Виды, устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора

Автомобильный аккумулятор – это прямоугольный моноблок с двумя выходными контактами для подключения плюсовой и минусовой клеммы. В зависимости от фирмы производителя устройство автомобильного аккумулятора отличается в деталях, но в целом АКБ устроен стандартно.

Основные элементы АКБ

Автомобильный аккумулятор или АКБ – это один из типов электрического аккумулятора, применяемый в автомобилях. Энергия аккумулятора используется в первую очередь для работы стартера, инжектора, светового оборудования и блока управления двигателем (ECU). Транспортные средства с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) без напряжения в бортовой сети работать по назначению не смогут. Во время работы ДВС электроэнергия вырабатывается генератором, а аккумуляторная батарея запасает электрический ток и отдаёт его, когда в этом возникает необходимость.

Производители чаще используют свинцово-кислотные АКБ. Но в современных моделях авто, например, Porsche Cayenne 2017 г, начали устанавливать литий-ионные LFP.

В этой статье разберем, какие есть виды АКБ, как устроена аккумуляторная батарея и как правильно ее хранить и использовать.

Назначение аккумулятора в автомобиле 

Аккумулятор отвечает за накопление и хранение электроэнергии в бортовой сети при неработающем двигателе и далее за запуск двигателя. Главная задача АКБ – произвести прокрутку двигателя. Это происходит с помощью стартера, который получает электроэнергию от батареи. В общем можно сказать, что АКБ призвана выполнять следующие функции:

1. Если двигатель не работает – батарея подает ток на источники света и все электропотребители в автомобиле;

2. Если двигатель запускается – постоянный ток подается на обмотку стартера, на свечи зажигания для работы двигателя;

3. Если двигатель уже работает – АКБ становится становиться буферной аккумуляторной системой для электроэнергии, производимой от генератора, и дополнительным источником питания, если вдруг генератор не справится с нагрузкой. 

Как только запускается двигатель, нагрузку на электропитание берет на себя генератор. Только в том случае, если производительности генератора не хватает, АКБ включается без промедления в систему подачи электроэнергии и обеспечивает автономное питание. 

Параметры АКБ 

Параметры аккумуляторной батареи зависят во многом от автомобиля и его типа. Выбор емкости АКБ зависит от энергобаланса при проектировании авто, т.е. зависит от количества и мощности потребителей на борту авто.Это можно увидеть в таблице:

Характеристики могут меняться из-за слишком высоких или низких температур. Важно учитывать и пусковой ток, который дает аккумулятор для запуска двигателя. Разные машины могут потребовать выдавать ток от 250 А до 1300 А. В идеальных условиях АКБ выдает указанный производителем ток в течение 30 секунд, но зимой это время может увеличиться.

Согласно методикам тестирования на лабораторном стенде, АКБ должна выдавать ток в течение 30 секунд – время при котором полностью замерзшая АКБ при -18 градусов после 24 часов хранения в морозильнике должна выдержать ток холодной прокрутки, указанный на этикетке до падения напряжения на клеммах 7,2 В. При более низких температурах время выдачи тока АКБ может уменьшиться.

Устройство аккумулятора

Разберем, из чего состоит аккумулятор автомобиля:

• Корпус;
• Крышка;
• Электроды;
• Сепараторы;
• Ячейки;
• Клеммы/вывода;
• Электролит.

Аккумуляторная батарея напряжением 12В, состоит из 6 аккумуляторных ячеек/блоков/банок,с напряжением 2В в каждой. Каждая из 6 ячеек разделяется на 2 полублока из плюсовых и минусовых пластин (электродов), которые разделены сепараторами. Эти полублоки имеют по несколько пластин, количество которых зависит от номинальной емкости АКБ. Компоновка полублоков положительных и  отрицательных пластин спроектирована так, что они установлены поочередно в блок, как игральные карты в колоде.

Каждый блок пластин погружен в определенный объем жидкого электролита, причем блоки огражден друг от друга внутренней стенкой корпуса (ячейками корпуса). Блоки внутри герметичны и никак не сообщаются с соседними, кроме электрического контакта.

В пластинах заряженной АКБ накоплена активная аккумуляторная масса в виде свинцовых химических соединений. Масса называется активной, потому что ждет определенного момента, когда сможет начать «разряжаться».

АКБ работает в двух режимах: заряд и разряд. Блоки пластин (их активная масса) выделяют электрический ток за счет химической реакции превращения свинцовой активной массы в сульфаты свинца. Эти блоки пластин при выделении электрического тока накапливают сульфаты свинца, теряя активную массу.

Корпус и крышка 

В корпусе располагаются все элементы АКБ. Обычно он изготовлен из термостойкого и противоударного сополимера полипропилена. Этот материал нейтрален к кислоте. 

Крышка закрывает верхнюю часть корпуса, она также выполнена из сополимера полипропилена. Конструкцией современных АКБ предусмотрены следующие элементы крышки:

• заливочные отверстия, в которые устанавливаются пробки для обслуживания и проверки;
• газовые каналы, соединяющие отверстия;
• лабиринтная полость для улавливания паров воды.

Пластины 

Пластины относятся к положительному и отрицательному полублоку. Пластины (электроды) состоят из решеток (токоотводов) и нанесенных на них активных масс.

На «+» пластине нанесена активная масса из диоксида свинца, на «–» пластине – металлический пористый свинец. Их можно различить по цвету – первая имеет темно-коричневый цвет, вторая – серый. Пусковой ток создается за счет количества установленных в блок пластин в результате химической реакции этих двух пластин.

Сами решетки изготовлены из свинцовых сплавов с добавлением либо кальция и олова, либо сурьмы (зависит от технологии у производителя АКБ).

Электролит 

Отрицательная и положительная пластина помещается в смесь серной кислоты и дистиллированной воды – в электролит. Полностью заряженный аккумулятор состоит из 36% кислоты и 64% воды. Плотность электролита обычно находится в значениях 1,25-1,30 г/см3 (зимний вариант) и от 1,20 до 1,27 (летний вариант).

Вещества в электролите реагируют на заряд и разряд, из-за чего меняется их соотношение. Например, при разряде серной кислоты в электролите становится меньше, в то время как количество воды увеличивается. При заряде баланс восстанавливается. 

Сепаратор 

Между пластинами помещены сепараторы – это тонкие пористые изоляторы, которые нужны для предотвращения короткого замыкания. Эти изоляторы в АКБ с жидким электролитом выполняют из высокопористого п/э или ПВХ. А в АКБ AGM ставят сепараторы из стекловолокна. Сепараторы делают в виде конвертов, запаянных сбоку. 

Клеммы и пробки 

Клеммы (клеммные электрические выводы) – это изделия из свинца, с помощью которого происходит подключение АКБ к сети автомобиля. Для клемм нужна высокая проводимость и устойчивость к нагреву. 

Пробки закрывают доступ к каждой банке (секции) АКБ. Если их открутить, можно проверить уровень электролита, его цвет и плотность.

Принцип действия аккумуляторов в автомобиле 

Весь принцип работы аккумуляторной батареи строится на цикле – сначала разряд, а потом заряд. АКБ работает через электрохимическую реакцию окисления свинца. Это реакция происходит между пластинами и электролитом, то есть в растворе серной кислоты и воды. 

При разрядке АКБ меняется количество серной кислоты и воды. Кислоты становится меньше, а воды больше. При заряде – обратная ситуация. При этом нужно не допускать глубокого разряда. Глубокий разряд – когда аккумулятор разряжается ниже допустимого уровня. Такое может случиться даже с дорогой иностранной машиной. 

Зарядка, хранение и зависимость от температуры

Срок работы аккумулятора зависит от правильного хранения и заряда. Попеременные запуски двигателя, дополнительное подключение электронных устройств, недолгие поездки на пару метров снижают эффективность работы АКБ и значительно сокращают ее срок службы. 

Температура – тоже важный фактор влияния на работу батареи – чем ниже температура на улице, тем меньше емкости АКБ будет доступно для запуска авто и тем быстрее будет разряжаться аккумулятор. а

Обслуживание аккумуляторной батареи

Нужно постоянно проверять аккумулятор и заряд на соответствие требованиям. К этим требования относятся:

• Проверка уровня и плотности электролита: по необходимости восполнить его недостаток;
• Чистка креплений электрических соединений металлическими щеточками, наждачной бумагой или специальными авто-химическими средствами;
• Профилактика коррозии клемм с помощью войлочных противоокислительных прокладок и смазывание поверхности клемм литолом;
• Проверка качества и надежности крепления и фиксации клемм, их контактов,
• Систематический анализ степени заряженности АКБ с помощью тестеров.

Водителям достаточно содержать батарею в чистоте и протирать корпус водным раствором соды. 

Как происходит зарядка аккумуляторной батареи? 

Перед зарядкой АКБ нужно подготовить все газовые каналы. Важно отслеживать напряжение, ток зарядки и время. В процессе зарядки напряжение должно расти, а ток наоборот – уменьшаться.

Автовладельцы используют 2 режима зарядки: с помощью постоянного тока и постоянного напряжения.

Зарядка происходит последовательно: 

• На зарядном устройстве нужно установить силу тока. Его значение – в 10 раз меньше емкости аккумулятора. 
• Когда батарея заряжается – напряжение снижается;
• Ток можно снизить в 2 раза, когда напряжение достигнет значения 14,4 Вт. Повторить еще раз, когда напряжение будет на отметки в 15 Вт. ;
• Если напряжение и ток не меняется пару часов, значит, аккумулятор заряжен.

Если выбран заряд постоянным напряжением, то нужно установить его значения в пределах 14,4–14,5 В. В этом случае время зарядки колеблется в пределах 24 часов. Удобнее использовать современные зарядные устройства с автоматическим зарядом при постоянном напряжении.

Сколько по времени происходит зарядка аккумулятора? 

Зарядка постоянным током происходит всего за 10-15 часов. Максимум, сколько можно держать на заряде аккумулятор – 24 часа. При большем заряде электролит начинает терять воду и понижать свой уровень, что может привести к короткому замыканию между оголенными верхними участками пластин. 

Эксплуатация аккумуляторных батарей 

Есть несколько правил по эксплуатации аккумулятора для автомобилей:

1. Нужно контролировать натяжение ремня генератора;
2. Не допускать работу электропотребителей при выключенном двигателе;
3. Следить за «утечкой» тока от АКБ;
4. Можно дополнительно подсоединить «массовый провод» – он уменьшает потеть напряжение батареи во время запуска двигателя;
5.  Контроль за электролитом и измерять напряжение на полюсных клеммах. Делать это лучше через 8-10 часов после затухания двигателя.

Типы аккумуляторов 

Характеристики автомобильных батарей будут различаться. По типу эксплуатации АКБ можно классифицировать: 

• по составу активного вещества;
• по типу электролита.

Разберем основные виды аккумуляторов для автомобилей. 

Свинцово-кислотные 

Чаще всего можно встретить именно этот тип аккумуляторных батарей для автомобиля. В статье мы разбирали заряд и разряд именно на основе свинцово-кислотных АКБ. Это проверенные временем батареи, которые показали свои преимущества не раз. Они заключаются в низком саморазряде, минимальном обслуживании и высокой токоотдачи. К недостаткам можно отнести крупные габариты, низкую энергоемкость, экологическую опасность и ограниченное количество циклов заряда-разряда. 

EFB 

Батареи данного типа появились недавно. Они работают по принципу, аналогичному классическим свинцово-кислотным АКБ с жидким электролитом, но являются более улучшенной версией. Отличительные особенности:

• Усиленные пластины за счет другой рецептуры электродных паст/активных масс и применения конструктивных решений для исключения быстрого “осыпания” пластин;
• другой тип решеток;
• измененные сплавы решеток;
• сепаратор с дополнительный ребрами для снижения эффекта «расслоения» плотности электролита.

Такие батареи имеют высокий прием заряда, т.е. успевают восстанавливаться за короткий промежуток времени и могут выдержать большое количество циклов разряда и заряда. Ввиду особенностей строения АКБ EFB нужно строго соблюдать условия заряда и не допускать “кипения” электролита.  

AGM 

Такие АКБ имеют более крепкий герметичный корпус с крышкой, чем у классической батареи или АКБ EFB. Данная технология АКБ относиться к классу необслуживаемых закрытого типа, конструкция крышки которой имеет встроенную клапанную регулирующую систему, поддерживающую небольшое избыточное давление внутри корпуса при эксплуатации батареи.

Сепаратор используется из стекловолоконного материала, который пропитан жидким электролитом. Микропоры этого материала заполнены электролитом не полностью. Свободный объём пор используется для рекомбинации газов. АКБ AGM можно долго использовать в автомобиле – средний срок службы от 5 до 10 лет в зависимости от условий эксплуатации. Эта модель более устойчива к глубоким разрядам. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, чувствительность к перезаряду и высокие массо-габаритные характеристики с учетом требуемой емкости в сравнении с АКБ с жидким электролитом. 

Гелевые 

Гелевые аккумуляторы также относятся к классу необслуживаемых закрытого типа и имеющих клапанную систему, как и AGM. В этих АКБ установлен сепаратор из ПВХ или фенол-формальдегидных смол, а электролит не жидкий, а гелеобразный, что максимально исключает “опадение” активной массы с пластин при эксплуатации.Такие батареи служат достаточно долго, до 15 лет. Как и AGM, гелевые АКБ не боятся глубоких разрядов, но отличаются тем, что количество циклов заряд-глубокий разряд выше, чем у AGM.

Заключение

Аккумулятор – одна из ключевых частей в автомобиле. Это специально разработанное устройство, где выработка энергии происходит благодаря химическим процессам. Энергия, выделяемая при химических реакциях, преобразовывается в электрическую, далее отдает заряд для различных приборов и устройств машины.

Водителю важно знать, как работает аккумулятор, какие типы его бывают, и как правильно проводить его обслуживание, чтобы он прослужил как можно дольше. Важно иметь представление о зарядке, хранении и эксплуатации АКБ. 

Ассортимент АКБ для разных видов транспорта можно найти в нашем каталоге . Мы сотрудничаем только с проверенными производителями и постоянно тестируем новинки аккумуляторного рынка.