Аккумуляторные батареи: виды и применение, какой лучше выбрать для автомобиля

Для автономного электропитания чаще всего используют химические источники тока (ХИТ) — гальванические элементы (ячейки). Принцип их действия — энергия окислительно-восстановительной реакции преобразуется в электрическую.

Один элемент выдает напряжение до 4 В, поэтому для получения мощного источника несколько ячеек соединяют в батарею. После полного расхода запаса реагентов ХИТ разряжается, теряет работоспособность. Эту проблему решают аккумуляторные батареи (аккумуляторы, АКБ) — перезаряжаемые устройства многократного использования.

Что такое аккумулятор и для чего он нужен

АКБ отличаются от простых элементов питания обратимостью химического процесса. После разрядки их подключают к электрической сети. Ток, проходя через аккумулятор, восстанавливает заряд.

Этот тип ХИТ используют в быту и на производстве для накопления электроэнергии и обеспечения ею автомобилей, переносных инструментов, мобильных устройств, а также в источниках бесперебойного питания (ИБП) стационарных приборов.

Различные виды аккумуляторных батареек входят в автономные системы электроснабжения, в том числе работающие от альтернативных источников (солнечные, ветровые станции). То есть они нужны во всех случаях, когда требуется независимый от централизованного электроснабжения запас тока.

Основные виды аккумуляторных батарей и области их применения

От того, из какого материала сделаны электроды, а также от физического состояния и химического состава электролита зависят основные характеристики всех аккумуляторов.

Автомобильные АКБ имеют еще один параметр — полярность:

1. Прямая. Плюсовая клемма находится слева, минусовая — справа. Такой аккумулятор чаще всего встречается на российских автомобилях.
2. Обратная. Плюсовая клемма справа, минусовая — слева. Это вариант для большинства европейских машин. Заменить аккумуляторную батарею с прямой полярностью на АКБ с обратной нельзя.

Классификация ныне существующих аккумуляторов по химическому составу электролита:

• свинцово-кислотные;
• щелочные;
• литиевые (литийионные);
• никель-солевые.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Свинцово-кислотные АКБ применяют чаще всего в автомобилях и ИБП.

Они состоят из нескольких мелких ячеек (банок), расположенных в едином корпусе. Внутри каждой находятся свинцовые пластины и электролит. 1 ячейка дает напряжение 2,1 В. Для запуска двигателя нужен ток напряжением 12,6 В. Поэтому в батарее объединяют 6 банок аккумулятора.

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов, применяемых в автомобилях и ИБП, по химическому составу электродов:

• сурьмянистые и малосурьмянистые;
• гибридные;
• кальциевые и серебряно-кальциевые.

Классификация свинцово-кислотных батарей для автомобилей и ИБП по состоянию электролита:

• с жидким электролитом — первое поколение, сейчас почти не используются;
• гелевые — второе поколение;
• AGM — третье поколение.

Сурьмянистые

Это свинцово-кислотные АКБ с содержанием сурьмы более 5%. При их эксплуатации необходимо периодически добавлять воду, поэтому их называют обслуживаемыми. Еще один их недостаток — большой саморазряд. В автомобилях сурьмянистые батареи сейчас не используют, их ставят только в качестве стационарных источников питания там, где нет высоких требований, но важна дешевизна.

Малосурьмянистые

Они отличаются от сурьмянистых пониженным содержанием сурьмы (до 3%). Обслуживание АКБ проще, саморазряд меньше. Достоинства малосурьмянистых батарей — низкая цена и устойчивость к глубокому разряду. Сфера применения аккумуляторов этого типа — российские легковые автомобили.

Кальциевые

Свинцово-кислотные аккумуляторы, в которые вместо сурьмы добавлен кальций, отличаются от малосурьмянистых по двум параметрам:

• расход воды меньше на 80%;
• саморазряд ниже на 30%.

Главный недостаток кальциевых батарей — при разрядке до уровня ниже 70% происходит необратимая потеря емкости.

Восстановить ее постоянным током невозможно. Эту проблему производители автомобильных аккумуляторов решили выпуском серебряно-кальциевых батарей. Они не боятся глубокого разряда, более устойчивы к коррозии. Недостатки АКБ с серебром: высокая цена, невозможность контроля уровня электролита.

Гибридные

Этот вид аккумуляторных батарей — попытка объединить достоинства кальциевых и малосурьмянистых. Результат — АКБ с пониженным расходом воды и повышенной устойчивостью к глубокому разряду и перепадам напряжения.

AGM и гелевые батареи

В аккумуляторах 1-го поколения электролитом является раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Недостатки жидкого электролита заключаются в том, что он вреден для здоровья людей, есть риск утечки и повреждения находящихся рядом предметов.

В АКБ 2-го поколения электролит находится в виде желе (геля). Раствор серной кислоты смешивают с загустителем — двуокисью кремния. Такие аккумуляторы называют гелевыми, или выполненными по технологии GEL. Они могут работать в любом положении, утечка исключена. Сферы применения, помимо автомобилей и ИБП, — авиация, военная техника.

Дополнительные достоинства гелевых батарей:

• низкий саморазряд;
• устойчивость к высоким температурам;
• полное восстановление из глубокого разряда.

Недостатком АКБ, изготовленных по технологии GEL, является необходимость в специальном зарядном устройстве.

Аккумуляторные батареи 3-го поколения содержат пористое стекловолокно, пропитанное электролитом, — Absorbent Glass Mat (AGM). Они обладают всеми достоинствами гелевых АКБ и устойчивостью к низким температурам. Гель на морозе теряет электропроводность, стекловолокно этого недостатка лишено.

Щелочные

Электролитом вместо кислоты в аккумуляторах этого типа является водный раствор гидроксида калия или натрия. Щелочные АКБ отличаются по химическому составу электродов.

Сферы использования щелочных аккумуляторных батарей указаны в таблице.

Тип	Применение
Серебряно-цинковые, серебряно-кадмиевые	Военные и космические технологии, связь
Никель-кадмиевые	Авиация, речной и морской транспорт, складская техника (электрокары и т. п.), шуруповерты и другие электроинструменты
Никель-водородные	Космические технологии
Никель-цинковые	Фототехника, другие портативные устройства с высоким энергопотреблением
Железо-никелевые	Тяговые аккумуляторы для электротехники
Никель-металлогидридные	Радиоуправляемые игрушки и устройства, аварийное освещение, электроинструменты Hitachi, Bosch, Makita и др.

На легковые автомобили щелочные аккумуляторы не ставят, на грузовые — редко.

Преимущества щелочных АКБ по сравнению с кислотными:

• меньший вес;
• возможность хранения в разряженном состоянии;
• более высокая прочность;
• устойчивость к коротким замыканиям;
• нет выделения вредных веществ;
• устойчивость к воздействию низких температур.

Недостаток щелочных аккумуляторных батарей — сравнительно невысокий КПД.

Литий-ионные

Это самый распространенный тип АКБ для мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов и электронных книг, видео- и фотокамер, радиостанций, но используется и в автомобилях.

Электролит в них — соли лития в виде раствора или в твердом состоянии. Электроды могут быть изготовлены из графита, алюминия, меди.

Достоинства литиевых АКБ:

• высокая плотность энергии;
• нет необходимости обслуживания, готовность к эксплуатации в любой момент;
• низкий саморазряд;
• герметичность корпуса;
• малый вес;
• долгий срок службы, большое количество циклов разряда-заряда;
• возможность создания аккумуляторов разных форм;
• широкий диапазон рабочих температур — от -20 до +50°С.

Недостаток литийионных аккумуляторных батарей в том, что при глубоком разряде они могут терять емкость и выходить из строя. При длительном бездействии требуется периодическая зарядка.

Разновидности литиевых аккумуляторов: литий-марганцевые, литий-железно-фосфатные, литий-хлорные и др. Усовершенствованный вариант — литий-полимерные батареи.

Никель-солевые

Электроды в этих АКБ сделаны из никеля и натрия, электролит — керамический стакан-сепаратор и расплавленная поваренная соль.

Достоинства:

• полная герметичность;
• отсутствие вредных компонентов и выделения опасных газов;
• небольшой вес;
• долгий срок эксплуатации;
• пригодность для работы при экстремально низких и высоких температурах;
• возможность складского хранения до 20 лет без ухудшения характеристик.

Сферы применения: телекоммуникации, альтернативное энергоснабжение, железнодорожный транспорт, нефтяная и газовая промышленность, системы накопления энергии большой мощности и др.

Как определить наиболее предпочтительный тип аккумулятора

Устройства и техника, нуждающиеся в автономном электропитании, чаще всего продаются вместе с аккумуляторной батареей. Если она вышла из строя или утеряна, потребуется запасная АКБ, и покупать лучше аккумулятор того же производителя и типа, что и оригинальный. Если это невозможно, то подбирают батарею такой же формы с точно такими же или превосходящими характеристиками. Для верного выбора проще взять с собой в магазин старую АКБ или документы от устройства или машины, для которых нужен новый источник питания.

Если аккумуляторная батарея требуется для системы автономного электроснабжения, то выбор делают на основании условий, в которых будет работать АКБ: температура воздуха, вероятность глубокого разряда, необходимая емкость и т. д.