Сколько живет и чем «болеет» современный аккумулятор?

Борьба с «обезвоживанием»

«Принципиальная схема свинцово-кислотной батареи особо не менялась. Блок пластин собирается из отдельных положительных и отрицательных решеток с активной массой (для положительных используется диоксид свинца, для отрицательных — обычный пористый свинец). Для предотвращения механического замыкания между пластинами применяется сепаратор. Другое дело, что материалы и технология производства пластин и сепаратора постоянно меняются», — рассказывает Дмитрий.

Ранее для обеспечения большей прочности пластин в свинцовый сплав добавляли сурьму (порядка 5%). Однако эта легирующая добавка приводила к более активному газовыделению в процессе заряда, что в свою очередь оборачивалось существенной потерей воды. Отсюда и необходимость в периодической проверке и пополнении уровня электролита, то есть «обслуживании» батареи.

Чтобы батарея заряжалась, но не кипела, вместо сурьмы в свинцовом сплаве стали применять кальций. Данное решение потребовало изменения в технологии изготовления решетки — в процессе литья под давлением кальций выгорал. Обеспечить его равномерное содержание в решетке позволила технология «просечка и последующая растяжка». Аккумуляторы со свинцово-кальциевыми решетками действительно перестали требовать доливки, в них даже отсутствует возможность проверки и пополнения уровня электролита — технологические заглушки делаются несъемными. Такие батареи принято называть «необслуживаемыми», хотя данное определение неверно — в сервисе они все же нуждаются.

Что же так называемые «гибридные» батареи? Все просто: положительная пластина все еще выполнена из малосурьмянистого сплава (порядка 2,5%), отрицательная — из кальциевого. Мифы о том, что эти батареи обладают преимуществами тех и других видов, не соответствуют действительности. Это компромиссное решение, к которому сейчас прибегают преимущественно отечественные производители, тогда как зарубежные переходят на аккумуляторы со свинцово-кальциевыми пластинами и батареи типа VLRA.

Данный график наглядно демонстрирует разницу в расходе воды (уменьшении массы батареи при перезаряде в течение определенного времени при постоянном напряжении 14,4 В при температуре +40°С) в зависимости от того, из какого сплава и по какой технологии изготовлены решетки пластин. Так, если аккумуляторы с содержанием сурьмы (PbSb) теряют порядка 6 г/1 Ач, а гибридные (Hybrid) — 4 г/1 Ач, то кальциевые (PbCa) — всего 2 г/1Ач, а для батарей с решетками PowerFrame VARTA заявляет 1 г/1 Ач. Батареи типа VRLA и вовсе демонстрируют «нулевой» расход воды, хотя полностью необслуживаемыми и герметичными их назвать нельзя.

Со «связанным» электролитом

VLRA-батарея (Valve Regulated Lead Acid — клапанно-регулируемая свинцово-кислотная) является полностью герметичной, хотя и оснащена аварийными клапанами, срабатывающими при достижении критического давления внутри корпуса. В процессе зарядки электролит не «выкипает», поскольку находится в «связанном» состоянии. К числу таких батарей относятся гелевые (однако в автомобилях они не применяются) и построенные на AGM-технологии, то есть с сепаратором из абсорбирующего стекловолокна. Именно за такими аккумуляторами специалисты VARTA и видят будущее. Почему? Подробно на эту тему мы рассуждали в предыдущем номере, но тезисно повторимся. По сравнению с обычной AGM-батарея имеет большую выносливость в «крайних» режимах при более глубоком циклировании. Благодаря меньшему внутреннему сопротивлению она быстрее заряжается, что принципиально при использовании на автомобилях с системой Start-Stop, а также в тех случаях, когда батарея вынуждена часто и подолгу разряжаться.

«Батареям с жидким электролитом противопоказаны глубокие разряды, которые могут быть как следствием неисправности электрооборудования автомобиля, так и следствием специфических условий эксплуатации, в результате которых аккумулятор не успевает «восстанавливаться» между режимами разряда. Такие режимы типичны для автомобилей с системой Start-Stop, характерны для любителей выбраться на природу: когда аккумулятор используется не только в качестве стартерного, но и, например, в качестве тягового (приводит в движение электродвигатель лодки или питает лебедку).

Для таких условий лучше подходят батареи, изготовленные по AGM-технологии, так как они более стойки к тряске и вибрациям, переносят глубокие разряды и быстрее восстанавливаются. Чем чревато использование в таких условиях обычной батареи с жидким электролитом? Тем, что она не будет выдерживать таких режимов и прослужит не более нескольких лет. Также сама система Start-Stop не будет работать так, как должна. Конечно, если ее отключить и не использовать, тогда обычная батарея должна справиться», — отмечает Дмитрий Тищенко.

Другая сторона медали — стоимость AGM-батареи. Ее цена примерно в 2,5 раза выше, чем у аккумуляторов с жидким электролитом, срок службы в целом больше, но, прежде всего, в экстремальных условиях. Если экстрима нет, большой пусковой ток не нужен, а о системе Start-Stop вы слышите впервые, то смысла в переплате нет, достаточно и обычного аккумулятора.

Жизнь коротка…

- Сейчас, как и раньше, батарея в среднем служит все те же пять лет, — признает Дмитрий.

- Так что же, несмотря на современные технологии ничего не изменилось?

- На самом деле с каждым годом нагрузка на батарею растет: увеличивается число электропотребителей, становятся жестче условия работы, хотя бы за счет систем вроде Start-Stop. А мы удерживаем ее ресурс, — отвечает Дмитрий. — На сегодняшний день перед производителями не стоит задача создавать стартерные аккумуляторы с максимальным сроком службы. То, что хочет от нас потребитель, будь то конвейерные поставки или вторичный рынок, чтобы батарея максимально надежно прослужила около пяти лет. Cрок службы до 8-9 лет сегодня никому не нужен. Поэтому современные конструкции рассчитаны как раз на это.

От чего изнашивается и от чего «умирает» батарея? В первую очередь от разрушения положительной решетки, которая со временем разрушается и обваливается. Это происходит в результате естественного старения, но разрушение решетки могут ускорить интенсивная эксплуатация, тряска и вибрации.

Кроме того, большое влияние на срок службы батареи оказывают условия хранения и эксплуатации. Современные аккумуляторы теряют заряд очень долго и могут лежать на складе продавца без подзарядки до полутора лет, в то время как батареи с сурьмой в пластинах требуют к себе внимания гораздо чаще (см. Диаграмму 2). Но в любом случае перед установкой на автомобиль батарея должна быть полностью заряжена.

«Старая» батарея не держит заряд и становится негодной к эксплуатации. Это происходит, когда срок хранения без дозарядки превысил допустимый для данного типа аккумуляторов и заряд упал ниже критического минимума. Батареи со значительным содержанием сурьмы (4) требуют зарядки каждые три месяца, с малым (3) — могут выдержать в три раза больший интервал. Гибридные аккумуляторы могут храниться без дозарядки более года, а кальциевые — свыше 18 месяцев.

«Что происходит с батареей, если она долго хранится? Происходит коррозия решеток (любое металлическое изделие со временем начинает корродировать). Порой можно увидеть батареи с выпуклыми стенками, и это значит, что уровень коррозии достиг неприличных размеров. Впрочем, это случается крайне редко», — говорит Дмитрий.

Еще один враг аккумулятора, о котором мы уже упоминали, — глубокий разряд, который, как правило, наступает в результате форс-мажорных обстоятельств: оставленного во включенном состоянии электропотребителя, «утечки» тока в бортовой сети или в том случае, когда аккумулятор по каким-то причинам не заряжается, но продолжает отдавать энергию. Как бы то ни было, в большинстве случаев речь идет о неисправности электрооборудования автомобиля, поэтому прежде, чем менять вдруг «севший» аккумулятор, стоит проверить, нет ли утечек тока в бортовой сети и какую зарядку дает генератор.

Кстати, он заряжает аккумулятор при постоянном напряжении. Это значит, что ток может меняться, но генератор в любом случае выдает 14 В. Батарея, которая после пуска имеет чуть меньшее напряжение, стремится «восстановиться», принимая тот ток, который ей нужен, поэтому такой вариант зарядки при постоянном напряжении позволяет зарядить аккумулятор на все 100%.

Вот заряд при постоянном токе в 10% от емкости АКБ, который обеспечивает зарядное устройство, полностью батарею не восстановит. Максимум, чего можно достичь с хитрыми ступенчатыми алгоритмами, — это 90-95%: зарядка продолжается до момента достижения номинального определенного значения напряжения, после чего устройство переходит в режим «дозревания» батареи. Ничего страшного в этом нет — зарядив «с большего» аккумулятор, его можно ставить на автомобиль, и до полной зарядки его «восстановит» генератор. Разумеется, при условии, что электрооборудование автомобиля исправно.

Вердикт

Современные технологии позволили избавить автовладельцев от необходимости проверки и пополнения уровня электролита, но совсем «необслуживаемыми» батареи не стали — их заряд следует проверять перед установкой на автомобиль, а затем — перед каждым летним и зимним сезонами. Насчет ресурса обольщаться не надо: аккумуляторы стали выносливее прежде всего для того, чтобы выдерживать возросшие нагрузки, но срок их службы (если не касаться экстремальных режимов) в целом остался тем же. Вот стоимость «продвинутых» VLRA-батарей в разы больше стоимости обычных. Если конструкция автомобиля и условия эксплуатации позволяют обойтись прежними технологиями, еще можно сэкономить. Однако будет ли такая возможность через десять лет?..