Характеристики автомобильного аккумулятора

Назначение аккумуляторных батарей и основные типы

Автомобильный аккумулятор обеспечивает энергией различные потребители автомобиля, когда двигатель остановлен или работает на низкой скорости (холостой ход). Когда двигатель работает на высоких оборотах, генератор отвечает за подачу электроэнергии к различным потребителям. Аккумулятор также вступает в игру, когда генератор не справляется с нагрузкой.

Сегодня существует множество типов батарей. Неопытные автолюбители могут растеряться, но не стоит отчаиваться. Современные автомобильные аккумуляторы четко унифицированы и понятны. Стоит отметить, что большинство аккумуляторов на рынке — это свинцово-кислотные модели. Их характеристики не самые лучшие, но эти батареи — очень хорошее соотношение цены и качества.

Среди свинцово-кислотных батарей существует класс гелевых батарей, которые обладают более совершенными характеристиками по сравнению с батареями с жидким электролитом. Кислота в них находится в виде геля. Более подробную информацию о том, что такое аккумуляторная кислота, можно найти по этой ссылке. Существуют и другие модификации кислотных батарей. Основное различие в них заключается в добавлении различных легирующих элементов в свинцовые пластины. Это может быть кальций, серебро. Кстати, сурьма добавляется в пластины большинства стандартных батарей. Это увеличивает сопротивление пластин нагреву и охлаждению.

Большинство добавок к сплавам повышают устойчивость пластин к коррозии и сульфатации, но они также имеют свои недостатки.

Существуют также батареи, использующие никель-гидридную технологию, и литиевые батареи. Последние, в свою очередь, делятся на ионные, фосфатные и полимерные батареи. Никель-металлогидридные и литиевые батареи обладают специфическими свойствами и используются в автомобилях с гибридными двигателями. Такие батареи нельзя использовать в стандартных автомобильных источниках питания.

Автомобильные аккумуляторы можно классифицировать по такому признаку, как напряжение. Эту классификацию можно увидеть в таблице ниже.

6	мопеды, квадроциклы, скутеры и т.д.
12	автомобили, мотоциклы
24	грузовые автомобили, специальные автомобили

Давайте теперь рассмотрим основные характеристики автомобильного аккумулятора на примере стандартных свинцово-кислотных батарей. Это будет правильно, так как данный класс батарей является наиболее распространенным, и они представлены в магазинах. Для начала стоит упомянуть основные характеристики:

• Вместимость;
• Ток холодного пуска;
• Электродвижущая сила (ЭДС);
• Внутреннее сопротивление и напряжение;
• Полярность;
• Уровень заряда;
• Особенности конструкции: вес, размер;
• Срок службы;
• Срок хранения;
• Саморазряд.

Давайте рассмотрим их подробнее.

Тип

Батареи можно разделить на три основные категории: обслуживаемые, необслуживаемые и необслуживаемые. Обслуживаемые батареи дешевы, но у них есть некоторые недостатки. Эти батареи требуют регулярного контроля уровня электролита и менее долговечны. По своим характеристикам малообслуживаемые батареи практически не отличаются от обслуживаемых. Единственное отличие между ними заключается в более длительном сроке службы и в том, что они не требуют от владельца автомобиля регулярной проверки их состояния. Необслуживаемые модели — лучший вариант на сегодняшний день. Они не требуют проверки уровня электролита, так как к нему нет доступа. Они будут стоить дороже, чем предыдущие модели, но долговечность батареи компенсирует это

Ёмкость

Емкость аккумулятора — это показатель количества электричества, которое аккумулятор отдает при разряде до минимально допустимого напряжения. Мощность измеряется в ампер-часах (Ач). Более подробную информацию об ампер-часах можно найти по этой ссылке. Для проверки номинальной емкости автомобильной батареи выполните следующие действия Батарея разряжается до 10,5 вольт током 0,05 от указанной емкости в течение 20 часов. Температура электролита должна составлять от 18 до 27 градусов Цельсия.

Формула расчета для разряда батареи

На практике проверка емкости аккумулятора осуществляется следующим образом. Например, у вас есть аккумулятор емкостью 50 Ач. Вы подключаете нагрузку в 2 ампера (например, лампу накаливания мощностью 24 Вт и напряжением 12 В) к клеммам аккумулятора. Батарея разряжается до конечного напряжения 10,5 В. Время разряда исправной батареи рассчитывается как 50 Ач / 2 Ампера = 25 часов. В процессе использования емкость батареи постоянно уменьшается, и около 40 процентов от номинальной емкости считается окончанием срока службы.

Если вы проверяете емкость новой батареи таким образом, будьте готовы к тому, что вначале время разряда будет меньше. Аккумулятор приобретает эту характеристику емкости после трех-пяти циклов заряда-разряда.

Для определения емкости аккумулятора можно использовать такое устройство, как зарядная вилка. Этот прибор состоит из вольтметра, нагрузочного сопротивления, контактных клемм (площадок), корпуса и держателя. Сопротивление нагрузки выбирается таким образом, чтобы ток был равен:

Формула для расчета емкости аккумулятора

Нагрузочная вилка подключается к клеммам аккумулятора и измеряется падение напряжения до 6 В. Для заряженной, рабочей батареи это время составляет не менее трех минут. Температура электролита в момент измерения должна составлять 25 минут.

Емкость аккумулятора зависит от ряда параметров. К ним относятся:

• Количество пластин и их конструкция;
• Температура;
• Сила разрядного тока и способ разряда;
• Износ.

И это далеко не полный перечень характеристик. Емкость — это единственный параметр автомобильной батареи, который лучше всего характеризует ее состояние. Чтобы продлить срок службы свинцово-кислотной батареи, лучше всего использовать небольшую часть ее емкости перед подзарядкой. Глубокая разрядка значительно сокращает срок службы автомобильного аккумулятора.

В таблице ниже показано примерное соответствие между емкостью батареи и типом автомобиля (рабочим объемом двигателя).

55	Пассажирские автомобили	1 — 1,6
60	легковые автомобили	1,3 — 1,9
66	Легковые автомобили (кроссоверы, внедорожники)	1,4 — 2,3
77	грузовые автомобили	1,6 — 3,2
90	Среднетоннажные грузовики	1,9 — 4,5
140	Тяжелые грузовые автомобили	3,8 — 10,9
190	Специальные машины (экскаваторы, бульдозеры)	7,2 — 12
200	Грузовые автомобили (грузовые автомобили, прицепы)	7,5 — 17

Ток холодной прокрутки

Это значение, также известное как пусковой ток, указано на батарее рядом со значением емкости. Подробнее о маркировке автомобильных аккумуляторов. Ток холодного пуска определяется следующим образом.

Батарея охлаждается до -18 градусов Цельсия и разряжается пусковым током в течение 30 секунд. Согласно ГОСТу, напряжение после этого должно быть не менее 8,4 В. А после 150 секунд разряда не менее 6 В. При постоянном токе разряда емкость можно рассчитать по следующей формуле.

Формула для расчета пускового тока

Электродвижущая сила (ЭДС)

Электродвижущая сила аккумулятора — это характеристика, которая показывает напряжение на клеммах аккумулятора при отсутствии внешней нагрузки или утечки. Это значение измеряется с помощью вольтметра или мультиметра. На электродвижущую силу влияют два параметра: плотность электролита и его температура. Электродвижущая сила возрастает с увеличением плотности электролита.

При температуре 18 градусов Цельсия и плотности 1,27 грамма на кубический сантиметр ЭДС одной банки составляет 2,12 вольта. ЭДС шестиэлементной батареи составляет 12,7 В.
Эмпирически выведенная зависимость между ЭДС и плотностью электролита показана ниже. Он работает при плотности в диапазоне 1,05-1,3 г/куб. см.

Эмпирическая формула для расчета ЭДС как функции плотности электролита

В отличие от емкости, состояние батареи не может быть надежно оценено на основе значения электродвижущей силы. ЭМП позволяет обнаружить критические неисправности в батарее, например, короткозамкнутые пластины. Подробнее о напряжении батареи можно прочитать по этой ссылке.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление автомобильной батареи включает в себя сопротивление пластин, электролита, сепараторов, разъемов и т.д. Внутреннее сопротивление уменьшается по мере увеличения емкости батареи. Он увеличивается при снижении температуры и уменьшении заряда батареи. Формула для напряжения и ЭДС в процессе заряда-разряда приведена ниже.

Зависимость напряжения и ЭДС во время зарядки

Взаимосвязь между напряжением и ЭДС во время разряда

Ниже показана зависимость между напряжением батареи и состоянием заряда.

Формула для зависимости напряжения от состояния заряда батареи

Важно помнить, что даже при ежедневной езде аккумулятор необходимо периодически подзаряжать. Это происходит потому, что даже при постоянном использовании автомобиля аккумулятор заряжается не полностью, примерно на 15-20%. Это связано с работой генератора переменного тока.

Генератор переменного тока в легковом автомобиле вырабатывает напряжение 14-14,5 В. Он может обеспечить достаточное напряжение для зарядки, когда частота вращения коленчатого вала находится в пределах 2 000 об/мин.

Это означает, что зарядка происходит только во время ускорения в городе и на высоких скоростях на загородной трассе. Полная зарядка в этом режиме занимает около 12 часов.

Напряжение, вырабатываемое генератором, нельзя увеличить, поскольку при напряжении 14,5 вольт начинается электролиз воды на кислород и водород. При этой специфической операции аккумулятор находится в состоянии неполного заряда.

На рисунке ниже показаны вольт-амперные характеристики батареи во время разряда пусковым током, т.е. током, потребляемым стартером при запуске двигателя автомобиля.

Вольт-амперные характеристики аккумулятора

Степень заряженности

Состояние заряда батареи зависит от многих параметров и часто трудно поддается точному определению. Только высококлассное зарядное устройство с передовой электроникой способно сделать это. Однако для большинства применений батарей достаточно приблизительной оценки. О состоянии заряда аккумулятора свидетельствует его напряжение и плотность электролита (для соответствующего типа свинцово-кислотного аккумулятора).

Полностью заряженная батарея с жидким электролитом имеет напряжение примерно 12,7 В. Для гелевых батарей это значение составляет от 13 до 13,4 В.

Ниже приведена таблица, показывающая плотность электролита и то, как с ней связаны характеристики батареи.

1,11	11,7	8,4	0	-7
1,12	11,76	8,54	6	-8
1,13	11,82	8,68	12,56	-9
1,14	11,88	8,84	19	-11
1,15	11,94	9	25	-13
1,16	12	9,14	31	-14
1,17	12,06	9,3	37,5	-16
1,18	12,12	9,46	44	-18
1,19	12,18	9,6	50	-24
1,2	12,24	9,74	56	-27
1,21	12,3	9,9	62,5	-32
1,22	12,36	10,06	69	-37
1,23	12,42	10,2	75	-42
1,24	12,48	10,34	81	-46
1,25	12,54	10,5	87,5	-50
1,26	12,6	10,66	94	-55
1,27	12,66	10,8	100	-60

Особенности конструкции: масса, типоразмер

Вес батарей большинства легковых автомобилей составляет от 14 до 20 килограммов. Вес почти всегда указывается на этикетке вместе с другими характеристиками автомобильного аккумулятора. Может быть полезна таблица веса батареи.

Ситуация с размером немного сложнее. В настоящее время в продаже можно найти самые разнообразные конструкции батарей. Но почти все они могут быть отнесены к одному из следующих размеров:

• Европейский. Европейский тип — высота корпуса составляет 190 миллиметров, клеммы расположены в углублениях корпуса;
• Азиатский. Азиатский тип — корпус и клеммы имеют высоту от 220 до 225 миллиметров, выходя за габариты корпуса аккумулятора;
• Американец. Американский тип — клеммы установлены сбоку. На внутреннем рынке встречается редко.

В связи с технологическими изменениями батареи подразделяются на:

• Не требует технического обслуживания. Этот тип батарей начали производить около 30 лет назад. Они имеют более высокий пусковой ток и более длительный срок службы, чем рабочие батареи. Они чувствительны к напряжению и не требуют обслуживания;
• Не требует особого ухода. Большинство батарей, представленных сегодня на рынке, имеют низкий процент отказов. Они имеют оптимальное соотношение цена/качество. Они требуют периодического обслуживания;
• Подходит для использования. Это полностью обслуживаемые батареи, в которых можно заменять банки. Они требуют регулярного обслуживания. В настоящее время не доступен для продажи.

Если вы ищете новый аккумулятор, вы можете прочитать обзорную статью об аккумуляторе Titan.

Полярность

Эта особенность влияет на расположение аккумулятора под капотом автомобиля. Батареи выпускаются с прямой и обратной полярностью. Различить их очень просто. Если повернуть батарею к себе, чтобы клеммы были обращены друг к другу, то при прямой полярности минусовая клемма должна быть справа, а плюсовая — слева. При обратной полярности верно обратное. Отечественные производители выпускают модели с прямой полярностью, европейские — с обратной.

Клеммы аккумулятора также отличаются по стандарту.

• Европейский тип 1. Плюсовая клемма имеет диаметр 19,5 миллиметров, минусовая — 17,9 миллиметров;
• Азиатский тип 3. Плюсовая клемма имеет диаметр 12,7 мм; минусовая клемма имеет диаметр 11,1 мм.

Срок хранения

Батареи не имеют длительного срока хранения. Сухозаряженная батарея может храниться до двух лет. Гарантийный срок хранения составляет 1 год.

Срок эксплуатации

При соблюдении основных правил эксплуатации батареи срок ее службы увеличивается в среднем до 4 лет. Однако при надлежащем обслуживании батарея может прослужить от 7 до 8 лет.

Саморазряд батареи

Саморазряд — это процесс уменьшения емкости аккумулятора, когда он не используется. Это вызвано окислительно-восстановительными процессами, происходящими на электродах разной полярности. Отрицательный электрод страдает больше, потому что свинец из отрицательных пластин реагирует с серной кислотой в электролите. В этом процессе выделяется водород. Активность растворения свинца возрастает с увеличением плотности электролита.

Процесс саморазряда также запускается при загрязнении поверхности батареи. Электролит, вода или другие жидкости создают благоприятные условия для разряда батареи через проводящий слой между клеммами батареи.

Здесь следует отметить некоторые особенности процесса саморазряда:

• Она уменьшается с понижением температуры и практически прекращается при 0 С. Таким образом, аккумулятор следует хранить в заряженном состоянии при низкой температуре;
• Процесс саморазряда становится более активным к концу срока службы батареи. Глубокая разрядка значительно увеличивает саморазряд при следующей зарядке;
• Саморазряд можно уменьшить, используя более чистую серную кислоту и дистиллированную воду для приготовления электролита;
• Саморазряд наиболее активен в течение одного дня после зарядки батареи;
• Саморазряд считается нормальным, потеря емкости составляет 1 процент в день.

Безопасность

Помимо характеристик автомобильного аккумулятора, не менее важно знать правила безопасности при обращении с ним и его обслуживании. Прежде всего, обратите внимание на следующие моменты:

• Аккумулятор должен быть надежно закреплен на шасси автомобиля;
• Используйте средства индивидуальной защиты (очки, резиновые перчатки) при измерении плотности электролита и замене батареи. Держите поблизости пищевую соду и воду на случай попадания электролита на кожу;
• Не допускайте короткого замыкания клемм аккумулятора;
• Перед зарядкой батареи снимите пробки с банок обслуживаемой батареи.

Тип корпуса

Батареи по типу корпуса (расположение выводов и размеры) делятся на европейские, азиатские и американские. Они не взаимозаменяемы, поэтому важно купить тот, который подходит к вашему автомобилю. Европейские батареи имеют клеммы, которые не выступают над крышкой, а на нижней стороне батареи есть клеммы. Азиатские батареи имеют клеммы, которые не утоплены в корпус и могут не иметь никаких выступов. Американские батареи имеют клеммы, расположенные сбоку.

Полярность

Это зависит от ориентации клемм по отношению к лицевой стороне батареи. В грузовиках красная плюсовая клемма направлена в сторону от аккумулятора, поэтому полярность обратная: красная клемма слева — обратная, а красная справа — обратная.

Типоразмер клемм

Соединительные клеммы имеют разный диаметр на плюсовой и минусовой стороне, чтобы не перепутать полярность с потребителем. 19,5 миллиметров для плюса и 17,9 миллиметров для минуса в стандартных терминалах и 12,7 миллиметров для плюса и 11,1 миллиметров для минуса в азиатских терминалах.

Габаритные размеры

Размеры автомобильных аккумуляторов зависят от емкости батареи и марки автомобиля. В легковых автомобилях наиболее распространены два основных размера: европейский и азиатский. Первые короче и длиннее, вторые выше и уже. Размеры стандартной европейской 60-амперной батареи — 242 × 175 × 190 миллиметров. Азиатский аккумулятор такой же емкости имеет размеры 232 × 173 × 225 миллиметров. Чтобы не ошибиться при покупке, всегда проверяйте техническую документацию вашего автомобиля или измеряйте старый аккумулятор.

Способ крепежа

Помимо размера, важен также тип крепления аккумулятора. В европейских автомобилях аккумулятор оснащен клеммными пластинами, которые крепятся к выступам на нижней стороне кузова. В азиатских автомобилях аккумулятор крепится к площадке с помощью рамы или пластины. Надежность зажима влияет на срок службы батареи, поскольку излишние вибрации и удары повреждают пластины и вызывают преждевременный выход из строя.

От 40 до 70 Ач

Большинство стандартных батарей Europa емкостью до 70 Ач имеют длину 175-242 мм. Ширина составляет 175 мм, а высота — 175 мм или 190 мм, в зависимости от модели.

В таблице ниже приведены размеры различных типов батарей Europa емкостью до 70 Ач

42 6ST-42	175	175	190
44 6СТ-44	207	175	175
52 6СТ-52	207	175	190
60 6СТ-60	242	175	190
61 6СТ-61	242	175	175
62 6СТ-62	242	175	190
63 6СТ-63	242	175	190

От 70 до 225 Ач

Батареи Europa большей емкости имеют большие размеры, чем рассмотренные выше. Длина 278-518 мм, ширина 175-240 мм и высота 175-242 мм. Для каждой модели аккумулятора конкретные значения различны.

В таблице ниже приведены размеры батарей Europa емкостью от 70 до 225 Ач.

72 6ST-72	278	175	175
74 6СТ-74	278	175	190
77 6СТ-77	278	175	190
80 6СТ-80	315	175	175
95 6ST-95	353	175	190
100 6СТ-100	353	175	190
110 6СТ-110	390	175	190
140 6СТ-140	513	189	223
180 6СТ-180	518	240	242
200 6СТ-200	518	240	242
225 6СТ-225	518	240	242

Ёмкость, напряжение и сила тока

Емкость аккумулятора — сколько энергии может накопить аккумулятор:

1. Емкость аккумулятора — это количество энергии, которое он может накопить. Он измеряется в ампер-часах (часто обозначается как mAh). Другими словами, например, 2 000 мАч означает, что батарея прослужит 2 000 часов при использовании тока 1 миллиампер в час при напряжении 12 В. При напряжении 100 миллиампер 12 В он проработает всего 20 часов.

Работу аккумулятора можно объяснить примерно так же, как работу резервуара с водой. Есть резервуар (батарея), из него выходит трубка фиксированного диаметра (вольты), чем сильнее давление потока, выходящего через трубку (амперы), тем быстрее разрядится резервуар (батарея).

Перезарядка аккумулятора может привести к его саморазрушению.

1. Напряжение батареи — сколько максимальных вольт выдает батарея при полном заряде. По мере разрядки батареи выходное напряжение уменьшается.
2. Ток — максимальное количество разрядного тока, которое батарея может выдать за определенный период времени. Если этот показатель превышен, например, в результате короткого замыкания между клеммами, последствия непредсказуемы. Например, ионные батареи перегреваются и могут просто взорваться.

Рабочий диапазон температур

Любой производитель указывает срок службы, величину тока и напряжение, подаваемое для идеального температурного диапазона. Это напрямую связано со скоростью химических реакций. Более низкая температура означает замедление химических реакций и более высокую скорость разряда. Более теплая температура, наоборот, снижает скорость разряда.

Саморазряд аккумуляторов

Любое устройство хранения энергии подвержено саморазряду. При полной зарядке он будет постепенно терять заряд даже при отключении от источников питания. Это связано с внутренними химическими процессами, которые продолжаются даже при отсутствии текущего потребления. Они просто работают медленнее. Даже незаряженная батарея содержит электрическую связь через электролит между электродами. Все еще существует внутренний ионный обмен вещества, который вызывает саморазряд.

Различные химические типы накопителей электрической энергии по-разному подвержены этому процессу. Ведущим типом является никель-железный, который теряет 15% своего заряда за один месяц хранения без нагрузки. Литий-ионные модели дольше всех сохраняют запас энергии, теряя около 2%.

Допустимая глубина разряда

Каждый аккумулятор, накапливающий электрическую энергию, состоит из ряда электрически соединенных пар пластин. Если пара полностью разряжена до нуля, она меняет полярность и начинает пропускать ток обратно (ток, конечно, будет намного меньше). Это происходит через протекание химических реакций, поскольку принципом всей энергетики является ионный обмен. Когда катодная пластина собирает достаточно ионов, а анодная пластина теряет слишком много ионов, начинается процесс обратного переноса, другими словами, анод становится катодом, а катод — анодом. В чем опасность для всей батареи? Электрическая цепь разрывается, и тогда аккумулятор перестает подавать ток. Следовательно, вся батарея перестанет функционировать.

Чтобы этого не произошло, современные источники питания содержат схему, которая ограничивает общий ток разряда батареи, отключая потребителя при достижении определенного порогового уровня. Особенно популярны такие батареи, которыми комплектуются различные высокотехнологичные устройства (например, смартфоны, мобильные телефоны).

Примечание: Некоторые люди могут быть знакомы с ситуацией, когда батарея мобильного телефона «села». Причиной этого является регулятор мощности. Если оставшаяся мощность слишком мала для работы цепи, питание останется заблокированным, поскольку контроллер просто не подаст сигнал на размыкание цепи потребителя.

Срок службы

Батарея — это химический элемент с ограниченным сроком службы. Со временем химические восстановительные реакции, происходящие под током, ослабевают, и клетки начинают терять свою емкость, полностью истощая ее. Наиболее значимыми являются устройства, содержащие жидкий электролит. Их проводящая жидкость на самом деле является щелочным или кислотным раствором, который также разрушает металлическую структуру пластин. Помимо прочего, происходящие химические реакции уменьшают плотность раствора, снижая силу удара. Свинцово-кислотные пластины служат максимум 7 лет. Литий-ионные пластины служат от 7 до 20 лет. Никель-кадмиевые батареи служат дольше всего. Срок службы составляет 25 лет.

Есть некоторые нюансы. Срок службы обычно указывается для идеальных условий, при правильных циклах разряда-заряда, работе при комнатной температуре и равномерном протекании тока. Реальная жизнь гораздо ниже. Это особенно актуально для литий-ионных накопителей. Носимые устройства — это постоянно меняющаяся температурная среда (улица, дом), неправильная зарядка (никто не ждет 25% разряда для подзарядки). Системы запуска двигателя автомобиля также постоянно подвергаются температурным колебаниям. Однако свинцовые батареи не так подвержены воздействию окружающей среды.

Форм-факторы

Аккумуляторы бывают разных форм. Они могут быть автономными или встроенными. Все зависит от химической жизни типа клетки. Если производитель решил, что срок службы устройства будет равен сроку службы аккумулятора — аккумулятор будет встроенным. В других случаях производится замена батарей, отслуживших свой срок.

Что же можно узнать о батарее по маркировке?

Таким образом, обобщая вышеизложенную информацию, можно сказать, что маркировка на устройстве должна позволять пользователю определить следующие характеристики

• Напряжение устройства;
• Значение емкости;
• Ток холодного пуска;
• Дата изготовления;
• Производственная компания;
• Количество банков в конструкции;
• полярность устройства и т.д.

Этих параметров достаточно, чтобы автовладелец сделал правильный выбор при покупке устройства. Поэтому любой автолюбитель, которому необходимо приобрести устройство, должен разобраться в обозначении и расшифровать значения.