Технические характеристики автомобильных аккумуляторов

Устройство автомобильного аккумулятора настолько примитивно, что найти в нем какие-то нюансы трудно. Тем не менее, даже простое варьирование площади пластин и их состава может обеспечить двум внешне одинаковым аккумуляторным батареям значительную разницу в эксплуатационных качествах, а неправильный выбор может изрядно попортить нервы, особенно зимой.

Емкость аккумулятора

Тут все очевидно: емкость АКБ означает то количество энергии, которое он может запасти и отдать в нагрузку. Для удобства (так как напряжение автомобильных батарей стандартизировано) емкость обозначается в ампер-часах. То есть, в теории аккумулятор на 60 ампер-часов должен быть способен отдавать в течение часа ток 60 ампер, 120 ампер – в течение получаса, и так далее. Однако на практике реальная емкость аккумуляторной батареи сильно зависит от потребляемого тока: чем он больше, тем меньше емкость. Поэтому при установке аккумулятора с небольшой емкостью он оказывается неспособен уверенно проворачивать стартер зимой, даже если номинальный ток холодной прокрутки у аккумулятора соответствует потребляемому стартером.

При исследованиях реального разряда аккумулятора была выведена простая формула – при произвольном токе разряда емкость равна произведению номинальной емкости на отношение номинального тока разряда к текущему, возведенное в степень p-1, где p – это число Пейкерта для конкретного АКБ (1,15-1,35 для свинцово-кислотных батарей). Номинальная же емкость рассчитывается по циклу длительного разряда малым током (10 или 20 часов). Приведем пару примеров для аккумулятора на 60 ампер-часов при самом пессимистичном значении p:

• при разряде током 10 ампер (скажем, не выключены фары) емкость батареи составит 60*(3/10)1,15-1=50 ампер-часов, или 5 часов работы до полного разряда. 3 — это номинальный ток разряда по 20-часовому циклу, 60/20=3;
•  при разряде током в 100 ампер (включен стартер) емкость составит уже 35 ампер-часов (!), упав почти вдвое, и такая нагрузка даже полностью заряженный аккумулятор «высосет» за 21 минуту Узнайте как сделать самому устройство для  зарядки аккумулятора.

Причем это время вновь теоретическое, при таких нагрузках реальное падение емкости гораздо больше, так как химические реакции на поверхностях пластин замедляются – электролит рядом с ними теряет плотность быстрее, чем в общем объеме.
Таким образом, можно логично заключить, что, чем больше номинальная емкость батареи, тем дольше она сможет работать именно при стартерной нагрузке. Особенно это критично для автомобилей, где из-за компоновочных соображений устанавливаются компактные аккумуляторы, имеющие небольшую емкость – тут установка AGM или гелевой батареи, имеющих более высокую удельную емкость, сможет стать решением многих зимних проблем.
Зависимость времени разряда при высоких нагрузках и номинальной емкости нелинейна, что демонстрирует график:

Как оценить емкость аккумулятора? Этот вопрос может стать интересен, когда батарея уже проработала несколько лет. Самый простой способ – это использование цифрового тестера аккумуляторов – такие приборы позволяют быстро рассчитать реальную емкость АКБ исходя из ее номинальных параметров, но подобные приборы недешевы.

В «домашних условиях» проще всего имитировать измерение емкости длительной нагрузкой – полностью зарядив батарею, подключаем к ней любой потребитель, потребляющий ток около 1/10 от числового значения емкости (т.е. для 65-амперного аккумулятора нужна нагрузка 6,5 А, или 78 Вт) и засечь время, за которое напряжение на клеммах батареи упадет до 10,8 В. Произведение тока нагрузки и времени и даст нам величину емкости. К примеру, 65-ваттная лампа (как самая доступная нагрузка близкого токопотребления) высаживала аккумулятор 6 часов, следовательно, его емкость можно считать равной 32,5 А*ч.

Видео: Как восстановить емкость и токоотдачу полностью убитого авто аккумулятора

Емкость и время заряда

Существует распространенное мнение, что при установке на автомобиль батареи с большей номинальной емкостью, чем штатная, она будет постоянно недозаряжаться. Обосновывают это тем, что генератор не сможет отдать нужный ток. Однако так ли это?

Возьмем два полностью заряженных аккумулятора. Выше мы уже привели пример того, насколько сильно упадет емкость в момент запуска мотора – то есть на самом деле АКБ с большей номинальной емкостью не просто увереннее запустит двигатель, но и потеряет при этом меньше энергии, менее емкий аккумулятор после старта придется заряжать дольше.

Что же до возможностей генератора, то на автомобилях даже в компакт-классе 80-90 ампер номинала не редкость. Даже с учетом того, что такой ток генератор сможет отдавать только при высоких оборотах, в городском цикле движения его возможностей достаточно для восстановления заряда батареи.

Резервная емкость АКБ

Так как указываемая на корпусе аккумулятора емкость мало связана с реальными условиями эксплуатации, как мы уже выяснили, применяется еще одна характеристика – емкость резервная, которая независимо от прочих параметров АКБ измеряется при разряде батареи фиксированным током 25 А до напряжения 10,5 В при комнатной температуре. Иначе говоря, условия испытания на резервную емкость моделируют ситуацию, когда на остановленном моторе включены потребители (фары, габаритные огни и так далее), и определяется время, в течение которого аккумулятор сохранит возможность поддержания их работы – например, если в дороге отказал генератор. Именно поэтому, несмотря на само слово «емкость» в составе термина, измеряется она не в ампер-часах, а в минутах.

Ток холодной прокрутки

Для стартерного аккумулятора, в отличие от тягового, не менее важен и максимальный ток, который он может отдавать в течение короткого времени. Для сравнения аккумуляторов между собой служат несколько стандартов измерения:
1. EN: аккумулятор, охлажденный до температуры -18°, разряжается до напряжения 7,5 В за 10 секунд.
2. SAE: при той же температуре разряд идет 30 секунд и до напряжения 7,2 В.
3. DIN: напряжение должно за 30- секунд снизиться до 9 В.

Видео: Как и какой выбрать аккумулятор для автомобиля. Просто о сложном

Как видно, наиболее жестким стандартом измерения является DIN, аналогичный отечественному ГОСТ 959-91. EN же легче всех – тест короче, а допустимое снижение напряжения максимально. Поскольку кривая токоотдачи у аккумуляторов нелинейна, можно обнаружить, что два аккумулятора с равным током холодной прокрутки по EN будут иметь разный ток холодной прокрутки по DIN.
При выборе аккумулятора это соотношение может представлять интерес – увеличение тока по DIN при одинаковом токе по EN однозначно указывает на то, что на морозе эта батарея сможет дольше проворачивать стартер.

Казалось бы, зачем гнаться за максимальным стартерным током, если для обычно применяемых на автомобилях стартеров с мощностью 0,8-1 кВт достаточно 70-90 ампер? Дело в том, что номинальная мощность стартера рассчитывается по тому потреблению тока, что соответствует установившимся оборотам при заданной нагрузке на вал. В момент же запуска ток может возрасти во много раз, так как напряжение на обмотки подается практически одновременно с зацеплением бендикса, и на рабочие обороты он должен выходить под нагрузкой. Чем холоднее мотор, тем дольше стартер выходит на рабочие обороты, и тем больший ток он потребляет до этого момента.

Вес аккумулятора и его ресурс

В различных тестах АКБ среди прочих параметров обязательно сравнивается и их вес. В чем смысл этого? Ответ прост: при работе батареи медленно, но неотвратимо происходит разрушение пластин – каждый цикл разряда, и особенно глубокого, приводит к образованию на пластинах кристаллов сульфата свинца. Часть из них растворяется при зарядке, но часть остается, со временем осыпаясь. Проще говоря, со временем масса пластин падает, падает и их прочность. В один «прекрасный» момент под воздействием тряски пластина может разрушиться, приведя батарею в негодность. Следовательно, чем больше масса пластин, тем дольше сможет проходить их разрушение, и определенную зависимость «ресурс-вес» можно считать существующей.

Так как для увеличения емкости необходимо увеличивать площадь пластин в каждой банке, их приходится делать достаточно тонкими. Поэтому в аккумуляторах с большей массой толщина пластин в наборе может серьезно отличаться от более легких, что, в свою очередь, обеспечит меньшие просадки напряжения под стартерной нагрузкой: больше сечение – меньше сопротивление.
Заключим: из двух аккумуляторов с равными электрическими параметрами предпочтительнее тот, что больше весит.

Однако справедливо это заключение в первую очередь для обслуживаемых свинцово-кислотных аккумуляторов, где возможность поддержания нужной плотности и уровня электролита позволяет поддерживать стабильность характеристик. Но в необслуживаемых кальциевых аккумуляторах такой возможности нет, и со временем плотность и уровень электролита отклоняются от номинальных настолько, что аккумулятор становится малопригодным для эксплуатации, хотя его пластины могут быть целы.