Автомобильный аккумулятор был изобретён более ста лет тому назад. И практически всё это время существовала только одна его разновидность, а именно свинцово-кислотная. Но в конце прошлого века начался настоящий технологический бум, который коснулся и аккумуляторных батарей. За неполных тридцать лет появилось как минимум шесть новых типов АКБ для авто, большинство из которых продолжают видоизменяться и совершенствоваться до сих пор.
Невольно возникает вопрос: «Как при достаточно простой конструкции автомобильного аккумулятора может быть столько его модификаций?». Стоит отметить, что вопрос достаточно справедливый. Ведь аккумуляторная батарея состоит всего из двух компонентов: свинцовые пластины и электролит. И все типы батарей основаны именно на различии одного из этих элементов. Хотя давайте обо всём по порядку.
Наш обзор того, какие бывают типы аккумуляторов для автомобилей, мы построим по принципу от старого к новому, и поэтому открывает его тот самый сурьмянистый свинцово-кислотный аккумулятор, который сошёл с конвейера в далёком 1890 году.
Сурьмянистые аккумуляторы
Эти модели ещё принято называть традиционными. Их устройство простое и надёжное, как автомат Калашникова. В шесть изолированных банок наливается электролит (раствор из дистиллированной воды и серной кислоты) и помещаются попеременно «плюсовые» и «минусовые» свинцовые пластины. В качестве легирующей присадки для свинца используется сурьма, отсюда и название.
Сурьмянистые аккумуляторы имеют самую невысокую из всех аналогов цену и при этом сравнительно неплохо работают. Этим можно объяснить их лидирующее положение на рынке вот уже более 100 лет.
К основным их достоинствам можно отнести высокую устойчивость к глубокому разряду, нетребовательность к стабильности автомобильной электросети и достаточно продолжительный (при соблюдении правил эксплуатации) срок службы. Недостатками же являются предрасположенность к сульфатации, невысокие показатели стартового тока и возможные проблемы при запуске двигателя на морозе.
Отличительной особенностью сурьмянистых аккумуляторов является тот факт, что во время работы электролит выделяет пузырьки или, как говорят в народе, кипит. Это, естественно, приводит к постепенному уменьшению уровня жидкости, так что периодически электролит приходится добавлять. Именно поэтому большинство сурьмянистых аккумуляторов относится к так называемым обслуживаемым батареям.
Малосурьмянистые аккумуляторы
Конструкторы постоянно пытались улучшить свойства аккумуляторов и свести их недостатки к минимуму. И первой такой попыткой было существенное сокращение количества сурьмы (всего до 5 %) в составе свинцовых пластин АКБ. Стоит сказать, что новый вид автомобильного аккумулятора получился удачным. За счёт уменьшения количества сурьмы испарение электролита также заметно уменьшилось, батареи стали показывать более низкий уровень саморазряда и при этом сохранили свою невысокую стоимость.
И хотя такие проблемы, как сульфатация и достаточно слабый пусковой ток, так и не были решены, но малосурьмянистые АКБ и сегодня пользуются заслуженной популярностью. Одной из её главных причин является устойчивость к перепадам напряжения как при зарядке, так и в электросети автомобиля. Причём батареи с содержанием сурьмы до сих пор являются однозначными лидерами в этом вопросе, даже если речь заходит о самых новых и высокотехнологичных аккумуляторах.
Кальциевые аккумуляторы
Как оказалось, даже существенное уменьшение количества сурьмы в аккумуляторных пластинах не позволило достичь желаемого снижения электролизных процессов. И тогда было принято решение отказаться от сурьмы полностью и найти другую легирующую добавку. Новым металлом, который добавляли в свинцовые пластины, стал кальций.
Кальциевые аккумуляторы практически не выкипали, что позволяло держать электролит на достаточном уровне весь срок эксплуатации батареи. Именно с таких моделей началась история так называемых необслуживаемых АКБ. Кстати, когда возникает вопрос «как определить тип аккумулятора автомобиля», достаточно просто посмотреть на его верхнюю крышку. Если она гладкая, без пробок, закрывающих банки, то смело можно утверждать, что перед нами аккумулятор необслуживаемый. Плюс технология, по которой производились кальциевые пластины, позволила существенно снизить их вес и, следовательно, вес всей батареи.
Ещё одним несомненным достоинством кальциевых аккумуляторов является их низкий уровень саморазряда. Даже малосурьмянистые батареи проигрывали кальциевым в этом вопросе более чем на 70 %.
Но решение одних проблем повлекло за собой возникновение других. Как оказалось, кальциевые АКБ очень плохо переносят глубокий разряд. Стоило буквально три-четыре раза посадить батарею в ноль, и она становилась непригодной для дальнейшего использования. Кроме этого такие аккумуляторы были чрезвычайно капризными к уровню напряжения и тока, так что любые скачки во время зарядки и эксплуатации также крайне негативно на них сказывались. Да и стоимость новых батарей была чуть ли не в четыре раза выше сурьмянистых аналогов.
Гибридные аккумуляторы
Эх, вот бы взять достоинства сурьмянистых и кальциевых аккумуляторов и соединить их в одной батарее! Думаем, именно такая мысль пришла в голову конструктору, создавшему первым гибридный аккумулятор. Действительно, решение оказалось лежащим на поверхности. Раз оба вида пластин имеют свои плюсы, то почему бы при создании аккумулятора не использовать и те и другие. Так и сделали: в гибридных аккумуляторах положительные пластины были малосурьмянистыми, а отрицательные – кальциевыми.
Эксперимент оправдал все ожидания. Новые батареи превосходили практически все прошлые типы автомобильных аккумуляторов. Они не боялись глубоких разрядов и перепадов напряжения, при этом обладали отличными показателями силы тока, практически не теряли уровень электролита во время эксплуатации и длительное время сохраняли свой заряд.
Пожалуй, единственная проблема, которую не удалось решить с помощью комбинирования пластин, это всё ещё высокая стоимость АКБ. По сравнению с традиционными батареями гибридные модели обладают просто заоблачной ценой.
Гелевые аккумуляторы
Найдя практически идеальное решение по составу пластин аккумулятора, конструкторы батарей не собирались на этом останавливаться. Правда, теперь предметом их изысканий стал электролит – второй составляющий компонент любой аккумуляторной батареи. В новых АКБ жидкий электролит решено было заменить на гелеобразную массу. И результат не заставил себя ждать.
Во-первых, была практически полностью решена проблема текучести такой достаточно агрессивной жидкости, как электролит.
Во-вторых, плотная гелеобразная структура наполнителя препятствовала осыпанию пластин, что увеличивало срок их службы и, как следствие, время жизни всего аккумулятора.
И, в-третьих, гелевые батареи имели практически нулевой уровень саморазряда, что позволяло существенно увеличить срок их хранения без потери рабочих качеств.
Но на этом достоинства гелевых АКБ не заканчиваются. Одним из главных плюсов таких аккумуляторов стал высокий показатель пускового тока. Причём гелевые батареи могли выдавать его практически на любой стадии использования – даже будучи практически полностью разряженными. Кстати, для зарядки им требовалось куда меньше времени, чем «жидким» аналогам. Совокупность этих качеств сделала гелевые АКБ просто незаменимыми в ситуациях, когда автомобиль нужно было завести на морозе. Высокий пусковой ток позволял «раскрутить» двигатель даже с изрядно подмёрзшим маслом.
Правда, стоит сказать, что совсем уж экстремальный холод всё же негативно сказывался на свойствах геля. При температурах ниже -35 градусов он ещё больше густел, и этот фактор существенно снижал практически все показатели АКБ.
Боязнь низких температур открывает список недостатков гелевых аккумуляторов, которые, к сожалению, тоже имеют место быть. Также стоит упомянуть о том, что и очень высоких температур они тоже не любят. Значительный перегрев может привести к взрыву.
Ещё одним недостатком является чувствительность гелевых батарей к повышенному напряжению. Зарядка выше 14 вольт может полностью вывести АКБ из строя. То же можно сказать и о коротком замыкании – даже если аккумулятор с гелевым электролитом «закоротит» на одну-две секунды, можно считать, что дни его сочтены.
И, наконец, если до появления гелевых аккумуляторов самыми дорогими считались гибридные модели, то новые АКБ успешно сместили их с пьедестала. Высокая стоимость гелевых аккумуляторов позволяет использовать их только на автомобилях премиум-класса, а также внедорожниках и спецтехнике, которой приходится передвигаться по пересечённой местности. В последнем случае главную роль играет низкая текучесть геля и тот факт, что он не прольётся при любых наклонах автомобиля.
AGM аккумуляторы
Несмотря на то, что батареи, произведённые по технологии AGM, по сути своей являются аккумуляторами гелевыми, мы выделили их в отдельную категорию. Дело в том, что кроме геля аккумуляторы AGM содержат внутри и особый пористый материал, который ещё больше препятствует осыпанию пластин и вытеканию гелевого электролита.
Наличие абсорбирующего материала позволило также снизить чувствительность батареи к высокому напряжению, повысило её устойчивость к коротким замыканиям и, что самое главное, к низким температурам. На сегодняшний день батареи AGM однозначные лидеры в вопросе «холодного старта». Что самое удивительное, наличие дополнительного компонента позволило не увеличить, а наоборот, снизить стоимость аккумулятора, что тоже можно отнести к явным плюсам.
Однако будет нечестным умолчать о недостатках батарей AGM. И первым из них можно назвать меньшую почти в два раза по сравнению с гелевыми моделями долговечность. Кроме этого у AGM аккумуляторов более высокий уровень саморазряда, и они куда чувствительней к глубокой разрядке, чем их гелевые сородичи.
Но количество плюсов, самым главным из которых, как нам кажется, является сравнительно невысокая цена, перевесило имеющиеся недостатки, и на сегодняшний день аккумуляторы AGM стремительными темпами набирают популярность.
Щелочные аккумуляторы
Наш обзор будет неполным, если мы не скажем о том, что существуют и специфические виды аккумуляторов для автомобилей.
Вернёмся немного назад во времени, а именно в тот момент, когда конструкторы экспериментировали с составами электролита. Уже тогда было известно, что в качестве «жидкой» составляющей АКБ может выступать не только смесь воды и кислоты, но и щелочной раствор. Правда, в таком варианте свинцовые пластины тоже требовали определённой модернизации – они покрывались в зависимости от модификации растворами никеля, кадмия и железа.
Однако, несмотря на наличие явно положительных качеств, таких как полное отсутствие электролиза, устойчивость к глубокой разрядке и повышенному напряжению, неплохая энергоёмкость и высокий пусковой ток, щелочные аккумуляторы не нашли широкого применения в автомобилестроении. И дело даже не в их высокой стоимости, которая, кстати, существенно выше даже самых дорогих кислотных аналогов.
Причиной, которая буквально перечеркнула все достоинства щелочных батарей, стал так называемый «эффект памяти». Дело в том, что, если начать заряжать не полностью разряженный щелочной аккумулятор, он «запомнит» количество свободного для заряда места и при следующей зарядке возьмёт ровно столько энергии и ни на один милливатт больше. И что самое печальное, то же повторится и при следующем неполном заряде.
Таким образом, буквально за 2–3 неудачных заряда можно свести ёмкость батареи к нулю. Согласитесь, что такая перспектива не стоит даже самых распрекрасных показателей силы тока и энергоёмкости.
Хотя сказать, что щелочные аккумуляторы совсем не используются на транспорте, будет не совсем верным. Их довольно успешно применяют на «тяговой» технике, такой как электропогрузчики, электрокары и так далее.
Литий-ионные аккумуляторы
И вот, наконец, мы добрались до настоящего и даже немного будущего автомобильных аккумуляторов. Дело в том, что литий-ионные батареи, которые нам хорошо знакомы благодаря смартфонам и планшетам, постепенно перекочёвывают и в автомобильную промышленность.
Самым ярким примером их использования являются ставшие хоть и противоречивой, но, тем не менее, живой легендой автомобили Тесла. В них литий-ионные батареи не только выполняют стартовую роль, но и обеспечивают энергией двигатель на протяжении всей поездки. И стоит сказать, что автомобили Тесла едут. Да ещё как едут!
Ведётся работа и по адаптации литий-ионных батарей к более привычным нам автомобилям. Ведь по некоторым показателям, таким как удельная ёмкость и выдаваемое напряжение, они существенно превосходят все существующие аналоги.
К тому же литий-ионные батареи не нужно обслуживать. То есть вообще. Так что плюсов у этого типа аккумуляторов хоть отбавляй.
Осталось только разобраться с их чувствительностью к низким температурам и повышенному напряжению при зарядке. Но нам кажется, что в тот самый момент, когда вы читаете эти строчки, лучшие умы уже бьются над решением данных проблем.
На этом обзор того, какие бывают аккумуляторы для автомобиля, можно считать оконченным. Хотя, конечно, совершенствование батарей не заканчивается. Уже сейчас существуют экспериментальные образцы, с ещё более улучшенными свойствами и практически лишённые недостатков. Так что осталось подождать совсем немного и идеальный аккумулятор будет готов!