То, что аккумуляторы являются одной из основных деталей для многих устройств – это уже ни для кого не секрет, но вот какие лучше и как их использовать правильно, это до сих пор является предметом для дискуссий. Но для начала все-таки надо представить, а что это за зверь такой – аккумулятор. Для этого обратимся сначала к истории. Если взять две независимые (изолированные) пластины и погрузить их в раствор электролита, то на этих пластинах возникает разность потенциалов, т.е. напряжение. Такой элемент, преобразующий энергию химической реакции в электрическую энергию, назвали элементом Даниэля-Якоби, который состоял из медной и цинковой пластин погруженных в электролит. Ресурс его был мал, т.к. цинк быстро растворялся, да и отдача электрической энергии была тоже смехотворна. С тех пор прошло много времени и химические элементы усовершенствовались, они стали более энергоемкими и малогабаритными, причем их ресурс стал во много раз выше и они обрели возможность перезаряжаться, т.е. восстанавливать свой заряд. Однако общий признак остался. Давайте же заглянем внутрь кислотного аккумулятора, что там есть, из чего и для чего.
Устройство аккумулятора
Итак, рассмотрим основные элементы. А всё начинается с корпуса, который удерживает содержимое и объединяет элементы в единое целое. Кстати, после такого объединения сие устройство начинает носить название – аккумуляторная батарея. Таким образом выражение «аккумулятор» не совсем корректно в отношении батареи. Аккумулятор – это устройство, состоящее из одного элемента (банки). Например, аккумуляторная батарея (АБ) на 12 В содержит 6 элементов (аккумуляторов), следовательно, 6 секций в едином корпусе. Однако, бывают и отдельные аккумуляторы по 2 В, но это, как правило, элементы с большой емкостью (тысячи ампер часов).
Автор не советует распиливать вашу аккумуляторную батарею для проверки и изучения ее устройства, т.к. это опасно для вас и смертельно для вашего аккумулятора!
Корпус должен быть кислотоустойчивым, достаточно прочным и выдерживать достаточно широкий диапазон температур. Большинство современных корпусов для АБ изготавливают из полипропилена. Состоит он из основания (собственно в него и укладываются пакеты пластин, а также заливается электролит) и крышки с пробками. В полностью необслуживаемых батареях пробок в крышке нет. А вместо них предусмотрена система улавливания и конденсации аэрозоля и каналы для вентиляции (дренажа), выводящие излишний газ наружу. Кроме того, поддерживается атмосферное давление внутри АБ. В ячейки корпуса, как их в быту назвали – банки, устанавливают пакеты пластин. Эти пакеты состоят из множества пластин чередующейся полярности. Я думаю, вы догадались, что в каждой банке установлено множество параллельно соединенных пластин. А для чего? Емкость аккумулятора можно увеличить либо увеличением габаритных размеров пластин, либо увеличением их числа. Оба способа приводят к одному эффекту – к увеличению площади пластин. Что приводит к немедленному увеличению контактирующей поверхности. Опережая события, скажу, что увеличение контактирующей поверхности приводит не только к увеличению емкости аккумулятора, но и к уменьшению его внутреннего сопротивления, следовательно, к увеличению максимально отдаваемого им тока. Пластины состоят из свинца и имеют ячеистую структуру для нанесения на нее активной массы. Активная масса представляет из себя основной реагент в работе аккумулятора. Наносится она намазыванием, поэтому такие аккумуляторы называются – аккумуляторы с пластинами намазного типа. Как это повлияет, расскажу чуть позже. По этому принципу разделяют аккумуляторы на три типа:
с намазными пластинами;
с пластинами из панцирной сетки;
с пластинами повышенной площади.
В автомобилях применяют только первые. Между пластинами, для предотвращения их замыкания между собой установлены сепараторы. Они выполнены из электролитически проводящего пластика. Эта конструкция собрана в пакет и стянута бандажом. Бандаж препятствует расхождению (разваливанию) пластин, а также их взаимному перемещению. Дело в том, что в процессе работы пластины могут перемещаться под действием вибраций, либо деформироваться под действием электродинамической силы тока, например, при стартировании. Выводы пластин попарно (плюсы и минусы) соединены токосборниками, которые выводят электроэнергию к выводным борнам. К этим борнам и подключаются клеммы вашего авто. Пакеты пластин установлены не на самое днище корпуса, а чуть выше, что образует так называемый шламовый промежуток. В процессе работы аккумулятора, активная масса может отслаиваться (оплывать), также образуются продукты окисления свинца. Всё это как раз осаждается в этот промежуток. Если бы его не было, то этот бы шлам замкнул нижние торцы пластин.
Типы кислотных батарей
С первого взгляда казалось бы всё просто – свинец, да и свинец, чего тут особенного, но это не так. Сам по себе свинец в чистом виде применить нельзя, т.к. при такой толщине пластин он достаточно хрупок и будет крошиться. Поэтому применяют легирующие добавки. И до недавнего времени применяли натуральный яд – сурьму. Конечно, технология совершенствовалась, и количество сурьмы уменьшалось, но это полностью не избавило АБ от недостатков этого метода. А недостатки сурьмянистых батарей весьма существенны. Во-первых, сурьма – это сильный яд и это делает утилизацию еще более сложной. Во-вторых, наличие сурьмы приводит к началу электролиза воды уже при 2 В/эл., что для 12-ти вольтовой батареи равняется 12 В. Таким образом с этого значения до полного заряда (14,4 В) необходимо АБ набрать 2,4 В, это по времени достаточно много. А что тут страшного, спросите вы? А вот что. Электролиз воды приводит к ее разложению на водород и кислород, что увеличивает опасность взрыва образующегося при их смешивании гремучего газа. А выделение кислорода ведет к интенсивному окислению положительных пластин, где он собственно и выделяется, т.к. имеет отрицательный заряд (О-). На минусовых пластинах выделяется водород (Н+), который, как известно, прекрасный восстановитель, что сохраняет молодость катодам до самой старости АБ. Это обстоятельство заставляет увеличивать ресурс анодов путем увеличения их толщины, а это существенно увеличивает массу и габариты. Также достаточно большим минусом таких батарей можно считать их высокий саморазряд. Но, к счастью, есть и плюсы. Во-первых, это более низкая стоимость, во-вторых, способность до определенного предела безболезненно переносить глубокие разряды. Однако, в силу сказанного ранее, перезаряда они не выдерживают. Это ведет к их интенсивному старению и повышенному расходу воды. А какую же альтернативу тогда можно предложить? Сейчас всё большее распространение получают так называемые кальциевые батареи. В них в качестве легирующей добавки используют кальций (Са), но не везде. МирСоветов обращает ваше внимание, что есть разные типы таких аккумуляторных батарей. Естькальциево-сурьмянистые, где первым легированы только аноды, а катоды остаются малосурьмянистыми. Это некий компромисс в стоимости. Применением кальция тут частично спасаются аноды от раннего разрушения. Но от всех проблем они не избавлены. Есть и полностью кальциевые АБ, они еще называются кальций-кальциевые (Са/Са). В них все пластины легированы кальцием. Такая конструкция более дорога, но лишена недостатков батарей предыдущих типов. Характеризуются такие АБ низким уровнем саморазряда; повышенным напряжением начала электролиза воды (около 16 В – 2,67 В/эл.); меньшей массой и габаритами при эквивалентной емкости. Аккумуляторные батареи этого типа, в отличие от малосурьмянистых, становятся уже малообслуживаемыми, а в ряде случаев необслуживаемыми вовсе, что снижает затраты средств, а самое главное – времени. Имеются и недостатки. Это, как уже говорилось, более высокая стоимость, а в техническом плане – нетерпимость к глубоким разрядам. Ресурс таких АБ сильно страдает, если их разряжать на 50% и более. Уже после 3-4 таких разрядов емкость может существенно уменьшиться даже на совершенно новом аккумуляторе. Хорошо, что есть панацея – не допускать таких разрядов (следить за электрикой вашего авто). Неплохой особенностью является способность кальциевых батарей освобождаться от лишнего заряда, они его просто не принимают. Это исключает возможность их перезаряда. А вот уже несколько раз применялся термин перезаряд. А что это? В данном случае под перезарядом понимается не возможность многократного заряда, а поступление лишней емкости в АБ. В общем, некий оверклок. А чем же страшен перезаряд? Тут есть несколько неприятных моментов. Во-первых, как и говорилось для малосурьмянистых АБ, это усиленное окисление анодов. Во-вторых, повышенный расход воды. В-третьих, усиленное старение активной массы с ее отслаиванием от поверхности пластин. Кроме того, повышается температура, что еще более накаляет обстановку. Хорошо, так какую же АБ все-таки выбрать. В настоящее время я бы выбрал полностью кальциевую (Са/Са). Вот рисунки, где видны преимущества Са/Са батарей наглядно. На рисунках кривые: 1 – Са/Са; 2 – Гибридная (Са/Сурьма); 3 – Малосурьмянистая; 4 – Сурьмянистая.
Но, увы, на этом муки выбора не заканчиваются, а только начинаются.
Пора в магазин
Но перед этим не помешает еще немного почитать. Для правильного выбора необходимо ориентироваться в основных параметрах аккумуляторной батареи. Естественно, что наиболее важным из них является ее напряжение. Большинство автомобильных АБ имеют это значение равным 12 В. В действительности оно больше, но об этом позже. Вторым аргументом в пользу той или иной АБ можно считать ее емкость. А вот здесь не все так просто. Но начнем с понятия. Емкость АБ показывает количество электроэнергии, отдаваемой в единицу времени. Как на первый взгляд может показаться, АБ емкостью 55 А*ч при токе разряда 55 А будет работать ровно 1 час. Сразу оговорюсь, что АБ считается полностью разряженной, если напряжение на ней становится равным 10,8 В (1,8 В/эл.). Число, указанное на аккумуляторных батареях – это емкость, отдаваемая при +25 °С, при токе двадцатичасового режима разряда. Пример. При емкости АБ 55 А*ч ток двадцатичасового режима разряда равен I=55/20=2,75 А. Т.е. АБ отдаст 100% своей емкости только в этих условиях. Эту емкость принято называть С20. В действительности можно считать, что АБ отдает 100% емкости и при десятичасовом цикле (С10), что для указанного примера эквивалентно току в 5,5 А. Я думаю, вам понятно, что при уменьшении тока меньше, чем ток С20, емкость все равно будет 100% (не увеличится).
Открою вам военную тайну. Можно добиться увеличения отдаваемой емкости, вплоть до 120%, с помощью нагрева АБ до +50 °С (предельно допустимая температура +55 °С). Это сделать можно, но не нужно, т.к. это серьезно старит АБ.
А вот в сторону увеличения тока разряда дела обстоят куда хуже. Так, например, всё та же АБ 55 А*ч при токе пятичасового режима (С5) в 11 А отдаст только 80% своей емкости, а это только 44 А*ч. А дальше еще хуже. Но какую же все-таки выбрать емкость? Можно сильно не задумываясь выбрать рекомендуемую заводом-изготовителем вашего авто, но можно и отличную от нее. МирСоветов должен сказать, что меньшую емкость выбирать нельзя. Во-первых, ее будет не хватать ни для запуска, ни для эксплуатации. Во-вторых, аккумулятор станет сильней изнашиваться, т.к. будет глубже разряжаться. В-третьих, как это ни парадоксально, будет и перезаряжаться после восполнения утраченной емкости на старт двигателя (генератор ведь остался прежней мощности). Лучше выбирать бОльшую емкость, но без фанатизма. Тут надо, чтобы батарея хотя бы вошла по габаритам на штатное место. Существует поверие, некий миф, что ставить бОльшую емкость нельзя, т.к. она будет хронически недозаряжаться, но я уверяю вас, что это не совсем так. Дело в том, что на пуск двигателя потребуется примерно одинаковое количество энергии, следовательно, емкости и генератор без проблем вернет этот долг обратно в АБ. Это заложено в конструкции авто. Мощность потребителей от установленной АБ с повышенной емкостью не возросла и тоже не предъявит лишнего счета. Будет недозаряд в случаях, когда было произведено слишком большое число попыток запуска, либо не хватает мощности генератора. В последнем случае система регулирования напряжения генератора не может больше повышать его при повышении нагрузки и происходит ограничение напряжения. Чем больше нагрузка, тем больше просадка напряжения на генераторе. И когда оно сравнивается с напряжением на АБ, то ни о каком заряде последней речи идти не может. Наоборот, аккумулятор начинает «помогать» генератору в питании потребителей. Чем меньше напряжение на генераторе, тем больше эта помощь и тем быстрей разряжается АБ. Но опять-таки, это связано со штатной конструкцией электрики и напрямую с мощностью генератора. На российских автомобилях наблюдается явный дефицит мощности генератора. Таким образом, вы смело можете выбирать аккумулятор с емкостью выше на одну ступень. Например, вместо 55 А*ч ставить 60-62 А*ч. При этом вы получите возможность более уверенного пуска. Да, но есть нюанс. Если АБ разрядить более чем на половину своей емкости, то ее на автомобиле (генератором) зарядить не удастся. Но не следует радоваться скептикам, это касается даже АБ при штатной емкости. Емкость аккумулятора величина крайне переменчивая. Она может изменяться в зависимости от температуры (см. таблицу 1).
Таблица 1 – Зависимость емкости АБ от температуры
Время разряда
Температурный коэф. при t, °С
0
10
20
25
30
35
45
55
Более 1 часа
0,81
0,94
1,00
1,03
1,06
1,09
1,15
1,21
1 час и менее
0,80
0,90
1,00
1,05
1,10
1,15
1,25
1,35
Как видно из таблицы при нуле градусов Цельсия емкость АБ всего 80% от номинала. Тогда как при максимально допустимых 55 градусах она составляет при разряде 1 час и менее аж 135%. В этом случае она восстанавливается при достижении нормальной температуры. Кроме этого, уже безвозвратно, или почти безвозвратно, снижается емкость с течением времени – естественное старение, либо из-за нарушений условий эксплуатации – искусственное старение. А как же понять – почти безвозвратно? В некоторых случаях АБ можно что называется «взбодрить» тем или иным способом. Например, тренировочным циклом разряд-заряд или кратковременным зарядом повышенным током. И последним параметром является ток холодной прокрутки – это ток, который может отдать АБ при минус 18 °С в режиме стартирования. Фактически, чем больше этот ток, тем уверенней будет запуск. Надо понимать, что этот ток напрямую связан с емкостью АБ, и растет с увеличением последней. Но даже в пределах одного номинала емкости есть АБ с различными показателями. Это связано с тем или иным методом уменьшения внутреннего сопротивления АБ. А также есть формальности. В зависимости от стандарта, принятого изготовителем, величина этого тока рознится (см. таблицу 2)
Таблица 2 – Соответствие токов холодной прокрутки по разным стандартам
DIN 43559, ГОСТ 959-91
EN 60095-1, ГОСТ 959-2002
SAE J537
170
280
300
220
330
350
255
360
400
255
420
450
280
480
500
310
520
550
335
540
600
365
600
650
395
640
700
420
680
750
Как видно из таблицы, даже по российскому ГОСТу есть различия по году выпуска этого стандарта. А различия, как видите, не малые. Есть и множество других параметров, которые регламентированы стандартами, они не указаны на корпусе, но заложены конструктивно и должны соответствовать нормам этих стандартов. В России это ГОСТ 959 – 2002. Итак, вы определились с типом и основными параметрами АБ, но и этого мало. Теперь надо выбирать производителя. В отношении АБ для автомобилей следует смириться с тем, что даже хорошая батарея служит от 4 до 7 лет. Правда, бывают экспонаты похуже, которые отправляются в лом цветного металла уже после 1-2 лет. Аутсайдерами по качеству можно смело назвать произведения тюменского аккумуляторного завода. Они служат не долго, но имеют большой плюс – они дешевле всех. Это отличный вариант при продаже авто и только. Отечественные АБ, например, «АКОМ», «Титан», «Пилот» и т.д. можно смело приобретать и использовать, они достаточно качественны и долговечны. Но, например, у АКОМа нет ручки для переноски, что не всегда удобно. Импорт тоже не весь хорош, но большинство приемлемого качества и длительного срока эксплуатации. Остерегайтесь китайских поделок и подделок! А вообще, в этом вопросе не надо обольщаться, АБ – это расходный материал и, по сути, кроме ресурса, в них нет существенных различий. Еще раз подчеркиваю, основная разница – только качество изготовления и всё. Пример. Вы приобрели в магазине хороший аккумулятор именитой и авторитетной фирмы «VARTA» и счастливый идете в гараж, но он почему-то отказывается нормально работать. Ба! Так он же старый! Т.о., не верьте только названию, обязательно проверяйте. Поверьте, прецеденты таких продаж во вполне приличных магазинах уже были. Хорошо. Вот вы пришли в магазин, и из множества представленных АБ выбрали подходящий вам по качеству и цене, а самое главное ту, к которой лежит душа. Но не следует сразу лезть за кошельком. Вообще, никогда не показывайте кошелек заранее! Тут еще есть несколько моментов. Зайдя в магазин, сразу оцените температуру в нем, если слишком жарко, то это не есть гуд. Посмотрите, где и как стоят представленные АБ. Хоть на первый взгляд их размещение на полу и не приглядно, но это лучший вариант. Во-первых, на полу прохладней (хуже, если у самого потолка). Во-вторых, меньше вероятность ударов при постановке их на полки.
Напомню, аккумуляторы, как и все химические элементы, лучше хранить в холоде.
Останавливать свой выбор лучше на залитых и уже готовых к использованию аккумуляторах. Это избавит вас от многих проблем. Например, от приобретения неизвестно какого качества электролита и его заливки. От необходимости 3-х часовой выдержки АБ после заливки электролитом с последующим контролем плотности и цвета. От корректировки этой плотности в зависимости от текущего заряда батареи. Залитая АБ на заводе гарантирует хорошее качество электролита и полную готовность к немедленному использованию. Второй пункт выбора вытекает из первого. Для залитых АБ есть нюанс – разница между датой покупки и датой выпуска, которая не должна превышать одного года. Внимательно смотрите дату выпуска на корпусе аккумулятора. На многих импортных АБ она находится на днище корпуса.
Не опрокидывайте никогда АБ, даже сухозаряженную!
В действительности ничего страшного нет, если прошло и бОльшее время, но тогда продавец был бы обязан периодически подзаряжать АБ (чего, как вы догадываетесь, он не делал). Поэтому тут, как и во многом, подходит лозунг: «Чем свежее, тем лучше!». Не слушайте уверения продавца, зачем вам лишние проблемы. Вы же не хотите покупать просроченную колбасу, например. Далее обращаем внимание на упаковку. Стоит заметить, что в большинстве своем таковая отсутствует вовсе (только на партию). Но есть и АБ в персональной упаковке, которая представляет собой либо термоусадочную пленку, либо в картонную коробку. В этом случае проверьте целостность упаковки и наличие на ней следов удара и т.п. Если таковые есть, то лучше воздержаться от покупки этой батареи, даже если она сама цела. Если упаковка отсутствует, либо она до вас подвергалась вскрытию, то внимательно осмотрите аккумулятор. Обратите пристальное внимание на выводные борны, на них не должно быть никаких следов от клемм и т.п., а также царапин. Они должны быть покрыты ровным и серым слоем окисла свинца. Если АБ залитая, осмотрите ее корпус, места выхода борнов из корпуса и пробки – должно быть всё сухо, что указывает на герметичность. Затем не помешает случайно захваченный с собой цифровой мультиметр.Ставим предел измерения до 20 В постоянного тока и измеряем напряжение на выводах АБ, естественно, без нагрузки, оно должно быть не менее 12,6 В, если это не так (оно меньше), то АБ уже хранится давно, либо в несоответствующих условиях, либо она бракованная. В данном вопросе вам показания нагрузочной вилки, предъявленные продавцом, ни к чему, т.к. погрешность у этой вилки очень высока и шкала достаточно груба. После этого можно позволить продавцу выполнить его излюбленный тест – проверку нагрузочной вилкой. Этому тесту можно смело доверять и даже не проверять, т.к. он абсолютно бесполезен. Его (этот тест) не пройдут только совсем «мертвые» образцы, которых в приличных магазинах просто не бывает. Все остальные дефекты выявляются уже при эксплуатации. Поэтому не забудьте взять гарантийный талон и чек желательно с копией. Повторю, нагрузочная вилка не выявит вам никаких скрытых дефектов и не определит фактическую емкость аккумулятора. Фактическую емкость, конечно, вы не определите в магазине и любыми другими способами, не сделаете этого даже на автомобиле. Это выполняется только контрольным разрядом. Однако если вы выполнили вышесказанные условия, то этого уже и не требуется. С вероятностью 90-95% можно сказать, что емкость в норме.
То, что аккумуляторы являются одной из основных деталей для многих устройств – это уже ни для кого не секрет, но вот какие лучше и как их использовать правильно, это до сих пор является предметом для дискуссий. Но для начала все-таки надо представить, а что это за зверь такой – аккумулятор.
Итак, рассмотрим основные элементы.
А недостатки сурьмянистых батарей весьма существенны. Во-первых, сурьма – это сильный яд и это делает утилизацию еще более сложной. Во-вторых, наличие сурьмы приводит к началу электролиза воды уже при 2 В/эл., что для 12-ти вольтовой батареи равняется 12 В. Таким образом с этого значения до полного заряда (14,4 В) необходимо АБ набрать 2,4 В, это по времени достаточно много. А что тут страшного, спросите вы? А вот что. Электролиз воды приводит к ее разложению на водород и кислород, что увеличивает опасность взрыва образующегося при их смешивании гремучего газа. А выделение кислорода ведет к интенсивному окислению положительных пластин, где он собственно и выделяется, т.к. имеет отрицательный заряд (О-). На минусовых пластинах выделяется водород (Н+), который, как известно, прекрасный восстановитель, что сохраняет молодость катодам до самой старости АБ. Это обстоятельство заставляет увеличивать ресурс анодов путем увеличения их толщины, а это существенно увеличивает массу и габариты. Также достаточно большим минусом таких батарей можно считать их высокий саморазряд. 
Естественно, что наиболее важным из них является ее напряжение. Большинство автомобильных АБ имеют это значение равным 12 В. В действительности оно больше, но об этом позже.
Чем больше нагрузка, тем больше просадка напряжения на генераторе. И когда оно сравнивается с напряжением на АБ, то ни о каком заряде последней речи идти не может. Наоборот, аккумулятор начинает «помогать» генератору в питании потребителей. Чем меньше напряжение на генераторе, тем больше эта помощь и тем быстрей разряжается АБ.
В отношении АБ для автомобилей следует смириться с тем, что даже хорошая батарея служит от 4 до 7 лет. Правда, бывают экспонаты похуже, которые отправляются в лом цветного металла уже после 1-2 лет.
Останавливать свой выбор лучше на залитых и уже готовых к использованию аккумуляторах. Это избавит вас от многих проблем. Например, от приобретения неизвестно какого качества электролита и его заливки. От необходимости 3-х часовой выдержки АБ после заливки электролитом с последующим контролем плотности и цвета. От корректировки этой плотности в зависимости от текущего заряда батареи.
Ставим предел измерения до 20 В постоянного тока и измеряем напряжение на выводах АБ, естественно, без нагрузки, оно должно быть не менее 12,6 В, если это не так (оно меньше), то АБ уже хранится давно, либо в несоответствующих условиях, либо она бракованная. В данном вопросе вам показания нагрузочной вилки, предъявленные продавцом, ни к чему, т.к. погрешность у этой вилки очень высока и шкала достаточно груба. После этого можно позволить продавцу выполнить его излюбленный тест – проверку нагрузочной вилкой. Этому тесту можно смело доверять и даже не проверять, т.к. он абсолютно бесполезен. Его (этот тест) не пройдут только совсем «мертвые» образцы, которых в приличных магазинах просто не бывает.