Устройство, характеристики и преимущества гибридных автомобильных аккумуляторов

Автомобильные аккумуляторы насчитывают в своей истории не один десяток лет. Первый прототип современного был собран в 1859 году. Его создал физик Планте (Франция). Серийная сборка свинцово-кислотных батарей была организована в 1890 году, а примерно через десять лет их стали активно использовать на автомобильной технике. С тех пор конструкция аккумуляторов менялась незначительно. Но за прошедшие пару десятилетий в развитии и совершенствовании аккумуляторов произошёл значительный прогресс.

Ускорившееся развитие во многом подтолкнули решения об ужесточении требований к . Изменения коснулись требований к пусковому току, весу АКБ, расходу воды и т. п. Производители были вынуждены решать эти задачи и в результате появились новые технологии. Поскольку в принципиальном устройстве что-то изменить было сложно, создатели аккумуляторов стали совершенствовать состав и конструкцию электродов. Прежде чем перейти непосредственно к гибридным АКБ, рассмотрим путь их совершенствования.

Сурьмянистые

Первыми АКБ с легирующими добавками были сурьмянистые. Как понятно из названия, в состав свинцовых пластин добавлялась сурьма. Токоотводы для таких АКБ изготавливаются по литейной технологии при высокой температуре. Эта разновидность аккумуляторов больше всего подвержена выкипанию воды из электролита, саморазряду и сульфатации. Зато они довольно устойчивы к глубокому разряду и стоят недорого. Сурьмянистые аккумуляторные батареи получили широкое распространение и остаются главенствующими на рынке до сих пор. Но постепенно стали появляться более современные модели, не имеющие указанных недостатков.

Кальциевые

В этих моделях производители применили кальций в качестве легирующего компонента свинцовых пластин, а также усовершенствовали саму технологию их производства. В этом случае пластины электродов выполняются посредством просечки цельной ленты. После того её растягивают и формируется ячеистая конструкция. Ленту получают литьём при низкой температуре.

Новая технология даёт возможность выпускать электроды меньшей толщины и массы. Благодаря отсутствию перегрева увеличилась прочность пластин.

Особенно это важно для жилок решётки, которые стали менее хрупкими и подверженными коррозийным процессам. Немаловажно, что электроды стали чище по своему химическому составу. Это снизило саморазряд автомобильных аккумуляторных батарей при хранении. Технология получила название ExMET (Expanded Metal).

Вместе с этими улучшениями было модернизировано и производство автомобильных аккумуляторов. В одном технологическом цикле с электродами готовилась паста. Выполнялось пастирование, подсушка, а также формирование групп токоотводов. При нанесении намазки был предпринят ряд технологических мер, который исключал их слипание. Производство было в значительной степени автоматизировано и улучшена его экологическая сторона.

Недостатки

Критичен глубокий разряд. После двух-трёх глубоких разрядов автомобильный аккумулятор может отправиться на свалку ;
Кальциевые батареи довольно требовательны к характеристикам бортовой сети автомобиля (требуют стабильности).

После разработки кальциевых аккумуляторов производители стали думать над тем, чтобы при сохранении их плюсов, избавиться от их минусов. Так появились гибридные автомобильные аккумуляторы.

Гибридные

Гибридные аккумуляторные батареи совместили в себе низкий саморазряд и отсутствие необходимости в обслуживании. При этом была решена проблема глубокой разрядки. Этот момент особенно важен для тех, кто часто оставляет автомобиль простаивать. Гибридные аккумуляторы часто обозначаются производителями, как выпущенные по технологии Calcium Plus или Ca+.

Пластины с положительным зарядом у гибридного аккумулятора производится из свинца с добавкой сурьмы. Отрицательный электрод производится из сплава свинца с кальцием.

В результате совмещаются преимущества двух технологий и устраняются их недостатки. Положительный электрод из свинцово-сурьмянистого сплава даёт устойчивость к глубокому разряду, а отрицательный электрод с кальцием снижает саморазряд и выкипание воды из электролита.

При производстве отрицательного электрода была использована технология ExMET (Expanded Metal), о которой упоминалось выше. Она обеспечивает более жёсткую структуру пластин, снижает коррозию и обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики гибридных аккумуляторов.

Кальциевые и гибридные аккумуляторы ещё не настолько сильно распространены, как сурьмянистые, но постепенно они завоёвывают место на рынке. Пока их массовое использование тормозится достаточно высоким ценником.

При выборе гибридного аккумулятора стоит помнить о некоторых моментах, связанных с их маркировкой. В ней для таких автомобильных аккумуляторов отражается расход воды. Маркируется он следующим образом:

Буква N в конце маркировки говорит о нормальном расходе воды;
L – малый расход воды;
VL – очень малый расход;
VRLA – аккумулятор имеет регулирующий клапан.

Преимущества

Низкий расход воды. Благодаря новой технологии практически устранён процесс электролитического разложения воды и снижение уровня электролита. В результате гибридный аккумулятор практически не требует внимания со стороны владельца;
Низкий саморазряд. За счёт новой технологии производства отрицательного электрода и добавления кальция проблема саморазряда была минимизирована;
Высокий стартерный ток. Этого удалось добиться благодаря использованию свинцово-кальциевых отрицательных пластин и улучшения сцепления активной массы с их поверхностью. Причём в процессе производства на пластины сразу наносится обмазка. В результате отсутствует окисление пластин при хранении и достигаются высокие значения токоотдачи;
Устойчивость к глубокому разряду. В гибридных аккумуляторах, сделанных по технологии Calcium Plus, удалось избежать проблемы с глубоким разрядом, существующей в случае АКБ Ca-Ca. Благодаря использованию свинцово-сурьмянистого положительного электрода чувствительность кальциевых автомобильных батарей к глубокому разряду удалось существенно снизить.

Аккумулятор это обязательная деталь любого автомобиля. Работая в жёстких условиях повышенной вибрации, такие устройства подлежат замене значительно раньше многих узлов и агрегатов машины. Чтобы максимально увеличить срок эксплуатации, при производстве батарей применяются новейшие технологии.

Кальциевые автомобильные аккумуляторы являются результатом таких усовершенствований, поэтому использование подобной технологии позволяет существенно упростить обслуживание и снизить периодичность замены.

Содрежание

Что такое кальциевый аккумулятор

Аккумуляторы CA/CA являются обычными свинцовыми батареями, пластины которых легированы кальцием. Этого металла совсем немного, но даже при концентрации около 0,1%, удаётся добиться более высоких эксплуатационных качеств устройства накопления энергии.

Кроме кальция, при производстве этого типа АКБ, может добавляться серебро. Несмотря на более высокую стоимость кальциевых батарей с серебром удаётся существенно уменьшить процесс образования сульфатов на поверхности пластин. Тем самым значительно увеличив эксплуатационный срок службы.

Используемые технологии

Технологический процесс производства кальциевых АКБ имеет существенные отличия от способа изготовления батарей легированных сурьмой. Прежде всего, пришлось отказаться при формировании свинцовых пластин от способа литья, по причине выгорания кальция в процессе расплавления металла.

Легированные кальцием пластины изготавливают способом штамповки. Это позволяет полностью исключить вероятность испарения металла. Принцип работы не отличается от обычного устройства, пластины которого обогащены сурьмой, но для эффективной зарядки АКБ потребуется использовать ЗУ с более высоким напряжением.

Плюсы и минусы

Кальциевые аккумуляторы имеют как положительные характеристики, так и существенные недостатки.

К плюсам этого вида накопителей электроэнергии относятся:

Более длительный срок эксплуатации.
Крайне низкий уровень саморазряда.
Существенно снижен уровень электролиза воды.
Пластины более устойчивы к механическим нагрузкам.
Низкий уровень внутренней коррозии.
Выдерживают длительный перезаряд.
Более высокий ток холодной прокрутки.
Большая часть АКБ с добавлением кальция выпускается полностью необслуживаемыми.

К недостаткам кальциевых батарей можно отнести:

При частых глубоких разрядах батарея со временем полностью выйдет из строя.
Из-за использования более сложного процесса производства, розничная стоимость аккумуляторов значительно выше батарей изготовленных по традиционной методике.
При длительном простое или при использовании батареи с постоянным недозарядом снижается срок службы.

Несмотря на более высокую стоимость, при бережной эксплуатации, удаётся значительно сэкономить деньги за счёт увеличения срока службы изделия до 8 – 9 лет. Если приобретается необслуживаемая модель, то временные затраты на обслуживание АКБ сводятся только к периодической подзарядке.

Чем отличаются кальциевые АКБ от других

Основные отличия кальциевых АКБ от других моделей заключаются в следующем:

Более высокая ёмкость батареи при одинаковом весе.
Снижено внутреннее сопротивление, что позволяет добиться большей мощности разряда во время пуска двигателя.
Выдерживают кратковременное повышение зарядного тока более 16 В.
Стоят дешевле по сравнению с гелевыми батареями.
Стоят дороже гибридных и сурьмянистых аккумуляторов.

Где применяются кальциевые аккумуляторы

Кальциевые АКБ используются в качестве стартовых батарей в легковых и грузовых автомобилях. Если этот тип батареи выполнен необслуживаемым, то их можно использовать в качестве накопительного устройства в мощных источниках бесперебойного питания.

При использовании этого типа аккумулятора в самодельных инверторных установках следует обязательно устанавливать предохранительную систему, которая позволит автоматически отключить батарею при значительном разряде.

Обслуживание кальциевых аккумуляторов

Если приобретается обслуживаемый кальциевый аккумулятор, то основной уход за батареей будет заключаться в своевременном добавлении воды. Для этого, в обслуживаемых устройства достаточно снять крышку или открутить заливные пробки. Следует заметить, что в сравнении с обычными аккумуляторами выполнять подобные действия потребуется не так часто. Испарение воды в батареях этого типа осуществляется очень медленно, поэтому только в летнее время следует уделять проверке уровня электролита повышенное внимание.

В случае, когда CA/CA АКБ длительное время не использовалась, то потребуется дополнительная подзарядка аккумулятора с применением устройства работающих от электрической сети. Также может возникнуть необходимость восполнить потерю электричества, когда автомобиль использовался в ночное время при невысоких оборотах двигателя.

Если вовремя осуществлять, долив дистиллированной воды и правильно подзаряжать батарею этого типа, то такое обслуживание положительно скажется на сроке эксплуатации изделия.

Срок службы

Гарантийный срок эксплуатации кальциевых АКБ составляет 5 лет. При бережном обращении, которое, прежде всего, заключается в отсутствие глубоких разрядов, возможно использование батареи с сохранённым уровнем пускового тока в течение 8 – 10 лет.

При ненадлежащей эксплуатации, срок службы с даты выпуска может не превысить и 1 года, при этом если в розничной сети аккумулятор был реализован в исправном виде, то покупателю может быть отказано в возмещении убытков, если будет доказано, что неисправность вызвана нарушением правил эксплуатации.

Как подобрать ЗУ

Обычными зарядными устройствами восстановить ёмкость кальциевого аккумулятора на 100% не получится. Для качественной зарядки необходимо напряжение в пределах 16 – 16,5 В. Также для активации процесса рекомендуется приобрести устройства позволяющее осуществлять переменную зарядку и разрядку батареи в определённой последовательности.

Видео: Как правильно заряжать кальциевый аккумулятор

Как заряжать кальциевый аккумулятор

Если заряжать кальциевый АКБ приходится регулируемым устройством, то необходимо установить напряжение около 16 В и ток равный 10% ёмкости аккумулятора. После 10 часовой зарядки в таком режиме работоспособность батареи будет восстановлена в полном объёме.

При использовании автоматического устройства, для осуществления зарядки достаточно подключить аккумулятор, соблюдая полярность. При значительной рекомендуется включать тренировочный режим на зарядном устройстве, при наличии такой функции.

Как восстанавливать кальциевый аккумулятор

Если батарея разрядился более чем на 50%, это может привести к значительным потерям ёмкости. При возникновении подобной ситуации необходимо незамедлительно произвести восстановление АКБ. Для этой цели следует подготовить зарядное устройство, напряжение которого можно регулировать. Как уже было сказано выше, для зарядки кальциевых батарей необходимо устройство напряжением не менее 16 В.

Производится ремонт аккумулятора в следующей последовательности:

Заряжать батарею в течение 24 часов током 0,1 А.
Затем продолжить зарядку в течение суток током 0,05 А.
Продолжить зарядку в течение 1 – 2 суток током 1 А.

Таким образом можно полностью восстановить кальциевый АКБ при однократной глубокой разрядке. Если процедура выполняется зимой, то в помещении температура должна быть не менее +20 градусов. Также необходимо следить за температурой электролита, которая не должна быть выше 55 – 60 градусов Цельсия.

Сегодня практически 90 % процентов акб на российском рынки кальциевые, Ибо аккумуляторы (Pb+Sb) сюрьма - это технология прошлого.

Сурьмяные аккумуляторы сильно подвержены саморазряду. Неэкологичны. Требует к себе повышенного внимание. необходимо контролировать и доливать воду.

Большой плюс сурьмяных аккумуляторов в отличии от кальциевых в том, что они не боятся глубоких разрядов, их легко зарядить даже при
плотности электролита практически "до воды". В них много свинца, если их обслуживать они не плохо подходят для сурового климата.
На российским рынки не плохие сурьмянистые аккумуляторы представлены

- Плюсы кальциевых аккумуляторов Са+

Плюсов у кальциевой технологии много и они весьма существенны. Некоторые из них:
- Свинцовые пластины становятся крепкими, и батарея приобретает очень важное свойство –
виброустойчивость.

Кальций уменьшает процесс "выкипания" воды из электролита. У многих кальциевых моделей
АКБ вообще не предусмотрены отверстия для долива воды.

Кальций в свинце защищает батарею от перезаряда. Кальциевые батареи выдерживают
повышенные напряжения бортовой сети до 14,8В.

Легированные кальцием свинцовые пластины хорошо защищены от коррозии.

Кальциевая технология позволяет пластины делать более тонкими, благодаря чему количество
их увеличивается.

Стоимость кальциевых батарей ниже, чем гибридных, AGM, гелевых.

Низкий саморазряд.

- Минус кальциевых аккумулятор Са+

нельзя глубоко разряжать . Причиной выхода из строя аккумулятора может стать, например, глубокий разряд, вызванный оставленными на ночь включенными потребителями и т.д. или более стоянкой более 14 дней. И все нужно покупать новый
сравнительно небольшой срок службы таких аккумуляторов. Связано это в первую очередь, с малым количеством свинца в батарее. Электроды довольно тонкие, при этом основная нагрузка приходится на положительные электроды, и именно их быстрый износ является причиной потери работоспособности данных батарей. Теоретически такие батареи должны служить не менее 4-5 лет.

Кальциевые АКБ созданы спокойно переносить перезаряд при дальних путешествиях, но глубокие
разряды - противопоказаны: для них важно быть постоянно заряженными. Разряжать Сa/Сa
ниже границы чем 70% заряда не рекомендуется. Кальциевые батареи, пережившие хотя бы 1
полный разряд (ниже 10,8 В), теряют до 50% своей емкости!

Среди кальциевых батарей хотели бы выделить самые качественные.

1. место это ЮжноКарейские аккумуляторы

Безусловно среди них стоит выделить таких производителей как , , , , и многие другие совсем не отстают. Качество этих аккумуляторов всегда остается на высоте, процент брака минимален, а срок службы как правило превышает европейские аналоги, и порой очень серьезно. Реальные характеристики у Корейских аккумуляторов всегда выше, чем заявляют производители.

Аккумулятор. А вот если ее нет с аккумулятором, то у пользователя возникает очень много
вопросов:, например: «как правильно зарядить кальциевый аккумулятор? », и мы постараемся на
него ответить!!!
Как правило, кальциевые аккумуляторы необходимо заряжать до 14,5В, если это не возбраняется
производителем, только не думайте, что выставив на зарядном устройстве с ручной регулировкой
напряжения и силы тока 14,5В и ток эквивалентный до 10% от емкости батареи все пройдет как по
маслу. Скорее вы очень быстро вскипятите батарею и придется ее нести в утиль.
Даже зарядные устройства, которые проводят десульфатацию при 14,5В или 18В (как optiaae) на
начальном этапе, делают это бережно, учитывая температуру батареи, а также время такого этапа
строго ограничено во избежании кипения и выпаривания электролита .

Технологии АКБ.

При описании преимуществ АКБ (аккумуляторная батарея) мы часто слышим такие выражения: «кальциевая технология», «гибридная технология» и другие. В этой статье вы сможете познакомиться с некоторыми технологиями производства АКБ. И в зависимости от потребностей и особенностей эксплуатации вашего автомобиля сможете сами решить, какая технологий является преимуществом именно в вашем случае.

Все рассмотренные технологии ниже связаны с тем или иным легирующим компонентом, который добавляют в свинец для достижения определенных свойств.

Сурьмянистая технология (Pb / Sb).

Эта технология считается одной из первых. При производстве АКБ сурьму начали добавлять в свинцовый сплав для усиления прочности, так как при сильных вибрациях нелегированный свинцовый сплав разрушался.

Технология легирование свинца сурьмой усилила прочность этого сплава, что позволило в принципе применять АКБ в автомобилях.

Имея низкую стоимость и относительную стойкость к глубоким разрядам, эта технология обладает рядом недостатков:

Процесс электролиза, при котором вода «распадается» на водород и кислород, который начинает негативно влиять на положительные пластины, окисляя их. Что значительно уменьшает срок службы АКБ.

Помимо этого при электролизе образуется гремучий газ (образуется при смешивании выделяемых из воды кислорода и водорода). Такой газ взрывоопасен и вреден для человека.

Эксплуатация сурьмянистой АКБ требует от автолюбителя и своевременного обслуживания. Связано это с тем, что вода постоянно испаряется, поэтому приходится следить за уровнем электролита и добавлять дистиллированную воду. При этом АКБ разряжается и требует периодического замера уровня заряда.

АКБ с быстрым саморазрядом требуют при хранении периодической подзарядки, а при эксплуатации в автомобиле негативно на заряде будут сказываться «простои» автомобиля. Также есть ограничения по дополнительному оборудованию в авто, потребляющим энергию.

Такая технология является уже устаревшей, и в ассортименте наших магазинов таких батарей давно нет.

Малосурьмянистая технология.

Технология сурьмянистого производства АКБ имела настолько много минусов, что заставило разработчиков принять решение о снижении содержания сурьмы в свинцовом сплаве. Так появилась малосурьмянистая технология, при которой в свинцовом сплаве снизили содержание сурьмы до 2%, а решение изначально важной задачи укреплении структуры сплава достигли добавлением других компонентов.

По сравнению с АКБ сурьмянистой технологии АКБ малосурьмянистой технологии стали более стойкими к саморазряду, более безопасными и менее требовательны к обслуживанию.

В наших магазинах, например, батарея Тюмень ( T yumen B attery) 3СТ-215 относится к малосурьмянистой технологии производства АКБ.

Кальциевая технология Ca/ Ca

Несмотря на снижение содержания легирующего элемента сурьмы до 2% основные минусы, в виде необходимости постоянного обслуживания АКБ, все же оставались. На смену этой технологии пришла кальциевая технология, при которой пластины стали изготавливать из свинцово-кальциевого сплава. Такие АКБ полностью решили проблемы сурьмянистой технологии в вопросе обслуживания, так как стали абсолютно необслуживаемые. Прочный кальциевый сплав исключает проблемы связанные с большим расходом воды. Благодаря низкому саморазряду хранить АКБ без подзарядки стало возможным достаточно долгий период более года в условии невысоких температур.

Кроме того заметно улучшились и конструкционные характеристики: пластины стали тоньше, решетку стало возможно изготавливать из цельного листа проката, а не отливать.

Итак, преимущества:

1) Низкий саморазряд.

2) Уменьшение массы АКБ.

3) Уменьшение испарений воды, необслуживаемые АКБ.

4) Устойчивость к перезарядам.

Но есть и минусы у этой технологии. АКБ кальциевой технологии не переносят глубокие разряды. Здесь следует понимать, что при глубоком разряде такой АКБ может значительно уменьшить свою ёмкость.

И еще один, не менее важный недостаток. Достигнув прочного свинцового сплава легированием кальция, мы отнесли к достоинствам его тонкие пластины и уменьшение веса АКБ. Действительно, при такой технологии свинца стало требоваться меньше, так как свинец в этом сплаве стал работать эффективнее. Но именно из-за малого количества свинца в пластинах и тонкости пластин работать этим конструкционным элементам приходится более чем активно. Основную нагрузку берут на себя положительные пластины.

У таких производителей как Титан (Titan) , Тубор (Tubor) , Banner положительные пластины литые, что очень положительно сказывается на срок службы батареи (5-6 лет).

В наших магазинах можно встретить кальциевые батареи таких брендов как Furukawa Battery , Topla и прочие.

Ca/ Ca + Silver

Это усовершенствованная кальциевая технология, при которой пластины электрода дополнительно легируются серебром. При этой технологии, также из плюсов 1) малая масса, габариты батареи при достаточно большой емкости, 2) низкая степень саморазряда, 3)еще лучше, чем кальциевая батарея, переносит циклы разряда-заряда, 4)и также практически не требуют обслуживания.

Технология хоть и смягчает недостатки кальциевой технологии, но полностью их не исключает.

В наших магазинах АКБ кальциевой технологии+ серебро представлены широкой линейкой: это и Тюменский медведь ( Ca / Ca Silver , и Титан ( Titan Euro Silver , Titan Arctic Silver , Titan Asia Silver , Atlas и другие.

Гибридная технология Sb/ Ca.

Учитывая недостатки и достоинства сурьмянистой и кальциевой технологий, производители решили частично использовать каждую технологию при производстве АКБ, взяв плюсы от одной и другой технологий, отсюда и название -гибридная.

Гибридной технологией называют свинцово-кальциевую технологию с добавлением сурьмы.

Технология заключается в том, что решетку положительного электрода изготавливают из мало сурьмянистого свинцового сплава (см. выше сурьма до 2%), а решетку отрицательного электрода изготавливают из свинцово кальциевого сплава. Положительная решетка в несколько раз толще, чем при кальциевой технологии, а значит, имеет достаточный запас свинца, что значительно повышает износостойкость. Эти пластины отливаются, а не «вырезаются» из прокатного листа, как мы ранее уже упоминали об этом. Благодаря такому исполнению положительного электрода срок службы АКБ гибридной технологии значительно увеличивается.

Также АКБ достаточное время может находиться без дополнительной зарядки. Аккумулятор гибридной технологии перестал быть таким чувствительным к глубоким разрядам. Он остается необслуживаемым. Но если есть необходимость, то автолюбитель может и долить воды. Свинца при данной технологии в батарее стало больше (примерно на 30%) , чем в кальциевой, это, безусловно, сказывается на цене, но увеличенный срок службы, неприхотливость в обслуживании и эксплуатации делает эту цену, безусловно, оправданной.

Итак, достоинства:

1) Увеличенное число циклов заряд-разряд.

2) Кальциевая пластина уменьшает выкипание.

3) Увеличенный срок службы АКБ.

В наших магазинах АКБ гибридной технологии представлены такими брендами как: T yumen B attery (г. Тюмень) , Tyumen BatBear (г. Тюмень) и другие.

В следующей статье рассмотрим следующий шаг эволюции производства аккумуляторов - аккумуляторы типа AGM, гелевые батареи и все возможные модификации Heavy duty, Heavy Duty Extra.