли с корпуса и следов окисления с поверхности свинцовых клемм). Срок службы оборудования зависит от условий эксплуатации, составляет до 3-8 лет.

Аккумуляторная батарея AGM
Конструкция AGM аккумулятора

Недостатком сернокислотных аккумуляторов является жидкий электролит, который вытекает через щели или вентиляционные каналы при наклоне корпуса. Для устранения этой проблемы появились источники тока, в которых электролит имеет консистенцию геля. В качестве загустителя используются соединения на базе кремния.

Дополнительные присадки позволили снизить интенсивность саморазряда, обслуживание секций батареи в процессе эксплуатации не предусмотрено. На корпус изделий наносится идентификатор AGM или GEL, срок службы в быту доходит до 10-12 лет.

К отрицательным сторонам гелевых батарей относят:

  • не допускается повышение напряжения в цепи зарядки из-за увеличения объема электролита и раздувания с последующим разрушением корпуса;
  • проблемы с работой источников тока при падении температуры ниже -30°С (из-за загустевания электролита);
  • необходимо применение специального контроллера заряда, ограничивающего напряжение в цепи генератора (при использовании в автомобиле).

Устройства типа AGM представляют собой батарею EFB, в которой вместо жидкого электролита применен киселеобразный состав, принцип работы источников тока не отличается. Между пластинами аккумулятора установлены стеклопластиковые прокладки, которые удерживают электролит в многочисленных порах.

Установка дополнительных стенок позволяет удерживать электролит и снижает вероятность разрушения электродов (выпадения активной массы) с последующим замыканием пластин.

Из-за упрощенной конструкции батареи AGM имеют низкую стоимость, но допускают меньшее количество рабочих циклов зарядки и разрядки. Изделия устойчивы к вибрации и резким колебаниям корпуса, но чувствительны к глубокому снижению напряжения. Дополнительным недостатком является ускоренный саморазряд, для восстановления заряда используются специальные зарядные устройства.

Щелочные

Щелочная аккумуляторная батарея, разработана позже сернокислотных источников тока, используют в качестве электролита щелочные растворы. Существуют различные виды аккумуляторных батареек, которые различаются типом металла, примененного для изготовления катода и анода. За счет использования других материалов изделия переносят перегрузки и кратковременные короткие замыкания, имеют широкий температурный диапазон эксплуатации.

Щелочная аккумуляторная батарея
Конструкция щелочного аккумулятора

Наибольшее распространение получили следующие типы щелочных батарей:

  • никель-кадмиевые;
  • литий-металлогидридные;
  • никель-железные;
  • серебряно-цинковые.

Изделия на основе никеля и кадмия оснащаются положительными электродами, покрытыми гидратом окиси никеля, для отрицательного полюса используется сплав кадмия с железом. Недостатком изделий является «эффект памяти», который негативно влияет на емкость источника тока. В батареях на основе никеля и железа применяется отрицательный электрод, выполненный из железа. Оба типа батарей заправлены электролитом на основе раствора едкого калия.

Литий-металлогидридные элементы обладают менее выраженным «эффектом памяти», но стоят дороже. Изделия на основе серебра и цинка отличаются высокой энергоемкостью и способны отдавать ток повышенной силы (относительно емкости).

Из-за высокой стоимости батареи ограниченно используются в космической или военной технике. Прочие щелочные элементы нашли широкое применение в быту или в промышленности (тяговые аккумуляторы погрузочной техники на складах), в качестве стартерных батарей на автомобилях устройства не используются.

Литий-ионные

Литий-ионная аккумуляторная батарея оснащается пакетами электродов, которые разделены сепаратором, содержащим электролит. Положительный электрод состоит из специального материала, нанесенного на алюминиевую фольгу. Анодный материал (графит) напыляется на медную основу.

Герметичный корпус аккумулятора по аналогии со щелочными элементами оснащается предохранительным клапаном, который предназначен для сброса давления газа. Заряд переносится ионами лития, движущимися в направлении анода, а затем вступающими в химическую связь с графитом и солями металлов.

Литий-ионная аккумуляторная батарея
Конструкция литий-ионного аккумулятора

Преимущества литий-ионных аккумуляторов:

  1. Обладают высокой удельной емкостью. Но высокая стоимость и конструктивные особенности накладывают ограничения на применение в транспорте.
  2. Повышенное до 4 В рабочее напряжение каждого элемента.
  3. Отсутствует явление саморазряда, нет «эффекта памяти». Конструкция батарей не требует технического обслуживания и пополнения запаса электролита.

Недостатки изделий:

  1. Рабочие характеристики электролита зависят от температуры окружающей среды. При охлаждении изделия снижается ток, отдаваемый аккумулятором.
  2. Деградация электродов и электролита при глубокой разрядке или подаче повышенного напряжения в процессе восполнения емкости.
  3. Риск разрушения или воспламенения батареи при нарушении условий зарядки. Для снижения вероятности взрыва применяется термический датчик, который разрывает цепь зарядки при перегреве корпуса.
  4. Ограниченный ресурс аккумулятора, не превышающий 600 циклов разряда и заряда. При нормальных условиях эксплуатации наблюдается деградация источника тока, приводящая к падению емкости (до 10% за 1 год применения).
  5. Недостаточный ток отдачи, которого не хватает для привода тяговых или стартовых электрических двигателей. Поэтому литийионные батареи используются для питания вспомогательных цепей, а также в бытовых условиях.

Как определить наиболее предпочтительный тип аккумулятора

Аккумуляторная батарея важный элемент автомобиля, при её выборе следует учитывать емкость и размеры корпуса — источник тока с увеличенными габаритами может не поместиться в штатном гнезде. Дополнительно анализируется конструкция цепей зарядки и климатические условия, в которых будет эксплуатироваться автомашина.

При возможности рекомендуется приобретать изделие гелевого типа. Для бюджетных автотранспортных средств предпочтительнее использовать кальциевые или гибридные аккумуляторы.

Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации
Adblock
detector