Как делают аккумуляторы для авто

Мало кто задумывается о состоянии аккумуляторной батареи (АКБ), да и вообще помнит о её наличии в машине ровно до тех пор, пока с ней не возникнут проблемы. Рассказываем, как устроены автомобильные аккумуляторы, для чего они нужны и какой покупать, если возникнет такая необходимость.

Как устроен и как работает аккумулятор

Для начала о терминах и названиях. В предыдущих абзацах мы уже использовали (и будем использовать дальше) несколько названий этого устройства — все они в ходу и считаются синонимами. Но с технической точки зрения наиболее верным будет самый полный вариант — аккумуляторная батарея. Потому что любая автомобильная АКБ — это несколько аккумуляторов (секций), заключённых в общий корпус и соединённых друг с другом последовательно. Эти секции в народе называют «банками», и в 12-вольтовой батарее легкового автомобиля их шесть.

Жаргонизм в данном случае верен по сути. Каждая аккумуляторная секция — это ёмкость, заполненная электролитом — жидкостью, молекулы которой могут распадаться на положительно и отрицательно заряженные ионы. В жидкость автомобильного аккумулятора погружены пластины – анод и катод. Если через них пустить электрический ток, то в «банке» стартует цепь химических реакций, образующих новые соединения. Так происходит заряд аккумулятора.

Когда к тем же катоду и аноду подключается потребитель электроэнергии, то процесс поворачивает вспять: возникает обратная химическая реакция с выделением электронов, совершающих полезную работу. Это если совсем «на пальцах» — в реальности процессы внутри батареи сложнее, но общий принцип не меняется.

Какими бывают аккумуляторы

Аккумуляторы принято разделять по типу электролита. Наиболее распространённые – кислотные, у них катод и анод помещены в водный раствор кислоты, чаще всего серной. Они лучше остальных подходят для автомобиля, потому что способны очень интенсивно (и быстро) разряжаться, выдавая большой электрический ток, который нужен стартеру для запуска ДВС.

Реже используются щелочные — на основе растворов с едкими натрием или калием. У них низкий саморазряд (потеря запасённой энергии без подключённых потребителей), но и слабый отдаваемый ток. Поэтому они применяются там, где нужна подпитка небольшими токами в течение длительного времени. Например, в качестве вспомогательной батареи для бортовой электроники или на мотоциклах, не оснащённых электростартером.

К щелочному типу относятся и многие разновидности аккумуляторов с порошковым или пастообразным наполнением вместо жидкого электролита — это позволяет делать их герметичными, компактными и относительно безопасными.

Последние веяния в автомобильной промышленности (и не только в ней) – это литиевые аккумуляторы. У них состав электролита может быть разным и довольно сложным. Более того, чаще всего это и не жидкость вовсе. Такие аккумуляторы пока очень дороги, однако по соотношению количества запасаемой энергии к размеру и весу батареи им равных нет. Именно поэтому они применяются в современных электромобилях в качестве тяговых батарей. А также в автоспорте — при небольших размерах они могут обеспечить автомобиль достаточным запасом электричества.

Про электромобили мы поговорим отдельно, а в этой статье будем рассматривать только стартерные свинцово-кислотные батареи, которые есть в 99,9% автомобилей с ДВС. Такой аккумулятор относительно дёшев и прост по конструкции — как и основные химические реакции, в нём протекающие между свинцом, водой и серной кислотой. Однако химический баланс в нём не всегда стабилен. Например, в процессе зарядки в виде промежуточных продуктов выделяются кислород и водород, которые способны банально улетучиваться из батареи. А при слишком интенсивном заряде и взорваться! С другой стороны, чрезмерно глубокий разряд, слишком большая пиковая нагрузка или долгий простой могут вызвать разрушение анода или катода.

Инженеры многие годы стараются нивелировать все недостатки кислотных аккумуляторов. Оптимизации подвергают практически всё – от расположения и материала электродов до конструкции корпуса батареи, улавливающего испарения газов. В зависимости от того, каким образом был улучшен «классический рецепт» аккумулятора, сегодня все автомобильные АКБ можно разделить на несколько типов.

Обслуживаемые. Возможно, в детстве вы видели на старом автомобиле вашего папы или дедушки аккумуляторную батарею чёрного цвета с выстроившимися в ряд круглыми пробками. Она была устроена именно так, как мы описывали выше – пакеты пластин анода и катода, корпус, залитый сверху чёрным же герметиком, свинцовые пластины, соединяющие выводы соседних банок. Такой аккумулятор требовал регулярной проверки уровня электролита, долива дистиллированной воды, исчезающей из-за разложения на водород и кислород, и… мойки, поскольку вместе с газами наружу прорывались и пары серной кислоты. Оседая на корпусе батареи, они провоцировали повышенный саморазряд. А с пластин постепенно, под действием вибраций, осыпался осадок (шлам), который мог закоротить анод с катодом. И хотя со временем обычные аккумуляторы были модернизированы (например, пластины стали помещать в специальные конверты, а соединения банок спрятали внутрь), срок их службы в среднем ограничивается 3–5 годами.

Малообслуживаемые. По мере эволюции автомобиля ему требуется всё больше электроэнергии для многочисленных систем и агрегатов — от электрического бензонасоса до подогрева лобового стекла. А значит, и заряжать аккумулятор надо интенсивнее. Но при этом и вода сильнее разлагается на газы.

Процессу образования Н2 и О2 способствует сурьма — вещество, которое добавляют в мягкий свинец, чтобы пластины из него обладали требуемой прочностью. Инженеры смогли улучшить конструкцию пластин так, что их стало возможно делать с меньшим содержанием сурьмы. На их основе начали выпускать малообслуживаемые стартерные батареи, получившие обозначение Sb/Sb.

Они почти не теряют воду — пробок у них, как правило, нет, но предохранительные клапаны на месте. Регулярной профилактики требуют даже лучшие «малосурьяминистые» батареи, но она, скорее всего, сведётся к мойке и проверке уровня. Воду не придётся подливать большую часть жизни аккумулятора, а прослужить он может лет семь, а то и больше.

Сегодня большинство АКБ на рынке относится именно к этому типу. Они вполне удовлетворяют требованиям для автомобилей, выпущенных в прошлые годы, подходят и для сегодняшних бюджетных моделей, не обременённых мощными потребителями электроэнергии.

Необслуживаемые. К батареям, вообще не требующим обслуживания, можно отнести АКБ с обозначением Ca/Ca — у них свинцовые решётки изготовлены с добавлением кальция. Эта технология почти исключила «выгорание» воды, понизила в разы степень саморазряда, сделала некритичным перезаряд. Но «кальциевые» батареи больше других страдают от глубокого разряда и после нескольких циклов истощения могут утратить ёмкость безвозвратно. Из-за этого они подходят только для установки на современные автомобили с защитой от глубокого разряда, не имеющих на борту устройств с постоянным повышенным энергопотреблением (например, спутниковых противоугонных комплексов).

Гибридные. Конструкция этих батарей — комбинация предыдущих двух. У гибридных АКБ пластины с кальцием стоят на отрицательном полюсе, а с добавлением сурьмы — на положительном. У этих батарей имеется своё обозначение — Ca/Sb или Calcium plus. Но часто они продаются без меток, поскольку пригодны для установки взамен стандартных АКБ. Они совмещают в себе достоинства других батарей: высокий стартерный ток, увеличенный ресурс, неприхотливость.

AGM-батареи. Когда на автомобилях стали массово внедрять старт/стоп, стартер-генераторы и системы рекуперации энергии торможения, сильно изменились и требования к АКБ. Чтобы батарея выдерживала частые запуски двигателя и мощные импульсы зарядки, инженеры придумали технологию Absorbent Glass Mat. В батареях с AGM свинцовые пластины (как правило, легированные кальцием и серебром) обёрнуты стеклянным микроволокном, которое пропитывается электролитом. Это способствует лучшему распределению химических составляющих и препятствует так называемому расслоению электролита. В итоге достигается отличное прохождение электронов и высокая устойчивость к переменным нагрузкам. В общем, AGM-батарея хороша всем, кроме высокой цены, и вполне подходит даже обычным автомобилям.

Гелиевые батареи. А вот этот тип аккумуляторов, тоже совсем не дешёвых, имеет специфическую область применения. Они отличаются от остальных густым электролитом-гелем. Батареи с обозначением GEL способны работать в условиях высоких вибраций и перегрузок, обслуживать мощных потребителей (читай: для применения на спорткарах и на тюнингованных автомобилях с многокиловаттными аудиосистемами). Но они очень притязательны к режиму зарядки и при этом не слишком долговечны — быстро «устают», теряя ёмкость.

EFB-батареи. Пожалуй, самая рациональная среди инновационных стартерных батарей. Технология Enhanced Flooded похожа на AGM: в аккумуляторах EFB между пластинами тоже помещается сепаратор из стекловолокна, а ещё – сетка из полиэстера, выполняющая те же функции, что и абсорбер в AGM (помогает удерживать химически активные вещества электролита в постоянном контакте с пластиной). Но в производстве такая батарея примерно на треть дешевле, что приближает её по цене к улучшенным кальциевым или гибридным АКБ.

Источник

Технологии производства автомобильных аккумуляторов

Существует несколько технологий производства автомобильных аккумуляторов.

Данный материал поможем Вам самостоятельно разобраться в существующих типах АКБ.

Если у Вас остались вопросы, или нужна помощь в подборе по параметрам, или марки и модели автомобиля, наши специалисты всегда рады помочь.

Звоните!

Сурьмянистая технология производства АКБ.

Технология производства автомобильных аккумуляторов, где для скрепления активного вещества используется сурьма. Легирование свинца сурьмой для повышения прочности позволило устанавливать аккумуляторы на автомобили, так как до этого свинец попросту вываливался из решеток электродов при тряске. Однако, существуют серьезные минусы данной технологии:

Наличие сурьмы в сплаве свинца приводит к началу электролиза воды уже при напряжении 12В и ЭДС (электродвижущей силы) 12,8 В. Электролиз — это ни что иное, как разложение воды на водород и кислород. Выделение кислорода ведет к интенсивному окислению положительных пластин. Как следствие, авто аккумуляторы, произведенные по сурьмянистой технологии, весьма недолговечны.

Самый важный минус, который чаще всего расстраивает автолюбителей — авто аккумуляторы, произведенные по сурьмянистой технологии, весьма требовательны к обслуживанию. Вода постоянно испаряется, необходимо постоянно следить за уровнем электролита и добавлять дистиллированную воду. Аккумулятор постоянно разряжается, необходимо постоянно проверять степень его заряженности и при необходимости подзаряжать.

При электролизе во время эксплуатации аккумулятора, кислород с водородом выделяются и тут же смешиваются друг с другом в газообразном состоянии, образуя гремучий газ, крайне взрывоопасный и вредный для здоровья человека.

Высокий саморазряд свинцово-кислотных аккумуляторов, произведенных по сурьмянистой технологии, не позволяет хранить авто аккумуляторы более месяца без подзарядки, а автомобиль с таким аккумулятором должен эксплуатироваться весьма интенсивно каждый день, чтобы успевать заряжать АКБ. Также есть существенные ограничения по установке дополнительного оборудования, потребляющего энергию.

Малосурьмянистая технология производства АКБ

Минусы сурьмянистых авто аккумуляторов были настолько велики, что подвигли разработчиков аккумуляторов на поиски решений, способных снизить количество необходиомй сурьмы в свинцовом сплаве. Благодаря усилиям немецких и других разработчиков авто аккумуляторов появилась Малосурьмянистая технология производства АКБ. Данная технология позволила добавлять в сплав свинца всего 2% сурьмы, укрепляя при этом структуру сплава другими более дорогими добавками. Авто аккумуляторы при этом стали гораздо более неприхотливыми в обслуживании, безопасными в эксплуатации, выносливыми и приспособленными к более длительному хранению.

Кальциевая технология производства АКБ

Производители всегда идут по пути усовершенствования процессов производства и внедрения новых технологий. Движущей силой этого прогресса являются две основные задачи любого производства: удешевление конечного продукта и при этом улучшение его потребительских свойств. Казалось бы, две взаимноисключающие задачи. Однако, кальциевая технология (вкупе с технологией просечки решеток из цельного листа проката) позволила решить эти две основные задачи. Благодаря тому, что пластины стали делать из свинцово-кальциевого сплава, АКБ стали абсолютно необслуживаемые (maintenance free), то есть не требующие доливки дистиллированной воды, так как кальций внутри сплава скрепляет структуру, исключая при этом электролиз и все минусы с ним связанные. Саморазряд в кальциевых батареях минимальный, то есть аккумулятор можно оставить на год в прохладном помещении в заряженном состоянии. Он практически не потеряет при этом эксплуатационных свойств, оставаясь без какого либо дополнительного обслуживания в течение этого периода. Но главный для производителя плюс данной технологии в том, что благодаря прочной структуре сплава, появилась возможность делать пластины гораздо тоньше обычных малосурьмянистых, и не отливать решетки пластин как раньше, а вырезать из цельного листа проката. Кальциевая технология производства авто аккумуляторов значительно снизила количество свинца внутри аккумулятора, но при этом весь свинец, что находится внутри, используется по максимуму. Себестоимость свинцово-кальциевого аккумулятора значительно ниже, такого же, но сделанного по другой технологии. Однако, у любой медали есть и оборотная сторона. Кальциевая технология принесла с собой и ряд минусов:

Кальциевые аккумуляторы не переносят глубокие разряды. То есть, покупая кальциевую АКБ, автолюбителю необходимо понимать, что есть достаточно большой риск ее глубоко разрядить и, как следствие, потерять. Ослабление натяжения ремня генератора; замыкание на корпус какой-либо электрики или электропроводящих материалов и деталей; забытые на ночь невыключенные энергопотребители; мощная сигнализация, охраняющая оставленную в течение недели или более автомашину; просто неинтенсивное использование автомобиля, тем более в зимнее время года. Эти и многие другие жизненные ситуации могут стать причиной выхода кальциевого аккумулятора из строя.

Второй немаловажный минус кальциевой технологии — короткий срок службы АКБ из-за малого количества свинца внутри. В кальциевых авто аккумуляторах нет запаса свинца, или другими словами дополнительной подушки. Пластины очень тонкие, но при этом весьма активные, использующие весь свой ресурс в процессе эксплуатации. Основную нагрузку при этом несут положительные пластины, их быстрый износ и является основной причиной быстрого выхода из строя кальциевых АКБ. Срок службы авто аккумулятора, сделанного по кальциевой технологии, не превышает 4-5 лет. А среднестатистическое значение этого показателя в нашей реальности вдвое ниже. Большинство кальциевых аккумуляторов служат своим владельцам не более 2-2,5 лет.

Гибридная технология производства АКБ

Добросовестные производители, дорожащие своим именем, традициями производства высококачественного и долговечного продукта, увидев минусы кальциевой технологии, так и не начали производить аккумуляторы по такой технологии. Они продолжили работу над созданием технологии, позволяющей взять все плюсы от предыдущих технологий и убрать все минусы предыдущих технологий. Конечно, на данном этапе во главу угла уже ставились иные задачи: не потерять преимущества низкой себестоимости и отсутствия электролиза кальциевой технологии, но избежать серьезных минусов кальциевых аккумуляторов. Немецкие разработчики создали и запатентовали технологию, назвав ее «Гибридная технология производства АКБ». Само название говорит о том, что в данной технологии собрано воедино всё лучшее из всех предыдущих технологий. Суть «Гибридной технологии производства АКБ» заключается в том, что все положительные пластины в гибридных АКБ производятся малосурьмянистыми. Решетка такой пластины отливается, а не высекается из цельного листа проката. При этом, такая решетка в два раза толще, чем кальциевая. На такую толстую решетку намазывается толстый слой активного вещества. Таким образом, положительные пластины в гибридных АКБ в два раза толще кальциевых, то есть они имеют достаточную подушку из свинца для долговечной работы. Благодаря этому срок службы гибридной АКБ увеличивается минимум вдвое. Такая АКБ значительно более выносливая к энергетическому «голоду» из-за неинтенсивной эксплуатации автомобиля или нехватки зарядного тока от генератора. Гибридный аккумулятор не боится глубоких разрядов, главное, чтобы он не находился в разряженном состоянии долгое время. Он абсолютно необслуживаемый, то есть при нормально работающем электрооборудовании автомобиля, в такой аккумулятор не требуется доливка дистиллированной воды. Однако в экстренных ситуациях всегда можно зарядить, долить воды, измерить плотность электролита, проверить все показатели такого аккумулятора. В гибридной АКБ на 25-30% больше свинца, чем в кальциевой, поэтому она дороже в производстве. Однако, потребитель платит не за воздух, а за реальный свинец внутри, за уверенность в том, что АКБ прослужит ему долгие годы не требуя постоянного ухода.

Технология производства AGM аккумуляторов.

Информация редактируется. Приносим свои извинения. Готовы помочь при обращении к нам.

Технология производства EFB аккумуляторов.

Информация редактируется. Приносим свои извинения. Готовы помочь при обращении к нам.

Источник

Из чего делают аккумуляторы для электромобилей

Как работают аккумуляторы для электромобилей, из чего делают источники питания? В основе всегда лежит литий, который может выступать в разных конфигурациях. Основные производители — BYD, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI и другие. Срок службы около 5-8 лет в зависимости от активности эксплуатации, а запаса хода одного заряда может хватать на 200-800 км. Ниже рассмотрим главные особенности АКБ для электрических автомобилей, поговорим о сроках их эксплуатации.

Из чего делают аккумуляторные батареи для электромобилей

Один из распространенных вопросов в Сети — материалы для аккумуляторов электромобилей. В большинстве случаев они отличаются активными компонентами, которые находятся внутри. С учетом этого АКБ бывают литий-фосфатными, литий-ионными, литий-серными и других типов. Кроме того, в состав батареи электромобиля входит полипропилен и пенополистирол. Разработчики постепенно переходят на эти компоненты, отличающиеся более высокой экологичностью и способностью вторичной переработки

Виды АКБ

Рассматривая вопрос, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, достаточно разобраться с их видами. Как правило, на электрических машинах применяется четыре вида аккумуляторов. Рассмотрим основные варианты.

Литий-ионные

Применение Li-Ion батарей — наиболее распространенный вариант для электромобилей. К плюсам таких устройств стоит отнести:

более высокое напряжение;
повышенная плотность накопленной энергии;
минимальный саморазряд, не превышающий 20% в год;
отсутствие «эффекта памяти», что позволяет заряжать и разряжать АКБ в любое время;
срок эксплуатации до 10 лет.

Из минусов стоит отметить высокую цену и небольшой температурный диапазон. Так, при температуре ниже -20 градусов Цельсии возможны проблемы. Также высок риск взрыва при нарушении герметичности.

Алюминий-ионные

Рассматривая, из чего состоят батареи для электромобилей, стоит отметить добавление в состав алюминия. Наличие этого компонента повышает безопасность применения АКБ. Такой аккумулятор требует меньших расходов при изготовлении и более безопасен. Активному внедрению таких устройств мешает небольшая катодная производительность и ограниченное число зарядов и разрядов.

Специалисты КНР делают большую работу по усовершенствованию характеристик источника питания. Ученые уже оптимизировали изделие, увеличив его емкость и ресурс, а также положительно влияющих на цену. Обновленный вариант еще не применяется на серийных машинах, но в ближайшем будущем это должно быть исправлено.

Литий-серные

В состав аккумуляторов для электромобилей также может входить литий и анод с содержанием серы. Такие устройства являются многослойными и отличаются повышенной емкостью. Для сравнения этот параметр вдвое выше, чем для Li-Ion. К плюсам стоит отнести и более высокий температурный диапазон, что позволяет использовать устройство на холоде.

Из минусов — ограниченное число перезарядов (не более 60), поэтому такие аккумуляторы не делают на серийных машинах. Но некоторые компании уже работают над исправлением недостатка, что в дальнейшем позволит использовать такие АКБ.

Металл-воздушные

Последнее время все чаще производят аккумуляторы для электромобилей на металл-воздушном принципе. Такие источники питания имеют меньший вес, позволяют пройти большее расстояние на одном заряде и отличаются сравнительно небольшой ценой. Кроме того, их легко утилизировать в сравнении с литиевыми устройствами.

Из минусов таких аккумуляторов выделяется уменьшение производительности на морозе, необходимость в системе фильтрации, а также возможность внезапного выхода из строя. Дополнительным недостатком также является небольшое число циклов заряда-разряда.

Прочие варианты

Рассматривая, из чего делают аккумуляторы для электромобилей тесла, стоит отметить применение современного материала в виде графена. Его добавления позволяет улучшить качества источника питания и улучшит проводимость электродов. Кроме того, такие аккумуляторы делают для уменьшения веса и увеличения запаса хода. На одном заряде можно пройти более 1000 км. К примеру, такими параметрами может похвастаться Tesla Model S.

Кроме того, на АКБ для электрических машин делают из сочетания других элементов — никель-кобальт-алюминиевые, на базе фосфата железа, с применением кремния и графита, а также в других вариантах.

Можно ли поменять батарею на электромобиле

Разобравшись в вопросе, из каких материалов сделаны батареи для электромобилей, возникает не менее важная дилемма — можно ли их заменять в случае износа. Это необходимо делать, если АКБ потерял часть емкости. Но сам процесс проходит в несколько этапов:

Проверка правильности крепления нового источника питания.
Программирование систем автомобиля, чтобы обеспечить корректную работу блока управления АКБ с бортовым компьютером.
При незначительном повреждении не обязательно менять источник питания полностью — достаточно заменить поврежденные блоки.

Но стоит учесть, что покупка источника питания может вылиться в крупную сумму. К примеру, для Теслы один блок стоит от 1000 долларов, а их нужно 16. Вот почему многие делают проще — они меняют не всю АКБ, а только поврежденные элементы. Б/у блоки стоят дешевле, но и ресурс у них будет ниже.

Основные производители

Сегодня многие компании делают аккумуляторные батареи для электромобилей. К наиболее популярным можно отнести следующие компании: BYD, Panasonic, LG Chem, Farais, AESC, Samsung SDI, CATL. При этом лидирующие позиции занимает именно CATL, что обусловлено большими субсидиями от государства. Что касается Тесла, для нее делают АКБ на заводе Панасоник, а вот BYD выпускает необходимое оборудование для электрических автобусов. У многих производителей имеются мощности в США и Европе.

Сколько можно проехать на аккумуляторе

Ресурс источника питания зависит от того, из чего делают аккумулятор для автомобилей. В среднем на одном заряде машина может пройти около 500-700 км. Некоторые модели Тесла имеют показатель до 1000-1200 км. При этом многое зависит от того, из чего сделаны батареи, какая технология была использована, и в чем особенности.

Что касается времени применения, средний срок службы около 5-8 лет при ежедневном заряде. По истечении этого периода девайс потеряет около 30-40% мощности, но можно продолжать эксплуатацию в прежнем режиме.

Теперь вы знаете, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, в чем их особенности, и какие компании занимаются их изготовлением. В комментариях расскажите, что вы знаете об источниках питания для таких авто.

Источник

Автомобильные аккумуляторы: какими они бывают и какой лучше купить

Как устроен и как работает аккумулятор

Какими бывают аккумуляторы

Источник