Виды аккумуляторов для автомобилей: какие лучше для разных условий?

Батареи с пониженным содержанием сурьмы

Пластины данных приборов содержат невысокое кол-во сурьмы (меньше пяти процентов), благодаря чему нет необходимости регулярно осуществлять проверку электролитного уровня. Также уменьшился уровень саморазряда АКБ при хранении.

В отличие от сурьмянистых АКБ, за этими устройствами не требуется ухаживать и часто контролировать. Правда вода все-таки понемногу испаряется, но в существенно меньших объемах.

Представленные АКБ абсолютно не требовательны к качеству электрооборудования транспортного средства. Их характеристики не страдают при появлении в сети резких перепадов напряжения.

Разновидности литиевых АКБ

Литий-полимерные АКБ

Некоторые из них являются полностью сухими, а поэтому долговечными и менее пожароопасными. Их характеристики лучше при относительно высоких температурах. Поэтому их часто предпочитают использовать в жарком климате.

Литий-ионный полимер

Литий-ионный полимерный аккумулятор

Производители в большинстве случаев все же добавляют гель внутри АКБ. Название батареи остается таким же, как и у полностью сухих — Li-Polymer, хотя правильней было бы литий-ионные полимерные АКБ. Их чаще всего используют в телефонах и ноутбуках.

Различия в таких АКБ определяются, прежде всего, материалом катода. Материал катода можно узнать по второй букве в названии АКБ. Например:

• C — с кобальтом. Такие АКБ имеют самое большое значение емкости.
• M — с марганцем. Емкость меньше, зато имеют максимальный разрядный ток, то есть их лучше применять там, где нужна большой ток отдачи.
• F — железо — фосфатные. Имеют ёмкость меньше, как и отдаваемый ток, зато можно перезаряжать больше 1000 раз и за 1 час.

Достоинства:

• Уменьшенные размеры и вес – толщина может достигать миллиметра при незначительном весе.
• Возможность сгибания.
• Достаточно высокая емкость.

Недостатки:

• Недопустим глубокий разряд.
• Стоимость выше обычных.

Li-Fe

АКБ литий-железосульфитные имеют высокие количества перезарядки – до 2000, быстро заряжаются – 15 мин, большой ток отдачи – 60-130 А. Хорошо работают при температуре -30 С, требуют особого зарядного устройства, и имеют больший вес чем обычные. Цены пока высокие.

Литий-железосульфитный

Таблица 1 — Сравнительные характеристики четырех наиболее часто используемых типов аккумуляторных систем, с указанием усредненных параметров

1 Внутреннее сопротивление аккумуляторов зависит от величины миллиампер-часов (мАч), проводки и количества элементов. Контур защиты литий-ионных батарей добавляет около 100 mΩ

2 Типоразмер элемента 18650. Размер элемента и дизайн определяет внутреннее сопротивление.

3Жизненный цикл у батарей, проходящих регулярное техническое обслуживание.

4 Жизненный цикл зависит от величины разряда. Меньшая величина разряда повышает срок службы.

5Самая большая скорость саморазряда сразу после заряда. NiCd аккумулятор теряет 10% заряда в течение первых 24 часов, затем скорость потери заряда снижается до 10% за каждые 30 дней. Высокая температура увеличивает саморазряд.

6 Защитный контур, как правило, потребляет 3% от запасенной энергии в месяц.

7Чаще используется традиционное напряжение 1,25; 1,2 В.

8 Низкое внутреннее сопротивление уменьшает падение напряжения под нагрузкой и литий-ионные аккумуляторы часто имеют маркировку с большим значением, чем 3,6В/элемент. Элементы с маркировкой 3,7В и 3,8В полностью совместимы с 3,6В.

9Способен выдерживать большой импульс тока нагрузки, но нужно время для восстановления.

10Не заряжайте регулярно литий-ионные аккумуляторы при температуре ниже нуля.

11 Техническое обслуживание, такое как балансировка или подзарядка, для предотвращения сульфатации.

12 Для большинства типов литий-ионных систем отсечка происходит, если напряжение меньше чем 2,20В и больше чем 4,30В, другие значения напряжения применяются для литий-феррофосфатных аккумуляторов.

• Как хранить аккумуляторы?
• Переработка аккумуляторов и батареек
• Процессы в аккумуляторе отследили с помощью электронного микроскопа

По материалам batteryuniversity.com

(Просмотрели35 954 | Посмотрели сегодня 2 )

Техника безопасности

Не стоит забывать, что любой элемент питания содержит достаточно активные химические вещества, которые могут представлять определённую опасность для человека. Особенно касается бытовых вариантов накопителей, содержащих литий. Это очень активный металл, который нельзя перегревать. Сборки, содержащие его, при определённой температуре нагрева могут попросту взорваться. Это случается очень редко, поэтому использование его относительно безопасно. Перегрев может стать результатом короткого замыкания полюсов батареи. Замыкающий проводник проведёт через себя максимальное количество тока накопителя, вызывая перегрев.

Вообще никакой аккумулятор нельзя замыкать между полюсами накоротко. Химические реакции, происходящие в нем в этот момент, начнут идти с повышенной скоростью. Результат этого непредсказуем. Кроме перегрева может произойти разрушение корпуса батареи при выделении газов.

Никакое устройство накопления электрического разряда нельзя перегревать. Стоит электролиту, даже относительно безопасных щелочных аккумуляторов закипеть — корпус батареи просто разорвёт. А щёлочь или кислота — это тоже очень вредные вещества для человека. Будь они хоть жидкие (ожоги), хоть в виде пара (ожоги слизистых, лёгких).

Базовые понятия о работе аккумуляторов

2.1 Базовые понятия для свинцово-кислотных аккумуляторов

Рис 3: Состояния свинцово-кислотного аккумулятора

Полностью заряженный элемент имеет разность потенциалов между анодом и катодом около 2 В. Во время разряда электроны проходят через внешнюю электрическую цепь, одновременно химические реакции внутри аккумулятора обеспечивают баланс зарядов . На рис. 3 показаны химические состояния полностью заряженного и полностью разряженного свинцово-кислотного аккумулятора.

Свинцово-кислотные аккумуляторы могут быть разделен на 2 категории: с жидким электролитом и герметизированные (SLA или VRLA). По своей химии эти категории идентичны (см. рис.3).  Различия — в технологии исполнения, которая влияет и на эксплуатационные характеристики. Аккумуляторы с жидким электролитом требуют следующих 3 условий, которые не требуются герметизированным аккумуляторам:

1. Определенное положение для предотвращения вытекания электролита
2. Вентилируемое помещение для удаления газов, образующихся во время заряда и разряда
3. Регулярное обслуживание электролита.

Ввиду этих различий, необходимо учитывать сложность и стоимость технического обслуживания АКБ с жидким электролитом, которая может нивелировать их более низкую стоимость. Герметизированные аккумуляторы делятся на 2 группы: гелевые и AGM (Absorbed Glass Mat). Они различны по состоянию электролита. В гелевых аккумуляторах в электролит добавлено загущающее вещество, которое превращает электролит в гель. В AGM аккумуляторе используется стеклянная «губка» для связывания жидкого электролита.

Внутри каждой категории свинцово-кислотных аккумуляторов различаются аккумуляторы “глубокого циклирования” и аккумуляторы для “буферного режима” с небольшой глубиной разряда. «Буферные» герметизированные аккумуляторы обычно используются в автомобилях в качестве стартерных — они должны выдавать мощные импульсы энергии в течение короткого времени. В стационарных системах электроснабжения применяются аккумуляторы «глубокого разряда», которые обычно разряжаются относительно небольшими токами, но в течение длительного времени. 

2.2 Литиевые аккумуляторы

Концепция литий-ионных аккумуляторов была разработана в 1970-х годах. Широкое распространение они получили в 1990-х годах. Принцип работы заключается в том, что ионы лития курсируют туда-сюда между анодом и катодом во время заряда и разряда. На рис.4 показано устройство разновидности литий-ионного оаккумулятора  LiCoO₂.

Рис 4: Реакции в литий-ионном аккумуляторе

Особенности химических процессов на аноде, катоде и в электролите влияют на эффективность работы аккумулятора. Также влияет конструкция элемента литий-ионного аккумулятора. Наиболее часто производитель меняет форму и состав катода:  они могут быть LFP, NCM, NCA, Cobalt, или Manganese.  Более 90% литиевых анодов состоят из графита; кремний и титан используются гораздо реже.

Электролит обычно находится в жидкой форме, но в «литий-полимерных» аккумуляторах электролит находится в абсорбированном виде в полимерной мембране. Это позволяет для ограничения объема аккумулятора использовать «мешочек»  вместо металлического корпуса, который обычно используется с жидким электролитом в цилиндрических и призматических элементах.

Несмотря на различия в химических процессах, литий-ионные аккумуляторы могут быть разделены на 2 групы: литий-железо-фосфатные (LFP, LiFePO₄) и металл-оксидные (NCM, NCA, Cobalt, Manganese — Оксид марганца лития (LiMn₂O₄) и оксид лития никеля и марганца кобальта (LiNiMnCoO₂)). БатареиLiMn₂O₄и LiNiMnCoO2 относятся к литиевым батареям среднего размера по размеру, весу, безопасности, сроку службы и стоимости.

В таблице 1 показаны различия между этими 2 химическими процессами. Значения отражают среднюю величину, возможны флуктуации в ту или другую сторону.

Таблица 1: Сравнение литий-ионных технологий аккумуляторов

RC литий-полимерные батареи (RC LiPo). LiPo — это самые маленькие, самые дешевые, легкие и мощные литиевые батареи. К их недостаткам относятся короткая продолжительность жизни и склонность к возгорания в гигантские огненные шары, поэтому мы в данной статье их не рассматриваем.

Все литий-ионные аккумуляторы выдерживают глубокий разряд. Срок службы аккумулятора существенно возрастает, если глубина разряда не более 80% от номинальной емкости.

Форм-фактор

Именно форм-фактор аккумуляторы унаследовали от предшественниц-батареек.

Типизация размеров и форм элементов питания позволяет комфортно производить замену, добиваясь оптимальной длительности работы.

На данный момент самыми распространёнными типоразмерами принято считать:

• АА. Они же пальчиковые. Объём производства этих батареек с маркировкой rechargeable, вероятно, превышает все остальные, вместе взятые. Их номинальное напряжение составляет 1,2 В, хотя свежезаряженные, они могут выдавать до 1,4. Ёмкость колеблется в широких пределах — от 200 mA до 3000 mА и даже больше.
• ААА. Другое название — мизинчиковые. Отличаются от предыдущего варианта только меньшими размерами. Их применение оправдано там, где стандартные АА просто не вместятся или будут слишком тяжёлыми. Правда, и ёмкость их меньше — обычно до 1500 мА.
• C и D. Похожи на обычные пальчиковые, но только крупнее. Соответственно, ёмкость их больше. Большой размер и масса диктует свою специфику применения, где не особо важен компактный размер, например, музыкальное и звуковое оборудование, а также различные автоматические системы.
• PP3. В России её традиционно называют «Крона» В отличие от батарейки, перезаряжаемое устройство выдаёт ток в 8,4 В. На «Кроне» функционируют многие электроприборы, некоторые пульты дистанционного управления и радиоуправляемые устройства.

Существуют и другие типоразмеры аккумуляторных батареек, но они имеют меньшую распространённость.

Для того, чтобы получить батарею большей мощности, используются блоки аккумуляторов АА или ААА, соединённые последовательно. При этом ёмкость батареи остаётся равной ёмкости одного элемента в цепи, а выдаваемое напряжение — сумме единичных показателей. Например, распространённый формат батарей для игрушек и моделей на радиоуправлении — 4,8 В, то есть 4 «банки» по 1,2 В.

ТОП лучших марок аккумуляторов

Так мы плавно подошли к пункту, который позволит выбрать самый лучший аккумулятор. Ниже приведены марки и модели лучших аккумуляторов, которые можно найти в продаже сегодня. Разумеется, здесь описаны не все АКБ, достойные внимания, но приведенные ниже модели батарей сегодня наиболее популярны среди наших соотечественников.

Optima

Рейтинг автомобильных аккумуляторов открывает модель Optima Red Top. Эта модель относится к категории необслуживаемых устройств, производящихся по технологии AGM. Данный производитель выпускает устройства в нетрадиционной форме, которая, по мнению представителей компании Optima, позволяет предотвратить негативное воздействие вибраций на конструкцию. Также производитель рекомендует использовать такие устройства в том случае, если машина эксплуатируется нерегулярно. Как показывает практика, даже после двух месяцев простоя устройство сможет без проблем завести двигатель, а ресурс эксплуатации данной модели в среднем составляет 6 лет (автор видео — канал Odissey4x4).

Параметр пускового тока в данном случае составляет больше 800 ампер, благодаря чему мотор машины можно будет завести даже в сильный мороз. Несмотря на то, что емкость девайса довольно невысокая — около 50 Ач — производитель уверяет, что этот параметр компенсируется другими характеристиками. К примеру, выдачей 500 ампер даже после 10-секундного вращения стартера.

Bosch

Эта компания занимается не только производством техники, но и различных автомобильных деталей, в том числе батарей. Немецкий производитель постоянно удивляет потребителей высоким качеством выпускаемой продукции. Из основных преимуществ таких АКБ следует выделить увеличенную емкость устройств, снижение скорости саморазряда, а также отличный запуск мотора при температуре -30 градусов. Кроме того, большинство моделей этого бренда имеют свойство самостоятельного восстановления после перезарядки.

Следует отметить, что в устройствах Bosch уровень испарения электролита минимальный. Как показывает практика, девайсы Bosch часто выходят из строя по причине неисправных генераторов — это единственный их недостаток.

Varta

Производитель Varta также попал в рейтинг аккумуляторов не зря. Несмотря на то, что эти устройства производятся по стандартной технологии, они показывают достаточно высокие характеристики, работая при температуре -50 градусов. Именно поэтому данный вариант, в частности, речь идет о модели Blue Dynamic, выбирают многие автолюбители из северных регионов. Одной из конструктивных особенностей АКБ Varta является оригинальный корпус (автор видео — канал transistor815).

Устройства изготовляются по технологии EFB, что обеспечивает нормальную эксплуатацию девайса на протяжении пяти лет. Если устройство будет использоваться на севере, то оптимальным вариантом будет модель Е34, пусковой ток в которой составляет 680 ампер, а параметр емкости — 72 Ач. Благодаря этим параметрам АКБ может использоваться в транспортных средствах, оснащенных системами Старт-Стоп.

Зубр Magnum

Продукция белорусского производства также завоевала симпатии потребителей. Несмотря на то, что многие ниша соотечественники не доверяют продуктам российского, белорусского и украинского производства, эти АКБ по факту достаточно надежные. Это подтверждают и многочисленные тесты, которым подвергались данные аккумуляторы.

Зубры производятся с учетом всех международных стандартов, что позволяет обеспечить наиболее оптимальное качество батарей при достаточно конкурентной цене. Как показывают отзывы, при доступной цене качество Зубров довольно высокое, что позволяет обеспечить их нормальную эксплуатацию в любых температурных условиях. Благодаря современным технологиям, использующимся при изготовлении, эти батареи менее устойчивы к вибрациям, соответственно, это значительно увеличивает их прочность и надежность.

Устройство и назначение аккумуляторных батарей в авто

Основная особенность конструкции любого типа АКБ заключается в том, что он состоит из нескольких батарей. Они называются банками и монтируются внутри конструкции. В 12-вольтных устройствах такие элементы рассчитаны примерно на 2 вольта, они соединяются друг с другом последовательным образом.

Конструкция АКБ включается в себя:

1. Непосредственно банки. Данные компоненты выполнены в виде набора пластин различной полюсности. Друг от друга они изолированы посредством кислото-упорных сепараторов.
2. Корпус конструкции. Обычно производится из эбонита либо кислото-упорного пластика. Внутри корпуса располагаются специальные отсеки, в которые монтируются банки.
3. Сама полюсная пластина производится из свинца и выполнена в виде решетки. В ячейки, расположенные внутри, впрессовывается состав пористого типа, который предназначен для увеличения площади соприкосновения с рабочей жидкостью — электролитом. Данное активное вещество производится из свинцового порошка, в него также добавляется серная кислота, а в отрицательные пластины — сернокислый борий. При изготовлении батареи эти элементы заряжаются, что приводит к формированию диоксида свинца в плюсовых устройствах. В отрицательных образуется губчатый металл.
4. Раствор электролита заливается в банки АКБ. Жидкость используется для передвижения заряженных элементов от отрицательного полюса к положительному. Рабочий раствор производится из дистиллята (очищенной воды), а также серной кислоты.

Сама по себе батарея является одним из основных компонентов в транспортном средстве. Функционируя в бортовой сети машины вместе с генераторным устройством, АКБ является источником электрической энергии.

О конструктивных особенностях автомобильных батарей рассказал пользователь Аккумуляторщик.

Функции, которые выполняет приспособление:

1. Запуск силового агрегата. В момент, когда генераторный узел еще не запущен, напряжение от АКБ подается на стартерное устройство при пуске.
2. Обеспечение питания током всего электрооборудования транспортного средства при выключенном двигателе.
3. Возможность запитки приборов и устройств машины во время движения, когда генераторный узел перегружен.

Поскольку ограничена, не рекомендуется длительно использовать устройство и включать все потребители энергии при отключенном моторе. Батарея, работая в паре с генераторной установкой, выполняет сглаживание пульсаций электротока в сети машины.

Тип аккумулятора (сурьма, кальций, гибрид)

С определенной долей условности все свинцовые АКБ подразделяются на три главных типа:

• сурьмянистые;
• кальциевые;
• гибридные.

Применительно к конкретному типу аккумулятора используется тот или иной состав, с помощью которого свинцовые пластины приобретают специфические характеристики.

Сурьмянистые

Наиболее старая технология, основанная на улучшении качества свинца, из которого состоят пластины АКБ, предполагает добавление сурьмы (5–7%). Когда заряд достигает значения от 12,2 до 12,5 вольт, процесс электролиза переходит в максимально активную фазу. Электролит начинает буквально кипеть при достижении напряжения 12,7 вольт. Столь активные процессы приводят к бурному испарению воды.

Положительным моментом таких аккумуляторов является прочность их пластин. Даже глубокие разряды не провоцируют их раннее осыпание. В результате их прочность сохраняется достаточно долго. К отрицательным моментам сурьмянистых АКБ можно отнести потребность постоянного контроля за уровнем электролита. Сюда же добавляется слишком большой объем электрохимической жидкости по сравнению с другими типами аккумуляторов, который превышает массу пластин. Это служит препятствием на пути наращивания емкости сурьмянистых аккумуляторов и параметра пускового тока.

Бурный процесс электролиза не позволяет обеспечивать полную герметичность корпуса, так как его может разорвать. При этом таким аккумуляторам свойственен большой саморазряд, достигающий в течение суток 2% от емкости.

Малосурьмянистые

Аккумуляторы этого вида являются подтипом предыдущих, так как они идентичны с технологической точки зрения. Главное их отличие заключается в том, что пластины содержат меньше сурьмы (2–4%). Этот факт обеспечивает менее интенсивное кипение электролита. Меньшее содержание сурьмы приводит к снижению прочности пластин. Сами аккумуляторы переходят в категорию «малообслуживаемые».

Кальциевые

Относительно новая технология, предусматривающая добавление в пластины кальция. Довольно часто встречается маркировка Ca/Ca, обозначающая, что обе пластины (плюс и минус) содержат упомянутый элемент. С помощью кальция удается добиться практически полного прекращения испарения воды, что приближает кальциевые АКБ к категории «необслуживаемые». В некоторых случаях пластины насыщают небольшим процентом серебра: уменьшается внутреннее сопротивление, а это большая емкость АКБ и повышение параметров пускового тока.

Под положительными характеристиками кальциевых аккумуляторов следует понимать приемлемый уровень саморазряда (меньший на фоне сурьмянистых), большую емкость и запуск процесса электролиза лишь при 16 вольтах.

К отрицательным характеристикам относят требовательность к глубоким разрядам, когда достигается 80-процентная потеря емкости после 3–4 таких разрядов. При выборе надо учитывать высокую стоимость подобных изделий.

Гибридные

Попытка объединения двух технологий привела к появлению гибридных аккумуляторов. Суть этого процесса сводится к тому, что на одной пластине присутствует сурьма, а на другой – кальций. В результате испарение воды есть, но не столь критичное, увеличена емкость и пусковые токи, а также улучшено противостояние глубоким разрядам. Стоимость средняя между сурьмянистым и кальциевым АКБ.

Что касается других технологий, например, GEL и AGM, то их рассмотрение можно считать преждевременным, что связано с высокой стоимостью конечной продукции. Ценник, например, на гелиевые АКБ может достигать 20000 руб. В то время как кальциевый продается за сумму, меньшую в 3 раза. К этому еще можно добавить нелюбовь гелиевых аккумуляторов перезаряжаться.

При недостатке средств лучше выбирать гибридный аккумулятор, а в случае отсутствия стеснения в расходах – кальциевый.

Аккумуляторы на основе лития

Выпускаются различные типы производимых литиевых аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы (li ion)

Li- Ion

Набирающие популярность АКБ. НЕ допускают полного разряда, поэтому некоторые модели выпускаются с защитой от полного разряда.

Li- Ion с защитой и без

Достоинства:

• Практически нет «эффекта памяти» – можно заряжать в любом состоянии.
• Высокая емкость, легкие, поэтому получила распространение также в автомобилестроении, где соотношение веса и мощности АКБ сильно влияет на дневной пробег.
• Медленно разряжаются – в среднем до 3 % в первый месяц, и 1% в последующие месяцы.
• Скоростная зарядка почти не вредит дальнейшей эксплуатации.
• Цены постепенно падают.

Недостатки:

• Все типы существующих плохо переносят холод. Ниже 0 емкость резко падает.
• Дороже чем АКБ Ni htm и ni-cd.
• Имеют тенденцию к взрыву при неправильной зарядке.

Заряжать их рекомендуется уже при половинном заряде. Чем больше циклов заряда-разряда – тем меньше работают батареи. Отсюда вывод – старайтесь не допускать полного разряда. Держите эти аккумуляторы, по возможности, максимально заряженными – это обеспечит их длительную работу. Например, используя ноутбук, держите его всегда включенным в розетку. Ноутбук станет питаться током от сети, а аккумулятор будет использоваться реже, например, в дороге, или там, где действительно необходимо автономное питание.

Некоторые даже снимают батареи с ноутбуков, предварительно зарядив их, и хранят отдельно, чтобы увеличить срок службы батареи. Однако у такого метода имеются свои недостатки – ноутбук, в случае отключения света или если хозяин забыл правильно завершить работу операционной системы, может не сохранить важные данные. Это также негативно сказывается на операционной системе. В любом случае приходится периодически ставить аккумулятор на зарядку, чтобы уровень заряда был по возможности выше 50 %.

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-ионный полимерный аккумулятор, известный также как Li-Pol, LiPo, Li-polymer, представляет собой улучшенную версию стандартного литиевого аккумулятора и находит применение во многих видах техники. Электролитом здесь служит полимерный материал.

Такие типы литиевых аккумуляторов хороши тем, что обладают значительной энергетической плотностью на единицу объема и массы, пониженным саморазрядом, донельзя тонкими элементами (всего от 1 мм), возможностью гибкости, крайне несущественным перепадом напряжения в процессе разрядки, широким диапозоном температур, при которых устройство продолжит свою полноценную работу. И, ко всему прочему, LiPo не имеет эффекта памяти.

Хотя не стоит слепо полагать, что батареи такого плана на самом деле можно назвать полностью идеальными. Даже у Li-Pol есть свои изъяны. Один из самых существенных — опасность возгорания в случае перезарядки и избыточного потребления тепла. Недостатком представляется и сравнительно небольшое количество рабочих циклов — 800-900, а также старение аккумуляторов, даже если они лежат в стороне без надобности.

Наконец, даже сама зарядка весьма пагубно влияет на приспособление: если процесс зарядки уменьшает вместимость, то при глубоком заряде прибор можно смело отправлять в металлолом.