Вся правда про аккумуляторы
Самая популярная причина трудных пусков зимой – дохлый аккумулятор. Не единственная, но распространенная. Современные аккумуляторы могут служить по 5-7 лет, но если, например, случались полные разрядки или долгие простои машины без движения (особенно зимой), замена может потребоваться и раньше. Какие бывают аккумуляторы и какие цифры важны в маркировке? Можно ли использовать аккумулятор большей емкости и что такое пусковой ток? Об этом – в нашем специальном материале.
Несмотря на разнообразие коммерческих наименований, все автомобильные аккумуляторы свинцово-кислотные: электролитом служит раствор серной кислоты и дистиллированной воды, а электроды – свинцовые.
Старые батареи были обслуживаемыми, то есть требовали регулярного контроля уровня электролита и долива воды. Но сегодня они уже неактуальны.
Впрочем, есть так называемые малообслуживаемые: они требуют долива воды примерно раз в полгода, зато дешевле и не так сильно боятся глубоких разрядов. Хороший вариант для владельцев старых «Лад» и иномарок.
Однако большинство из нас, скорее всего, предпочтет необслуживаемую батарею: обычно срок ее службы составляет порядка пяти лет, а контролировать уровень электролита не нужно в принципе – зачастую нет даже соответствующей пробки. Большинство недорогих аккумуляторов сделаны по так называемой гибридной технологии: один электрод с добавлением кальция, другой – с сурьмой, но в небольших количествах. Они могут обозначаться литерами Ca+ или Ca/Sb, но не стоит путать их с «чисто кальциевыми».
Под «брендом» кальциевые (Ca/Ca) подразумеваются батареи, у которых оба электрода сделаны из сплава свинца и кальция, а это лучший вариант для снижения потерь воды. В результате кальциевые аккумуляторы могут служить до семи лет, у них низкий саморазряд, а главная проблема – боязнь глубокой разрядки. К примеру, если сигнализация на вашей машины способна за неделю зимней стоянки высосать весь аккумулятор, лучше не покупать кальциевые батареи. А вот для полностью исправной иномарки это интересный вариант, хотя и более дорогой.
Чуть особняком стоят аккумуляторы по технологии AGM, в которых электролит находится не в жидком состоянии, а абсорбирован стекловолокном – это довольно продвинутые батареи, обеспечивающие долгий срок службы (заявляется чуть ли не 15 лет) и высокие пусковые токи. Кроме того, они хорошо переживают частые циклы заряд-разряд, а потому, например, используются в автомобилях с системой Start-Stop.
Наконец, есть гелевые аккумуляторы (GEL), в которых электролит загущен силикагелем до вязкого состояния, а также EFB-аккумуляторы. В чем-то их достоинства похожи на AGM-аккумуляторы, но гелевые еще лучше переносят глубокие разрядки. При этом пусковые токи у гелевых аккумуляторов зачастую ниже.
AGM-аккумуляторы и гелевые ощутимо дороже обычных (6-10 тысяч рублей), EFB занимают промежуточное положение по цене. Чаще всего, эти аккумуляторы применяются в автомобилях с системой Start-Stop или иномарках премиум-класса, где аккумулятор работает в условиях постоянных циклов заряда/разряда.
Рекламные объявления о добавлении серебра и других металлов в основном означают присутствие этих веществ в свинцовых электродах. Зацикливаться на этих особенностях не стоит – важнее параметры аккумулятора.
Для нас с вами важны следующие параметры:
1) Гостовское обозначение 6СТ-55АЗУ, где второе число (55) обозначает номинальную емкость.
2) Наличие или отсутствие слова «Необслуживаемая». При этом уровень «обслуживаемости» батареи может быть зашифрован в гостовском обозначении (последние буквы): N – с большим расходом воды, L – малым, VL – очень малым, VRLA – необслуживаемый.
3) Пусковой ток и стандарт измерения – в данном случае 500 А по стандарту EN (подробности ниже).
4) Технология изготовления: Ca+ обозначает гибридную технологию, при которой один из электродов – с примесью сурьмы, другой – из свинцово-кальциевого сплава. Кальциевые аккумуляторы обозначаются Ca/Ca, гелевые – GEL. Батареи по технологии AGM и EFB – соответствующими аббревиатурами.
Емкость аккумулятора
Поскольку напряжение батарей для легковых автомобилей одинаковое – 12 В, то выбирать тут нечего (у старых мотоциклов 6 В, у грузовой техники – 24 В). Сразу оговоримся лишь, что в основном обозначении аккумулятора (скажем, 6 СТ-60А) первая цифра обозначает не напряжение, а количество последовательно соединенных аккумуляторов внутри батареи, поэтому номинал – 12 В.
Куда интереснее вторая цифра, отражающая номинальную емкость батареи в ампер-часах (А*ч). Многие считают ее чуть ли не основной характеристикой аккумулятора. В бытовом смысле этот параметр показывает, как долго можно крутить двигатель стартером, а в физическом – это запас энергии батареи.
Вообще, емкость, например 60 А*ч, не означает, что аккумулятор способен целый час выдавать ток в 60 А. На самом деле, испытательный цикл обычно длится 20 часов (или 10 часов) – соответственно, если емкость аккумулятора 60 А*ч, то в течение испытательного цикла он должен стабильно выдавать 3 А. Средняя температура при этом – 25 градусов.
Температура влияет на емкость аккумулятора достаточно сильно: скажем, при +5 градусах аккумулятор теряет в среднем 20% емкости, при -30 градусах – до половины. Это одна из причин, почему зимние пуски иногда полностью высасывают батарею.
Емкость аккумулятора падает при его хранении на магазинном складе. Если хотите купить батарею, выдающую гостовские параметры, следите, чтобы с даты изготовления прошло не более месяца или хотя бы не более трех месяцев (зачастую это непросто сделать). Батареи, выпущенные год назад, потеряли часть свойств, лежа на полке.
Некоторые аккумуляторы имеют еще один параметр – RC или резервная емкость в минутах. Он обозначает время разрядки аккумулятора до напряжения 10,5 В при 25 градусах и токе 25 А. Фактически, параметр отражает время, в течение которого автомобиль может ехать с отказавшим генератором. Величина, коррелирующая с номинальной емкостью аккумулятора.
Разумно ли выбирать батарею большей емкости?
Если вы считаете, что стандартного аккумулятора вам в иной день не хватало, то можно попробовать. С точки зрения холодного пуска у батареи большей емкости есть несколько плюсов: во-первых, она обеспечит большее время прокрутки, во-вторых, меньшее падение напряжения при пуске. При этом в нормальных условиях работы нагрузка на генератор не будет ощутимо выше (вопреки популярному мнению), ведь количество энергии, которое машина высасывает из аккумулятора в момент пуска, не зависит от его емкости.
Однако во всем нужно чувство меры. Во-первых, аккумулятор слишком уж большой емкости может спровоцировать повышенные пусковые токи (за счет меньшего падения напряжения), что вредно для стартера. Во-вторых, если вы постоянно запускаетесь на лимите его возможностей, время зарядки его может возрасти, а в каких-то случаях (при кратковременных поездках) возможностей генератора не хватит, чтобы поддерживать батарею заряженной. В случае со свинцовыми аккумуляторами такой режим снизит ресурс.
В общем, аккумулятор большой емкости стоит расценивать как некий «неприкосновенный запас», которым вы будете пользоваться лишь иногда. Если же автомобиль не в состоянии нормально пускаться с аккумулятором стандартной емкости, то проблема не в аккумуляторе: нужна диагностика топливной системы и зажигания (свечи, форсунки, и т.п.)
Обозначения импортных аккумуляторов зачастую скуднее, но основные параметры те же: номинальные напряжение, емкость и ток холодной прокрутки с указанием стандарта. Кстати, загадочные цифры 570 500 065 обозначают то же самое: первые три цифры – это номинальная емкость +500 (в данном случае – 70 А*ч), последние три цифры – это пусковой ток, деленный на 10 (в данном случае 650 А). Но это только для европейских аккумуляторов. Обратите также внимание на маркировку технологии (EFB) и пометку, что аккумулятор предназначен для машин с технологией Start-Stop, хотя эти обозначения не обязательны и носят, скорее, рекламный характер.
Пусковой ток
На самом деле, пусковые качества батареи при исправном двигателе определяются не столько его емкостью, сколько током холодной прокрутки, который указывается на аккумуляторе (может обозначаться CCA).
Скорее всего, на батарее будет указан пусковой ток с пометкой EN. Это название стандарта, полное имя которого – EN 60095. В России ему соответствует ГОСТ 959-2002.
Число в амперах показывает, какой ток аккумулятор выдает в специальном цикле холодных испытаний. Сначала батарею замораживают до -18 градусов, после чего она должна выдержать 10-секундный разряд указанным током при падении напряжения до 7,5 В, а затем после небольшой паузы еще один цикл разряда: ток 60% от номинала, падение напряжение до 6 В в течение 90 или 150 секунд (в зависимости от исполнения). Батареи, адресованные России, выдерживают более жесткий стандарт.
Даже если вы не вполне поняли смысл предыдущего абзаца, знайте: ток холодной прокрутки определяет «силу» аккумулятора, причем именно в мороз. Если он низкий, то в холода стартер будет крутиться вяло, и не спасет даже увеличенная емкость. При выборе аккумулятора старайтесь, чтобы этот параметр не был ниже тех, что рекомендует производитель.
При этом есть еще один стандарт DIN (DIN 43559 или ГОСТ 959-91), при котором условия испытаний другие: нагрузку дают в течение 150 секунд, а напряжение не должно упасть ниже 6 В (не ниже 9 В через 30 секунд). Поскольку условия более жесткие, обычно токи по DIN примерно в 1,7 раза ниже, чем по стандарту EN – имейте это в виду. Скажем, если батарея выдает 420 А (EN), это соответствует примерно 255 А (DIN).
Есть еще американский стандарт SAE – его условия наиболее «мягкие», поэтому величины пусковых токов самые большие. Очень важно при выборе аккумулятора уточнить стандарт, по которому измерен пусковой ток, иначе под видом суперспособного аккумулятора можно купить обычный, просто с величиной тока по SAE (грубо, она на 10% больше, чем по стандарту EN).
В принципе, не надо бояться, что большой пусковой ток окажется вреден автомобилю: этот параметр отражает не столько реальный ток, который потечет через стартер (этот ток определяется сопротивлением цепи и напряжением), а предельные возможности аккумулятора в мороз. Грубо говоря, аккумулятор с низким пусковым током не выдаст нужной мощности, даже если стартер его «попросит» об этом.
Малыш Renault Sandero комплектуется в России аккумулятором с весьма серьезными параметрами.
Для сравнения у Suzuki SX4 аккумулятор емкостью 35 А*ч и пусковым током всего 300 А
Может ли батарея не подойти к автомобилю?
Да. Во-первых, при выборе аккумулятора нужно знать его размеры, во-вторых, полярность (прямая или обратная) и тип клемм (европейские, японские, американские). Вообще, лучший способ не промазать – это обратиться в специализированный салон или воспользоваться интернет-подбором. И уже потом из многообразия батарей, физически помещающихся под капотом, выбрать с оптимальными для вас параметрами.
Что такое ампер-часы в аккумуляторе
Аккумулятор предназначен для накопления, хранения электроэнергии и передачи её электропотребителям. Одним из важнейших параметров, кроме пускового тока, типоразмера и полярности, является ёмкость батареи, которая измеряется в ампер-часах. Другими словами, ёмкость – это количество электроэнергии, которую может передать полностью заряженный аккумулятор за единицу времени. Разрядившись при этом до конечного минимального напряжения, которое равно 10,5 вольт. Рассмотрим эту тему более подробно.
Измерение емкости аккумулятора в ампер часах
Рассмотрим ампер-часы простыми словами на таком примере: имеем АКБ емкостью 100 А/ч. Это теоретически новый, полностью заряженный аккумулятор, который может отдавать силу тока, равную 1А в течение 100 часов, пока не разрядится до конечного минимального напряжения 10,5 вольт. Если это произошло в расчетное время, значит емкость в ампер-часах соответствует заявленной характеристике. Соответственно, 2 ампера батарея выдаст в течение 50 часов. И это касается новых АКБ. В старых, в следствие износа такой тест может показать 50-типроцентную просадку, а это значит, что АКБ пора менять. А вот 50 ампер за 2 часа новый аккумулятор не выдержит, поскольку в процесс вступает закон Степенной Зависимости, который рассчитывается по сложной математической формуле. Но не будем загружать наших читателей излишней информацией, ведь на практике потребителя интересует, скорее всего, остаточная емкость уже поработавшего аккумулятора или соответствие характеристик нового при покупке в магазине.
На данный момент существует довольно много аккумуляторных тестеров, которые за пару минут продиагностируют аккумулятор и выведут на дисплей показатели остаточной и резервной емкости АКБ. Кстати, об этом ниже.
Расчет количества резервной мощности в аккумуляторе
Резервная мощность показывает, как влияют ампер часы в аккумуляторе на продолжительность работы подключенного электропотребителя. Эта характеристика определяется временем отдачи тока силой в 25А до разрядки батареи до минимально допустимого напряжения в 10,5 вольт. Измеряется не в часах, а в минутах.
Как правило, эта характеристика указывается только на тяговых батареях, использующихся в источниках бесперебойного питания, солнечной энергетике и так далее. В стартерных автомобильных аккумуляторах более важным показателем, особенно при тестировании старой батареи, является остаточный пусковой ток, который уменьшается со временем работы АКБ и находится в прямой зависимости от остаточной емкости батареи приблизительно 1 ампер час на 8-10 ампер пускового тока.
Номинальная и реальная емкость аккумулятора
К сожалению, все аккумуляторы, особенно стартерные, подвержены химическому старению. Условия эксплуатации и режим поездок, частота запусков, продолжительность поездок и наличие дополнительного электрооборудования – всё это сказывается на работе батареи. И чем почтеннее возраст, тем больше номинальные характеристики, указанные на корпусе аккумулятора, отличаются от реальных. Новая батарея емкостью 60 а/ч и пусковым током 600А через 5 лет может потерять до 50% своей емкости и, соответственно, пускового тока. Да и новую, при желании, можно довести до такого состояния за полгода.
Фактическую емкость старого аккумулятора, к примеру – 75 а/ч, можно измерить двумя способами. Первый – подключить к АКБ потребитель на 1 ампер, запастись вольтметром, зафиксировать время и ждать, пока напряжение не упадет до 10,5 вольт. Довольно сложно и долго. Второй способ – на 5 минут подъехать на толковый автосервис, автоэлектрик к батарее подключит тестер и выдаст Вам результат, который без труда можно расшифровать: остаточную емкость аккумулятора в ампер-часах и остаточный пусковой ток. И Вы уже будете владеть полноценной информацией, пора менять АКБ или сезон она еще продержится.
Что такое ампер-час в аккумуляторной батарее?
Потребители энергии получают определенный ток от батареи или аккумулятора. Как долго они могут работать, зависит от емкости элементов, составляющих батарею. Если нагрузка потребляет ток 1 А, он будет заряжаться 1 Ач в течение часа. Батарея 10 Ач теоретически может питать потребитель, требующий 1 А в течение 10 часов. Для того, которому требуется ток 2 А, время работы от батареи 10 Ач будет сокращено до 5 часов. Резистивные нагрузки (например лампочка) будут потреблять меньший ток при падении напряжения батареи. Потребители, оснащенные преобразователем постоянного тока, могут получать постоянную мощность даже при изменении напряжения, то есть когда напряжение питания падает, они потребляют больше тока.
Итак, давайте опустим напряжение аккумулятора и сосредоточимся только на ампер-часах для определения его емкости. Как батарея 12 В 10 Ач, так и батарея 6 В 10 Ач могут питать потребитель током 1 А в течение 10 часов, но в случае 12 В он будет использовать 12 Вт, а в случае 6 В это будет 6 Вт. Поэтому емкость батарей часто указывается в Втч, то есть батарея на 10 Вт может обеспечить током потребитель мощностью 1 Вт в течение 10 часов. Такие батареи имеют емкость в Ватт-час, соответственно батарея 12 В, 10 Ач -> 120 Вт-ч и 6 В, 10 А-ч -> 60 Вт-ч.
Напряжение, ток, мощность – что это за значения и как они связаны? Позвольте вставить немного теории.
Напряжение
Напряжение выражается в вольтах, пишется [В]. Представьте себе двух враждующих собак, которых владельцы держат на поводках. Эти собаки представляют собой группы электрических зарядов и сила, которую они тянут – это напряжение. Чем больше сила взаимодействия между ними, тем больше напряжение. Поэтому нет смысла говорить о напряженности только в одной точке – она всегда определяется между двумя точками.
Точно так же высота холмов дана над уровнем моря (то есть мера простирается между поверхностью морской воды и вершиной горы) или относительно другой точки, например города, расположенного у его подножия. В обоих случаях это одинаковые высокие части, но измеренные по-разному.
То же самое с напряжением: измеренное относительно одной точки в схеме будет иметь одно значение, а относительно другой – другое значение. Поэтому электроника приняла существование так называемой массы, то есть точки, от которой измеряем все напряжения. Мы измеряем их с помощью вольтметра, подключенного параллельно цепи к источнику напряжения.
Напряжение может существовать и “само по себе”. Например покупаем батарейку 1,5 В и она имеет напряжение, близкое к номинальному напряжению между клеммами. Если оставим её лежать в шкафу, напряжение на контактах батареи будет оставаться таким-же через несколько дней, месяцев или даже лет. Со временем конечно напряжение будет уменьшаться в результате химических процессов, происходящих внутри ячейки.
Сила тока
Ток, его интенсивность указывается в амперах, пишется [A]. Это результат действия напряжения: как только две группы зарядов смогут взаимодействовать друг с другом через какой-то путь, сила тока будет описывать, как быстро они это делают. То есть сила электрического тока – это количество зарядов, протекающих по цепи в секунду. Тем не менее, никто не считает отдельные электроны, физики изобрели несколько методов для облегчения этого дела.
Ток определяется в одной точке цепи: в проводе, резисторе, аккумуляторе и так далее. Мы измеряем его с помощью амперметра, подключенного последовательно в цепи – на время измерения он имитирует кусок провода (но амперметр имеет ненулевое сопротивление, которое иногда следует принимать во внимание).
Сопротивление
Закон Ома связывает ток и напряжение в еще один элемент – сопротивление. Именно это сопротивление является путем, по которому группы зарядов могут перемещаться с одной стороны на другую. Чем оно больше, тем уже этот путь, поэтому поток медленнее (меньший ток). Единица сопротивления – Ом.
При вычислении напряжение обычно обозначают как U, ток как I, а сопротивление R. Если хотим выразить соотношение между этими переменными, то будем использовать закон Ома, а именно:
U = I * R
Например, на резисторе 100 Ом, через который протекает ток 0,1 А, будет падение напряжения:
0,1 А * 100 Ом = 10 В
Мощность
Электричество выражается в ваттах, единица измерения [Вт]. Чтобы объяснить суть, обратимся к физическому определению: это работа, выполненная за единицу времени. Таким образом, его можно рассматривать как скорость потока энергии, которая передается схеме источниками или извлекается из нее потребителями.
Ключевое слово «за единицу времени». Благодаря этому некоторые элементы способны передавать мощность в десятки киловатт, но это происходит всего за несколько микросекунд. Энергия выделяемая в это время настолько мала, что корпус элемента даже не нагревается.
В расчетах переменная для мощности обычно упоминается как P, можем соотнести мощность в электрических цепях с напряжением и током через такую формулу:
P = U * I
Используя закон Ома, можем легко преобразовать формулу в зависимость от тока и сопротивления:
P = I2 * R
Так на резисторе 100 Ом, через который протекает 0,1 А, будет выделяться мощность (в виде тепла):
0,1A * 0,1A * 100 Ом = 1 Вт
Преобразовав формулы вы можете рассчитать любой ток, например протекающий через нить накала автомобильной лампы.
На бытовых счетчиках электроэнергии есть надпись «кВт-ч» , или киловатт-час, и теперь вы знаете, что для использования энергии 1 кВт / ч необходимо подключить потребитель мощностью 1000 Вт (1 кВт) в течение часа или, например, лампочку 100 Вт в течение 10 часов.
Точно так же на аккумуляторных батареях или батареях имеется надпись, например 55 Ач, то есть теоретически емкость заряженной батареи позволяет потреблять, например, ток 1 А в течение 55 часов. А надпись на батарейке 3 Втч означает, что теоретически, 3 Вт можно получить в течение часа.
Вообще ампер-час как единица измерения давно используется для семейств АКБ с фиксированным напряжением, например, бортовых аккумуляторов в легковых автомобилях.
На заметку: свинцово-кислотная батарея предпочитает периодические нагрузки постоянному сильному разряду. Периоды отдыха позволяют батарее изменить химическую реакцию и предотвратить истощение. Вот почему свинцовая кислота хорошо работает в пусковом устройстве с короткими нагрузками в сотни ампер и достаточным временем для перезарядки между ними.
Закон Пейкерта
Для кислотных батарей действует так называемый Закон Пейкерта, который определяет зависимость доступной емкости от тока, потребляемого от ячейки. Проще говоря, чем больше тока потребляем, тем меньше эффективная мощность.
Закон Пейкерта учитывает внутреннее сопротивление и скорость восстановления батареи. Значение, близкое к единице, указывает на хорошо работающую батарею с хорошей эффективностью и минимальными потерями; большее число отражает менее эффективную батарею. Закон Пейкерта экспоненциальный – показания для свинцовой кислотной находятся в диапазоне от 1,3 до 1,5 и увеличиваются с возрастом. Температура также влияет на показания. Рисунок иллюстрирует доступную мощность в зависимости от ампер, рассчитанных с различными значениями рейтинга Пейкерта.
Например, свинцово-кислотная батарея емкостью 120 Ач, разряжаемая при 15 А, должна работать 8 часов (120 Ач делится на 15 А). Неэффективность, вызванная эффектом Пейкерта, сокращает время разряда. Чтобы рассчитать фактическую продолжительность разряда, разделите время на показатель Пейкерта, который в этом примере равен 1,3. Как видите деление времени разряда на 1,3 сокращает продолжительность с 8 до 6,15 часов.
И в продолжение темы ещё одна интересная статья по вопросу правильного выбора напряжения заряда автомобильных АКБ и возможности использовать для этого подручные БП.
Нужно ли гнаться за большой ёмкостью автомобильного аккумулятора
Объясняем, почему самая ёмкая и дорогая батарея далеко не всегда является лучшим выбором.
Автомобильный аккумулятор – расходник, подлежащий замене всего через несколько лет после покупки автомобиля. Когда батарея выходит из строя, перед автолюбителями встаёт непраздный вопрос – что выбрать взамен и как на этом не погореть. Самое простое, и, пожалуй, правильное, — купить и установить аналогичную по ёмкости батарею. Однако этим путём идут далеко не все.
Искушение поступить по-своему велико, ведь в продаже имеется множество идентичных по физическим размерам, но иных по ёмкости аккумуляторов. Любой из них вполне можно применить, достаточно соблюсти полярность. И всё же, нюансы есть.
Ёмкость – это главный параметр батареи, пренебрегать которым не стоит. Он измеряется в Ампер-часах и показывает, сколько часов аккумулятор может выдавать напряжение в 12 Вольт при силе тока 1 Ампер. Иными словами, чем больше ёмкость, тем сложнее её полностью истратить, и наоборот.
На практике большая ёмкость батареи сулит вам возможность гораздо дольше крутить стартер автомобиля, слушать музыку или подсвечивать палатку ночью при выключенном двигателе. Именно она спасает водителей при неуверенном запуске мотора в период экстремально низких зимних температур. От неё же зависит, как далеко вы сможете двигаться своим ходом при перебоях в работе или полном отказе автомобильного генератора. Внушительный список, не правда ли?!
А как отреагирует бортовая сеть автомобиля, генератор и стартер на увеличение или уменьшение ёмкости батареи. Ответ прост – никак!
Больше всего энергии, как известно, тратится во время запуска двигателя. Стартер высасывает одинаковое её количество как при пуске от большой по ёмкости батареи, так и от меньшей. А значит, и на подзарядку условных батарей генератору потребуется одно и то же время. Нагрузка на этот узел при увеличении или уменьшении ёмкости аккумулятора не возрастает и не уменьшается.
К слову, современный генератор на всех машинах работает совершенно одинаково, и ему глубоко плевать на ёмкость аккумулятора. Работа агрегата зависит исключительно от текущего уровня потребления в бортовой сети. Чем больше задействовано потребителей, тем больше он вынужден вырабатывать энергии. При этом ток, потребляемый аккумулятором во время подзарядки, в десятки раз ниже того, что может выдавать исправный генератор.
А как же стартер? Нагрузка на него зависит исключительно от того, как долго автомобилист крутит моторчик во время пуска. Чем больше ёмкость батареи, тем дольше можно насиловать этот агрегат – вероятность спалить его резко увеличивается.