Свинцово-кислотные аккумуляторы являются стандартным оборудованием автомобилей уже около 130 лет. Ячейка свинцово-кислотного аккумулятора состоит из одной пластины пористого свинца, расположенной напротив пластины из оксида свинца, погруженной в серную кислоту.

Традиционная свинцово-кислотная ячейка при полной зарядке выдает напряжение около 2,1 В. Для создания 12-вольтовой батареи нам понадобится 6 последовательно соединенных ячеек: 6 x 2,1 = 12,6 В. Напряжение покоя 12,6 В типично для исправного полностью заряженного аккумулятора, но выходное напряжение зависит от температуры и степени заряженности — напряжения покоя разомкнутой цепи.

Оценка степени заряда

Для специалистов, работающих с современными герметичными аккумуляторами, напряжение покоя — единственный действенный способ оценить «степень заряженности» аккумулятора. Для техника или механика проверка напряжения аккумулятора перед диагностикой или ремонтом автомобиля всегда разумное решение. Аккумулятор, показывающий напряжение без нагрузки 10,5 В или ниже, полностью разряжен. При напряжении ниже 10,5 В, особенно в случае современных аккумуляторов, аккумулятор будет поврежден, возможно, до такой степени, что его невозможно будет перезарядить. В случае сомнений перед началом работы с автомобилем подключите зарядное устройство и зарядите аккумулятор при низком токе.

Напряжение покоя и напряжение поверхностного заряда.

Если аккумулятор недавно заряжался от генератора или зарядного устройства, он будет показывать напряжение выше напряжения покоя в течение от нескольких минут до нескольких часов. Это вызвано зарядом на поверхности пластины, который еще не проник в толщу материала пластины. Как правило, если вы следите за напряжением аккумулятора на автомобиле с исправным аккумулятором и системой зарядки, напряжение падает примерно с 13,8–14,9 В при работающем двигателе до 12,9–13,1 В сразу после остановки двигателя, а затем, медленнее, до 12,4–12,7 В через несколько минут после остановки двигателя.

Как быстро снять поверхностный заряд

Если аккумулятор необходимо проверить немедленно, чтобы получить точную картину его состояния и заряда, поверхностный заряд можно снять, включив фары примерно на 3 минуты перед проверкой. Если напряжение аккумулятора падает довольно быстро после включения фар, это верный признак неисправности аккумулятора, обычно в результате короткого замыкания в ячейке, также, иногда, такая ячейка называется «газовыделящей», «вскипающей» или «мертвой» ячейкой.

Полностью заряженное напряжение покоя v % Расчетное состояние заряда

Примечание: Напряжение зависит от температуры: низкие температуры = более низкое напряжение, высокие температуры = более высокое напряжение.

На этой диаграмме показано соотношение заряда % и напряжения покоя при температуре около 30°C или 70°F. Если аккумулятор очень холодный, т.е. где-то около 0°C/32°F, добавьте 0,1 В к измеренному напряжению.

До недавнего времени свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторные батареи делились на стартерные и тяговые (Deep Cycle Leisure Batteries)

Стартерные АКБ (пусковые АКБ)

Стартовые аккумуляторные батареи полностью соответствуют своему названию: они предназначены для запуска двигателей, то есть выдерживают большой ток в течение короткого времени с последующей немедленной зарядкой от генератора. Стартовые аккумуляторные батареи получают серьёзные повреждения при глубоком разряде ниже 50% или около 12,1 В.

Тяговые АКБ (для катеров и автодомов)

Тяговые АКБ предназначены для питания бытовых нужд на автодомах и лодках. Они рассчитаны на подачу тока меньшей силы, чем стартерные батареи, но в течение более длительного времени, и могут подвергаться глубокому разряду и зарядке с гораздо меньшим ущербом для способности аккумуляторных батарей накапливать заряд. Большинство катеров оснащены главным выключателем, который позволяет тяговой АКБ помочь стартерной АКБ в аварийной ситуации, однако это может привести к повреждению тяговой АКБ.

Повреждение от глубокого разряда

Каждый цикл разряда и перезаряда, даже самый малый, повреждает аккумулятор и снижает его энергоёмкость (ампер-часы). Ущерб аккумулятору при нормальном разряде невелик, но если обычный свинцово-кислотный автомобильный пусковой аккумулятор многократно разряжается до уровня ниже 60%, повреждения становятся заметными.

Повреждение аккумулятора от глубокого разряда можно уменьшить, зарядив его как можно скорее, однако использование высокоамперного зарядного устройства, вероятно, приведёт к более серьёзным последствиям.

Характеристики аккумулятора при запуске двигателя во многом зависят от температуры: при температуре замерзания (0°C или 32°F) новый полностью заряженный аккумулятор будет иметь лишь 80% своей мощности при комнатной температуре. В очень холодную зиму (-20°C или -4°F) мощность падает до 55%. Если аккумулятор заряжен лишь частично, в полуарктических условиях электролит может замерзнуть. Не пытайтесь заряжать или запускать замерзший аккумулятор, предварительно не разморозив его.

Эффективность полностью заряженной АКБ в зависимости от температуры (в градусах цельсия)

Для улучшения характеристик запуска двигателя при холодном пуске, примерно с 1990 года, производители аккумуляторов начали добавлять кальций в свинцовые пластины, чтобы заменить ранее использовавшиеся сурьмяные добавки.

Свинцово-кислотные кальциевые аккумуляторы — двойной кальций

Благодаря кальцийному легированию как анодных, так и катодных пластин аккумулятора, его характеристики холодного запуска улучшаются по сравнению с классическими свинцово-кислотными. Другие важные преимущества этого типа аккумуляторов заключаются в том, что они лучше сохраняют заряд при хранении, лучше работают при более высоком зарядном напряжении и более устойчивы к перезаряду без чрезмерной потери электролита.

Однако кальциевым аккумуляторам требуется несколько более высокое зарядное напряжение (14,8 В) для достижения 100% заряда. Главные недостатки заключаются в том, что такие аккумуляторы, как правило, имеют более короткий срок службы, а при полной разрядке аккумулятор очень быстро выходит из строя, часто без возможности восстановления, из-за сульфатации.

Свинцово-кислотные кальциевые аккумуляторы — гибридные кальциевые

Для решения этой проблемы были разработаны усовершенствованные варианты аккумуляторов этого типа, в том числе с добавлением серебра для повышения прочности, и так называемые гибридные кальциевые аккумуляторы, в которых положительные анодные пластины используют традиционное легирование сурьмой, а кальцием легируются только отрицательные катодные пластины. По своим эксплуатационным характеристикам при холодном пуске этот тип аккумулятора находится где-то между старыми свинцово-кислотными и двухкальциевыми аккумуляторами. Кроме того, хотя при длительном хранении он сохраняет заряд гораздо дольше, чем обычный свинцово-кислотный аккумулятор, он всё же саморазряжается быстрее, чем кальциево-кальциевый. В случае полной разрядки такой аккумулятор часто можно восстановить зарядкой.

Гелевые аккумуляторы

Гелевые аккумуляторы — являются/были специализированными свинцово-кислотными аккумуляторами, которые использовались в мотоциклах, автогонках и авиации. Они были полугерметичными и использовали гелевый электролит, что обеспечивало защиту от протечек и что даже позволяло устанавливать на боку. Несмотря на преимущества в плане безопасности и малого веса, они легко повреждались при перезарядке, поэтому в автомобильной промышленности их в значительной степени вытеснили аккумуляторы AGM.

EFB и AGM — новинки в области систем «стоп-старт».

Требования систем «стоп-старт» в современных автомобилях предъявляют к аккумуляторам огромные требования, которым не могли соответствовать существующие свинцово-кислотные аккумуляторы.

AGM (от англ. absorbent glass mat)

Аккумулятор AGM — это свинцово-кислотный аккумулятор, но электролит находится в стекловолоконных матах, зажатых между пластинами. В результате получается гораздо более прочная конструкция пластин, которая может выдерживать более высокий ток холодного пуска, заряжаться гораздо более высоким током и выдерживать более глубокие циклы разряда-заряда, чем обычные стартерные аккумуляторы. Такая конструкция пластин также более устойчива к вибрационным повреждениям, что делает её очень подходящей для использования в автомобилях с дизельными двигателями.

Поскольку электролит, как и в гелевых аккумуляторах, находится в стекломатах, он также защищен от проливания и может быть установлен под любым углом. Аккумуляторы AGM идеально заряжаются при несколько более высоком напряжении, чем другие свинцово-кислотные аккумуляторы. Большим преимуществом аккумуляторов AGM является то, что они сохраняют заряд при хранении гораздо дольше, чем любые другие свинцово-кислотные аккумуляторы, до почти года между подзарядками, что является хорошей новостью для владельцев классических автомобилей, домов на колесах и продавцов аккумуляторов. В результате AGM в настоящее время является предпочтительным выбором для автомобилей премиум-класса, часто использующих систему «стоп-старт» и другие высокие электрические требования.

Недостатком типов AGM является стоимость: в настоящее время они примерно вдвое дороже обычных аккумуляторов среднего класса. Срок службы аккумулятора AGM как минимум вдвое превышает срок службы обычного аккумулятора премиум-класса того же производителя.

EFB (от англ. enhanced flooded battery, улучшенная наливная батарея)

Более доступная альтернатива AGM для систем «старт-стоп» и, как следует из названия, значительно улучшенная версия обычного аккумулятора. Изменения включают добавление олова и углерода в усиленную структуру пластин. В результате получается аккумулятор, способный выдерживать более глубокие разряды и подзаряжаться гораздо более высоким током, чем традиционные залитые свинцово-кислотные аккумуляторы. Требования к зарядному напряжению для аккумуляторов EFB соответствуют требованиям к обычным залитым свинцово-кислотным аккумуляторам. Компания Yuasa Batteries рекомендует аккумуляторы EFB для модернизации такси и полицейских машин. В настоящее время их стоимость находится на среднем уровне между стоимостью аккумуляторов премиум-класса и аккумуляторов типа AGM.

Сравнение характеристик аккумуляторов одинакового размера корпуса может сбивать с толку и вводить в заблуждение, особенно из-за десятка различных используемых стандартов. Также имейте в виду, что эти значения основаны на испытаниях, проведённых производителем, а не сторонним агентством.

Основные параметры, которые необходимо учитывать при выборе, — это пусковая мощность, которую аккумулятор может выдать в холодную погоду, и количество электроэнергии, которое он может хранить. Вес аккумулятора также является полезным показателем содержания свинца в аккумуляторе, что, как правило, является признаком надёжной работы и долговечности.

CCA (cold cranking amps) — ток холодного пуска

Наиболее распространённым показателем мощности холодного пуска является ток холодного пуска (CCA). Если вы живёте в регионе с экстремально холодными погодными условиями, CCA важен. Проблема с CCA заключается в том, что существует несколько различных стандартов, основными из которых являются CCA (SAE), EN и DIN. Из-за путаницы большинство производителей аккумуляторов указывают значение CCA в версии SAE, но всё чаще аккумуляторы указываются с характеристиками EN1. Тесты EN и DIN более жёсткие, чем тест SAE, поэтому используются более низкие значения. Все эти тесты проводятся при температуре 0°F (-18°C), поэтому они дают реалистичное представление о пуске двигателя в холодную погоду. При выборе и тестировании аккумулятора я всегда использовал CCA, используя эту таблицу для перевода. Ссылка на таблицу перевода CCA CTEK

Кальциевые аккумуляторы обеспечивают заметно лучшие характеристики CCA, чем обычные типы, в полуарктических условиях. CCA очень важен в холодном климате, но, как правило, менее важен в климате с тёплыми зимами. Однако во всех климатических условиях важен запас энергии, который аккумулятор может хранить без разрядки, что определяется его ампер-часами (Ач) или резервной ёмкостью (RC).

Для оценки емкости аккумулятора автомобиля используются два метода: оба основаны на времени, в течение которого аккумулятор может обеспечивать номинальное напряжение и ток.
В США резервная емкость часто обозначается числом RC, которое представляет собой время в минутах, в течение которого новый полностью заряженный аккумулятор при температуре 25°C (77°F) может обеспечивать ток 25 ампер, прежде чем напряжение упадет ниже 10,5 В. Первоначально этот показатель был разработан для измерения емкости аккумулятора, необходимой для «возврата домой» в случае отказа системы зарядки.

В Великобритании и многих других странах мира используется показатель Ампер-Часов, хотя, по сути, он измеряет одно и то же, но метод тестирования отличается: время фиксировано, а ток варьируется. Обычно автомобильные пусковые аккумуляторы тестируются в течение 20 часов. Типичный пусковой аккумулятор автомобиля рабочим объёмом цилиндров от 2 до 3 литров будет иметь ёмкость около 70 Ач. Это означает, что при 20-часовом тесте новый, типичный и полностью заряженный аккумулятор при температуре 35°C/77°F должен обеспечивать ток 3,5 А в течение 20 часов, прежде чем напряжение упадёт ниже 10,5 В.

Из-за особенностей свинцово-кислотных аккумуляторов при разных нагрузках эти значения, хотя и измеряют схожие характеристики, не могут быть преобразованы друг в друга, но чем больше значение, тем лучше в обоих случаях.

Качество и долговечность аккумулятора

Качество аккумулятора зависит не только от производителя и модельного ряда. Само собой разумеется, что первыми на ум приходят такие известные производители, как Varta, Bosch, Exide, Yuasa, Delco, но в последнее время в Великобритании нам предлагают Duracell и Hankook. Возвращаясь к нашему типичному европейскому автомобилю объёмом от 2 до 3 литров, все эти компании могут поставлять различные аккумуляторы в разных ценовых диапазонах для этой модели. Большинство этих производителей предлагают этот тип (код UK Type 096) в 5 различных ценовых диапазонах с гарантией от 3 до 5 лет.

Гарантии на аккумуляторы

Гарантии на аккумуляторы предоставляются пропорционально и в значительной степени предвзято в пользу производителя, но они служат хорошим ориентиром для оценки качества и срока службы.

Вес
Вес аккумуляторов, продаваемых для этого применения, варьируется от 16,5 до 22,5 кг. Это хороший показатель содержания свинца в аккумуляторе и количества материала, используемого в решётке, которые являются важными факторами, определяющими срок службы и производительность аккумулятора.

Здоровье и безопасность
Свинцово-кислотные аккумуляторы содержат серную кислоту, а также выделяют водород и кислород, которые могут находиться под давлением, что является неблагоприятным сочетанием, особенно при наличии риска возникновения электрической искры. Когда я работал в аэропорту, один из наших механиков потерял зрение на один глаз из-за взрыва пусковой батареи, работающей на резервном пожарном насосе, когда он снимал её с подзарядки.
Поэтому будьте осторожны: (1) Не допускайте чрезмерной зарядки. (2) Не пытайтесь заряжать замёрзший или вздутый аккумулятор. (3) Не заряжайте, если температура аккумулятора или окружающей среды выше 50°C (122°F). (4) Не отсоединяйте аккумулятор во время зарядки, выключите его на зарядном устройстве или в розетке перед отключением. (5) Если вы почувствуете запах или увидите признаки газовыделения, перегрева или вздутия аккумулятора, выключите зарядное устройство из розетки и дайте газам рассеяться, а аккумулятору остыть и снизить внутреннее давление.

Первоначальная зарядка и повторная зарядка полностью разряженных аккумуляторов.
12-вольтовый свинцово-кислотный аккумулятор — это не резистор и не конденсатор, а химическая реакция в корпусе. Это становится очевидным при попытке восстановить полностью разряженный аккумулятор, что представляет собой медленный и иногда сложный процесс, а в случае кальциевых аккумуляторов — зачастую невозможный. Кроме того, большинство современных полностью автоматических «умных» зарядных устройств отказываются заряжать полностью разряженный аккумулятор (см. раздел об умных зарядных устройствах), только если их не обмануть.

Когда аккумулятор новый или полностью разряжен, катодная (-) и анодная (+) пластины не готовы принимать заряд. Зарядный ток будет оставаться на уровне или близким к нулю, пока через некоторое время аккумулятор не начнет принимать заряд, и ток заряда не начнет увеличиваться. Обычно подавляющее большинство аккумуляторов, с которыми вы столкнетесь, имеют некоторый остаточный заряд и сразу переходят к следующему этапу — зарядке постоянным током или зарядке нарастающим током.

Стадия зарядки постоянным током или основного заряда
На стадии зарядки постоянным током аккумулятор принимает достаточно постоянный ток до достижения уровня заряда около 80%, после чего ток естественным образом снижается по мере приближения к полностью заряженному состоянию. В зависимости от уровня заряда аккумулятора в начале зарядки, этот этап может занять до 3–4 часов. К концу стадии зарядки постоянным током, в зависимости от типа и настроек зарядного устройства, а также типа аккумулятора, напряжение на клеммах аккумулятора поднимется до 14,2–14,9 В.

Подзарядка или фаза постоянного напряжения
Следующий этап, предназначенный для подзарядки оставшихся 20% заряда, занимает больше времени. Аккумулятор можно считать заряженным только тогда, когда ток заряда падает ниже 2–3% от номинала (в нашем примере для аккумулятора ёмкостью 70 А·ч — 1,5–2 А). Для полного завершения этой стадии может потребоваться ещё 4–5 часов.

А — Стадия первоначальной зарядки полностью разряженного АКБ

Б — Стадия зарядки постоянным током (основного заряда)

С — Стадия подзарядки

Взяв к качестве примера наш автомобильный аккумулятор ёмкостью 70 А·ч. Фаза постоянного тока в идеале должна составлять около А·ч/20 (3–4 А), но А·ч/10 (6–8 А) не приведёт к серьёзным повреждениям, а А·ч/5 (до 18–20 А) — в течение нескольких минут. Использование очень высокого тока пускового усилителя на мощных зарядных устройствах — это крайняя мера, это очень вредно для аккумулятора и приводит к перенапряжению в бортовой системе автомобиля.

Зарядное напряжение.
Идеальное пиковое напряжение зарядки для большинства традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов легковых и грузовых автомобилей в умеренном климате составляет 14,2–14,6 В.
В условиях мороза его можно увеличить до 14,8 В, что предусмотрено во многих современных автоматических «умных» зарядных устройствах имеется *Зимний режим для зарядки при отрицательных или нулевых температурах. В старых «умных» зарядных устройствах можно просто выбрать более подходящее более высокое значение.

Зарядка аккумуляторов AGM
Аккумуляторы AGM лучше всего заряжать при более высоком напряжении — 14,6–14,8 В. При использовании «умного» зарядного устройства без настройки AGM используйте режим *Зима , если он есть.

Аккумуляторы малой емкости и гелевые аккумуляторы
При зарядке аккумуляторов мотоциклов и других аккумуляторов малой емкости ток заряда обычно составляет от 0,8 до 1 А, а 1,8 А обычно считается абсолютным максимальным током. Поскольку они легко повреждаются при перегреве.

Гелевые АКБ лучше всего заряжаются при напряжении 14,4–14,5 В и требуют особой осторожности, чтобы избежать перезаряда.

С годами эксплуатации, даже при условии соблюдения правил эксплуатации и правильного обращения, количество ампер-часов, которое может хранить аккумулятор, уменьшается, хотя напряжение покоя разомкнутой цепи может оставаться неизменным. В обычных автомобильных аккумуляторах падение ёмкости до 40% от первоначальной ёмкости считается порогом замены. Фактически, наш пример аккумулятора ёмкостью 70 А·ч сокращается до 28 А·ч. Даже при ёмкости всего 20–30% аккумулятор может продолжать запускать автомобиль при нормальном использовании, но у него не будет резервной ёмкости, если, например, фары будут включены даже на короткое время. При обслуживании автомобилей экстренных служб и других критически важных приложений следует выбирать в качестве порога более высокий процент от первоначальной ёмкости.

Старение происходит быстрее при недозарядке, перезарядке, глубокой разрядке, слишком высокого тока зарядки или долговременном хранении без top-up или floating зарядке.

Мертвая ячейка, также известная как коротнувшая или газовыделяющая, возникает, когда сульфатация или коробление пластин аккумулятора приводит к тому, что 6-элементный аккумулятор начинает работать как 5-элементный. Раньше это был самый распространённый тип неисправности аккумулятора, приводящий к невозможности запуска двигателя. При наличии только 5 рабочих ячеек оставшиеся ячейки получают более высокое зарядное напряжение и имеют более высокий поверхностный заряд, что скрывает последствия неработающих ячеек до тех пор, пока аккумулятор не подвергнется высокой нагрузке в холодную погоду или при длительной стоянке автомобиля.

АКБ с мертвой ячейкой иногда может функционировать нормально пока авто не будет припарковано на более чем 12 часов или же, ночная температура внезапно не снизится ниже точки замерзания.

Поверхностный заряд скрывается потерю одной из ячеек. Если АКБ запустит авто то за счет поверхностного заряда и АКБ может «нормально» функционировать днями, неделями или же месяцами.