Что такое емкость АКБ: как определить ёмкость батареи

Что такое аккумулятор

Аккумуляторная (кислотная) батарея (АКБ) — это вспомогательный источник электроэнергии в автомобиле. Работает она благодаря электрохимическим реакциям. В народе АКБ называют аккумулятором, хотя, строго говоря, это только один из элементов батареи.

Автоэксперт рассказал, чего нельзя делать при запуске машины зимой26 ноября 2021, 02:00Основные задачи автомобильного аккумулятора — подача тока для запуска двигателя, регулирование напряжения во время его работы и снабжение электричеством токоприемников во время простоя мотора.

Устройство

Классические АКБ состоят из шести последовательно соединенных между собой «банок» мощностью по 2,1-2,2 ватта. Каждая из них в свою очередь обычно представляет собой пятьположительных и шесть отрицательных параллельных пластин с решетками из сплава свинца и антимония. На решетки нанесено активное вещество, для положительных — диоксид свинца, для отрицательных — свинец. Чтобы предотвратить короткое замыкание, пластины разделены между собой сепараторами из пористого материала. В аккумулятор заливается электролит — чаще всего из серной кислоты и дистиллированной воды.

Виды

Классифицируются батареи по составу электродов, типам электролита, покрытию свинцовых пластин. Выделяют несколько основных видов:

• сурьмянистые;
• малосурьмянистые;
• кальциевые;
• гибридные;
• гелевые;
• AGM (от англ. absorbent glass mat,гелевая батарея, созданная для автомобилей с функцией «Старт-стоп»);
• EFB (от англ. enhanced flooded battery, усиленная батарея с жидким электролитом);
• щелочные.

«Основные технологии производства АКБ условно можно разделить на следующие: сурьмянистая (малосурьмянистая) Sb/Sb, кальциевая Са/Са (в том числе EFB и AGM), гибридная Sb/Ca», — рассказывает Алексей Рузанов, технический директор международной сети автосервисов FIT SERVICE.

Большинство аккумуляторов сегодня (около 90 % рынка) — классические свинцово-кислотные. Они обеспечивают все необходимые характеристики, как по надежности, так и по долговечности, — рассказывает Павел Сидоров, директор по сервису и запасным частям «Авилон Мерседес-Бенц». — Если брать топовые модели машин, то на них ставятся так называемые гелевые батареи. Если кратко, суть в том, что электролит в них представляет собой более густую, чем обычно, массу, фактически это гель. Благодаря этому повышаются некоторые технические характеристики, например, морозостойкость, нечувствительность к циклам и глубине разряда».

Когда-то самыми распространенными были сурьмянистые (более 5 % элемента) батареи. Сегодня они считаются устаревшими. Сурьму (Sb) добавляли для повышения прочности свинцовых пластин. Такие АКБ расходуют много воды из электролита и требуют регулярного обслуживания. Большее распространение получили малосурьмянистые аккумуляторы (Sb меньше 5 %). У этих батарей меньшая степень саморазряда, и они не требуют интенсивного обслуживания. Еще один плюс — терпимость к скачкам напряжения в бортовой сети авто. Кальциевые АКБ (на корпусе маркировка Ca) имеют пониженное внутреннее сопротивление, лучший КПД. Уровень электролита почти не уменьшается, то есть обслуживание не требуется. Гибридные батареи (обозначаются Ca/Pb) устойчивы к сильным разрядам и перепадам напряжения. Есть еще гелевые, отличающиеся устойчивостью к вибрации и хорошим пусковым током вне зависимости от уровня зарядки. Мало распространены щелочные и литий-ионные, на современных авто с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) они используются редко.

Что такое емкость аккумулятора

Аккумуляторная батарея (АКБ) – устройство для многоразового накопления и расходования электрической энергии. Объем накапливаемой энергии и есть емкость аккумуляторной батареи. От чего зависит емкость АКБ? В первую очередь от площади гальванической пары.

Каждый аккумулятор имеет катодные и анодные пластины, создающие определенный электрический потенциал. Называются эти пластины гальванической парой, а аккумуляторы – гальванической батареей. Чем больше площадь пластин гальванической пары, тем больше объем энергии. Для увеличения напряжения последовательно соединяют несколько гальванических пар. Получается батарея, рассчитанная на определенное напряжение. При этом емкость аккумулятора тоже увеличивается за счет каждой добавленной пары.

Совершенствование технологии в производстве аккумуляторов позволяет добиваться повышения емкости при сохранении или даже уменьшении размеров АКБ. Например, за счет изменения толщины пластин в парах. В основной состав применяемого материала добавляют различные компоненты для улучшения прочности конструкции катода и анода, устойчивости к химическим процессам. Так, кальций постепенно вытесняет сурьму из свинцово-кислотных батарей.

Изменяют и технологию изготовления пластин. Вместо плоских появились сепараторные. Сепараторы стали заполнять пастами и намазками, состав которых тоже постоянно совершенствуется. Все это позволяет получать большую емкость, срок службы и в некоторых случаях более высокий потенциал пары.

Напряжение гальванической пары зависит от технологии, применяемой в накоплении энергии. Существует более 30 типов аккумуляторов, определяемых по применяемым материалам. Выше потенциал пары – выше электроемкость батареи. Серийно выпускаемые аккумуляторы по видам применяемых материалов чаще всего бывают:

Потенциал между анодом и катодом появляется в условиях протекания химических процессов. А интенсивность большинства химических реакций зависит от температуры. Поэтому емкость аккумулятора зависит и от температуры. Стандартной температурой, при которой принимается 100% емкость батареи, является 25 оС. Считается, что с изменением температуры на градус емкость гальванической батареи меняется на 1%. С ростом температуры – в большую сторону, при ее снижении – в меньшую. Этот эффект часто используют в зимнее время, когда АКБ снимают с машины и заносят в теплое помещение.

Единицы измерения емкости аккумулятора

В физике электрическая емкость определяется в Кулонах, где 1 Кл равен силе тока в 1 Ампер за 1 секунду. Следовательно, 1 ампер в час равен 3600 Кл или 3,6 кКл (килокулон). А измеряется электрическая емкость в Фарадах, где 1 Фарад равен 1 Кл/В. Ведь при отдаче электроэнергии напряжение на клеммах аккумулятора снижается. Разряжать полностью большинство аккумуляторов не рекомендуется. Есть минимальный порог допустимого снижения напряжения гальванической пары, установленный для сохранения ее работоспособности на протяжении длительного времени.

Однако на практике объем энергии принято указывать в ампер-часах, где 1 Ач равен силе тока 1 А в течение часа. Это упрощает пользователям ориентироваться в выборе подходящей по емкости АКБ для своих нужд. На автомобильных аккумуляторах она обозначается в ампер-часах (Ач). Если батарея имеет очень маленькую емкость, токи от которой измеряются миллиамперами, то она указывается в миллиампер-часах (мАч). Аналогично указывается у батареек, не предназначенных для повторного заряда. В международной системе эти параметры обозначаются Ah и mAh.

Как правильно выбрать емкость для автомобильного аккумулятора

Для того чтобы показатель емкости аккумулятора оптимально соответствовал характеристикам машины, следует прежде всего ориентироваться на цифру, указанную на корпусе АКБ. С одной стороны, можно приобрести такую же батарею и не заботиться дальше этим вопросом. Но, с другой стороны, есть большая разница в показателях: 55, 60, 65 А/ч и гораздо выше.

Разумеется, у любого водителя-новичка возникнет желание, чтобы устанавливаемый в машину источник питания работал гораздо дольше. И, если старая АКБ была, например, емкостью 55 А/ч, почему бы не установить новую большей емкости. Какая лучше для легкового автомобиля и насколько целесообразна будет такая замена? Ясно, что и цена у аккумуляторов с хорошим показателем емкости гораздо выше.

Если коротко вспомнить о том, как устроена автомобильная АКБ, внутри нее находятся свинцовые пластины разного качества, а также электролитическая составляющая в виде жидкости, геля или иной комбинации химических соединений. Чем больше количество материалов, которые применяются при изготовлении батарей, тем больше энергии они могут накопить внутри.

Так, если выбирать между вариантами емкостью в 40 или 75 А/ч — есть очень большая разница между продуктивностью работы этих двух батарей. Они различны как по размерам, так и на вес. Иными словами, С имеет прямопропорциональную зависимость от того, как выглядит батарея снаружи, сколько она весит и какое качество материалов используется при ее выпуске.

Если у вас небольшая машина, которую принято называть «малолитражкой», батарея большей емкости и размеров может просто не поместиться в подкапотное пространство. В случае, когда прежний вариант прекрасно справляется с запуском двигателя, устанавливать другую АКБ будет нецелесообразно.

Ниже приведем небольшой список, который поможет водителю правильно определить, какой емкости нужен аккумулятор.

При этом следует ориентироваться на показатели объема двигателя:

• если объем двигателя от 1 до 1,9 л, для вашей машины подойдет батарея емкостью от 55 до 60 А/ч;
• если у вас большой внедорожник любой модели с объемом двигателя от 1,4 до 2,3 л, можно приобрести аккумулятор 66 А/ч;
• грузовому автомобилю небольшой грузоподъемности подойдет АКБ с 77 А/ч при двигателе 1,6-3,2 л;
• средней грузоподъемности (двигатель 1,9-4,5 л) — 90 А/ч;
• большому грузовику с объемом двигателя от 3,8 до 10,9 л уже нужен аккумулятор 140 А/ч;
• для бульдозеров и экскаваторов потребуются батареи от 190 А/ч.

Таким образом, для легковых автомашин самый распространенный вариант аккумулятора от 50 до 65 А/ч, для внедорожников — уже больше.

Приобрести батарею большей емкости, чем была раньше, можно и нужно в случае, если бортовая сеть авто снабжена большим количеством опций, которые требуют большего количества энергии. Это может быть навигатор, система сигнализации, магнитола, обогреватель. Также и машинам, которые питаются дизельным топливом, может потребоваться более емкая АКБ, чтобы запустить двигатель. Ну и, конечно, никогда не помешает немного «запастись» емкостью в расчете на запуск мотора в холодное и морозное время года.

Однако перебарщивать с показателями С аккумулятора тоже не стоит, потому что бортовая система машины, в том числе и генератор, имеют ориентиры на четкие характеристики АКБ. Если батарея будет слишком «мощная», она не сможет подзаряжаться от генератора и быстро потеряет свои дополнительные резервы. Также стартер при чрезмерно емком источнике питания будет работать более интенсивно, что приведет к быстрому износу коллектора и его щеток.

Как проверить емкость

От уровня емкости зависит плотность электролитов, определяемая таким прибором, как ареометр. На только что купленных элементах питания на корпусе пишутся основные параметры, но их реально вычислить и самому.

Наиболее простой способ проверить емкость аккумулятора – воспользоваться тестером типа Кулон. Это прибор, с помощью которого можно определить энергоемкость и параметр напряжения батареи. Тестер в работе не сложен, на манипуляции уходит немного времени и сил, а полученные в домашних условиях результаты близки к реальным. Кулон просто подсоединяют к клеммам АКБ.

Тестер Кулон для проверки емкости.

Измерить эти параметры можно и другими способами, которых достаточно. Чаще всего используют прибор – мультиметр. Способ хоть не дает 100% информации, она приближена к действительности. Перед началом проверки полностью заряжают аккумулятор, соединенный с потребителем (хватит лампы 60 Вт). Далее на цепь подают напряжение. Если в течение двух минут лампочка не гаснет, то смотрят на показания тестера. Когда показания упадут ниже стандартного напряжения АКБ, значит, она разряжается. После замеряют время, за которое полностью израсходовалась энергия, берут значение тока нагрузки потребителя, и перемножают. Число, которое получится – энергоемкость аккумулятора.

С помощью мультиметра можно узнать емкость любой АКБ, но этот способ требует свободного времени.

Резервную

На корпуса источников питания производители наносят разные обозначения: напряжение, энергоемкость, максимальный пусковой ток, выдаваемый в условиях мороза до -18° и т.д. На новых моделях встречается еще одна надпись – RC (reserve capacity). Что это может значить для потребителя – что машина может двигаться с неработающим генератором, когда полностью заряженный аккумулятор запитывает бортовую сеть. Естественно, нагрузка у каждой модели своя, но среднепринятая – 25 А (работающее зажигание, фары, дворники и прочее).

Ранее пометка RC на корпусе была больше маркетинговым трюком. Производитель понимал, что его устройство имеет меньшие пусковые токи, чем у стартерных аналогов, зато отличается тяговыми характеристиками. Впоследствии параметр резервной емкости стали указывать все компании.

Померить можно подав нагрузку в 25 А. Отрезок времени, за который АКБ будет подпитывать нагрузку до уровня в 10.5 В, засекают в минутах. Достаточно посмотреть на результат – это и будет резервная емкость.

Остаточную

Таблицы для определения остаточной емкости.

Батарея в ходе эксплуатации постоянно получает и теряет заряд. Но выезжая в короткие поездки, она недополучает заряд, а в длинные – перезаряжается. Зимой, при минусовой температуре, она и вовсе может уйти в глубокий разряд. У автомобилистов редко имеются интеллектуальные зарядные устройства, которые бы отслеживали рабочие параметры элемента питания. Реальный уровень емкости, который еще называют остаточным, напрямую зависит от условий эксплуатации батареи. И чем она старше, тем ближе время замены. Принято, что если остаточная энергоемкость меньше 50% от изначального уровня – пора менять.

Замерить можно разными способами и методиками, воспользоваться формулами, таблицами, тестерами. В быту удобно сделать так – разрядить аккумулятор нагрузкой с током в 1/20 от изначальной энергоемкости, как в методе выше. Результат и будет означать остаточную емкость.

Емкость при последовательном и параллельном соединении АКБ

Есть устройства, требующие повышенных значений тока и напряжения, которые не обеспечивают стандартные элементы питания. В таких ситуациях соединяют аккумуляторы, и связки бывают разные.

Доступно три схемы:

• последовательное соединение – суммируется напряжение аккумуляторов;
• параллельное – суммируется емкость;
• комбинированное – повышается энергоемкость и напряжение.

В сборке используют батареи, изготовленные по одной технологии. Например, не получится «связать» Li-Ion и Ni-Mh АКБ.

Если при последовательном соединении использовать батареи разной емкости, то у той, которая менее емкая, повысится внутреннее сопротивление. Напряжение начнет сильнее падать на других «банках», и наиболее слабый элемент быстро потеряет заряд.

При параллельном соединении требуется, чтобы элементы питания были одинаковы по напряжению. Допустим, если объединить батарею с высоким напряжением и малой энергоемкостью с батареей более емкой, но меньшим напряжением – «слабая» АКБ замкнет.

Взяв внешний элемент питания в количестве нескольких штук, причем одной фирмы, нельзя быть уверенным, что сборка окажется сбалансированной. Номинальный параметр емкости и напряжения при последовательном и параллельном соединении меняется, а значит «слабые» батареи быстрее износятся.

Энергоемкость АКБ – важная характеристика, на которую смотрят, подыскивая замену. На корпусах устройств написаны все рабочие параметры, но это номинальные значения. Измерить текущие, то есть реальные, можно и самому, для чего в большинстве случаев достаточно вооружиться мультиметром. Но если тестирования выполняются регулярно, стоит потратиться на специальный тестер, с которым на проверку будет уходить несколько секунд.

Как рассчитать время работы от аккумулятора

Для примерного расчета оставшегося времени работы батареи под постоянной нагрузкой, например, автомагнитолы или габаритных огней, необходимо знать ток нагрузки или ее мощность. Поскольку все аккумуляторы выдают постоянные напряжение и ток, то здесь применяются простые формулы. Сила тока определяется по формуле:

I = P / V,

где:

• I – сила тока (А);
• P – мощность нагрузки (Вт);
• V – напряжение аккумулятора (В).

Время работы АКБ определяется по формуле:

T = Qфакт / I,

где:

• T – время работы нагрузки от АКБ (час);
• Qфакт – фактическая электроемкость АКБ в момент включения нагрузки (Ач);
• I – ток нагрузки на АКБ (А).

Фактическую электроемкость АКБ в момент подключения нагрузки можно определить по формуле:

Qфакт = Qост * З% /100,

где:

• Qфакт – фактически оставшаяся электроемкость (Ач);
• Qост – остаточная электроемкость полностью заряженной батареи (Ач);
• З% – уровень заряда в процентах (%);
• 100 – перевод процентов в доли.

Уровень заряда (З%) можно определить из таблицы по величине напряжения на клеммах при температуре 25 оС.

Значение напряжения округлено до десятой доли для удобства запоминания. Снижение напряжения на 0,1 В соответствует снижению заряда на 10%.

Воспользовавшись формулами, можно рассчитать, за какое время 4 габаритных лампочки по 5 Вт разрядят батарею, имеющую остаточную электроемкость 45 Ач и напряжение в начале разряда 12,2 В.

Начальный ток разряда составит: 1,64 А = 20 Вт / 12,2 В. Фактическая электроемкость аккумулятора будет: 22,5 Ач = 45 Ач * 50 % (из таблицы) / 100. Время разряда батареи составит: 13,7 часов = 22,5 Ач / 1,64 А. Это значит, что, оставив автомобиль вечером на стоянке с включенными габаритами, утром его вы не сможете его завести. А если температура утром будет около ноля, то разряд наступит еще быстрее.

Что делать со старым аккумулятором

Старый аккумулятор нельзя просто отвезти на свалку – там он будет выделять в атмосферу и почву вредный свинец и его оксиды. После окончания срока службы АКБ можно сдать в магазин, занимающийся реализацией новых батарей, и получить скидку на покупку нового. Также существуют компании, специализирующиеся на утилизации отслуживших свой срок аккумуляторов. «»Для утилизации АКБ должен соответствовать следующим требованиям: содержать не менее 95 % свинцовых соединений, иметь залитый герметично или слитый полностью электролит, уровень засоров в виде резины и пластика не должен превышать 1 %», — уточняет Роман Тимашов.

Как вам статья?