Чем кальциевые аккумуляторы отличаются от гибридных?
Они отличаются тем, что у гибридных (Ca+, Ca/Sb) свинцовый сплав положительных решёток легирован сурьмой, а отрицательных кальцием, тогда как у кальциевых (Ca/Ca) те и другие кальцием. В результате, выделение газов происходит при разных напряжениях заряда, и токи окончания заряда при этих напряжениях тоже разные.
Однако, современные автомобильные аккумуляторы отличаются не только составом металлов, но и плотностью установки пластин в банках, а также сепараторами между пластинами, которые влияют на распределение ионов — носителей заряда в электролите, а значит, и потенциалы, и токи при том или ином напряжении на клеммах. Потому случаются казусы, когда «кальций ведёт себя как гибрид» или «гибрид как кальций».
Обманывают ли нас производители, или мы не всегда учитываем влияния конструкции на электрохимические процессы? Проведём серию испытаний пары аккумуляторных батарей (АКБ), изображённых на фото.
Аккумулятор полностью разряжен, плотность электролита 1.07 граммов на кубический сантиметр. Ареометр утонул ниже шкалы. (Выводим тюменского лося на чистую воду, шутка для тех, кто знает: электролит полностью разряженного свинцово-кислотного аккумулятора — вода, потому что вся кислота в намазках, — в виде сульфатов свинца).
Тестер показывает уровень заряженности (state of charge, SoC) 0%, внутреннее сопротивление 9.77 мОм, ток холодной прокрутки (ТХП) 283 из 620 А по стандарту EN, напряжение разомкнутой цепи (НРЦ, оно же электродвижущая сила ЭДС без нагрузки) 11.53 В, и предписывает зарядить аккумулятор.
Заряжать будем зарядным устройством (ЗУ) Кулон-720. Настроим следующие параметры заряда: предзаряд до 12 В 2 А, основной заряд 14.7 В 6.4 А 24 часа, дозаряд 15.6 В 3.2 А, хранение 13.2 В 0.5 А.
Дозаряд у Кулона-720 реализован «качелями», так принято называть управление двухпороговым компаратором или компаратором с гистерезисом по напряжению. Когда напряжение на клеммах достигает верхней планки, ЗУ отключает зарядный ток. Когда поляризация релаксирует, напряжение на клеммах снижается, и при касании нижней планки ЗУ возобновляет подачу тока. Продолжаются эти циклы до превышения максимального времени. Установим пороги 15.6 и 14.7 В, ток 3.2 А, продолжительность 16 часов.
Прерывистый дозаряд «качелями» или «моргалкой» служит затем, чтобы минимизировать потерю воды на электролиз, и при этом по возможности полнее зарядить АКБ и перемешать электролит. Исторически этот способ сложился применительно к зарядным устройствам (источникам питания), у которых было невозможно оперативно регулировать зарядный ток, и вместо снижения силы тока, его прерывали по таймеру с помощью реле указателей поворота, либо по напряжению с помощью компаратора. Чтобы компаратор не возобновлял заряд моментально после его отключения, а делал паузу, понадобился гистерезис.
Крайне не рекомендуем разбирать любые химические источники тока без адекватной всесторонней подготовки: техники безопасности, оборудованного рабочего места (не на кухне и не в жилом помещении), средств индивидуальной защиты, знания дела и навыков работы, а прежде всего, понимания, зачем это делается. Компоненты химических накопителей энергии по своей природе токсичные, едкие, а часто ещё и пожаровзрывоопасные.
Другие энтузиасты пошли дальше и стали регулировать интегральный ток с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM) более высокой частоты, чем доли герца — единицы герц, реализовав подачи зарядного тока одной и той же амплитуды пачками импульсов ШИМ. В любом случае, для эффективного заряда свинцово-кислотного аккумулятора, необходимо обеспечить присутствие воды в зоне реакции, т.е. перемешивать электролит, так как при заряде АМ затрачивается вода и выделяется кислота, и потенциал заряжаемого участка АМ должен быть достаточным для преодоления термодинамической ЭДС и осуществления реакции Гладстона-Трайба.
Вскоре ЗУ перешло к этапу основного заряда.
За три с половиной часа залито 22.4 А*ч, напряжение на клеммах 13.3 В. Оставим ЗУ работать на ночь.
На следующий день время заряда составило 19 часов 42 минуты, аккумулятору сообщено 75.3 А*ч. Напряжение дозаряда доходит до установленных 15.6, ток при этом напряжении снизился до 1.2 А.
Алгоритм ЗУ не просто включает и отключает ток, а продолжает заряд некоторое время при максимальном напряжении, отключает, после падения включает сначала заряд постоянным напряжением по нижней уставке, затем по верхней, с ограничением тока не выше установленного.
Плотность электролита уже чуть выше 1.25.
С момента начала заряда прошло 23 часа, залито 77.4 А*ч. Ток при 15.6 В снизился до 1 А.
АКБ продолжает заряжаться, плотность электролита поднялась чуть выше 1.26.
Заряд продолжался 26 с четвертью часов, батарее передано 79.2 А*ч. Ток при 15.6 В не снижается.
29 с половиной часов от начала заряда, залито 80.9 А*ч. Ток при 15.6 В снизился до 0.9 А. Оставим ещё на ночь.
На утро аккумулятору сообщено 82.6 ампер*часа, ЗУ в режиме хранения. С начала заряда прошло 45 с половиной часов.
Плотность во всех банках 1.28. Нам удалось зарядить эту АКБ после глубокого разряда за один подход.
Однако возникают сомнения в том, что эта АКБ полностью кальциевая. При заряде она повела себя как гибридная. Ca/Ca аккумулятору 16 часов дозаряда, а именно такое максимальное значение можно установить на Кулоне-720, и его мы как раз установили, бывает недостаточно. Приходится перезапускать заряд.
Разряжать будем электронной нагрузкой ZKE EBD-A20H, по ГОСТ током 5% номинальной ёмкости 3.2 А до касания под нагрузкой 10.5 В.
Прибор подключается к ПК по USB и позволяет строить графики напряжения и тока. После начала разряда стабилизированным током напряжение растёт вследствие зависимости сопротивления электролита от концентрации кислоты, затем вскоре начинает плавно снижаться по мере разряда аккумулятора.
Через 8 часов разряда напряжение на клеммах 12.22 В. Слито 26.78 А*ч, 332.45 Вт*ч.
Через 20 с половиной часов разряд продолжается, на клеммах 11.07 В, АКБ отдала 66.86 А*ч, что уже превышает паспортную ёмкость. Как видно из графика, в конце разряда напряжение снижается быстрее, модуль первой производной выше.
На последней минуте график резко пошёл вниз.
Разряд завершён, напряжение после снятия нагрузки начало расти. Время разряда составило 20 часов 44 минуты, отданная ёмкость 67.39 А*ч.
Через 3 минуты после снятия нагрузки напряжение на клеммах выросло до 11.42 В. Подождём ещё час.
Прошёл час с момента завершения разряда, НРЦ 11.63 В.
Плотность электролита ниже 1.10. Ставим на заряд.
Заряд продолжается 26 часов 19 минут, залито 79.2 А*ч. Ток при 15.6 В 1 А.
Плотность уже 1.27. Аккумулятор заряжается очень легко при дозаряде «качелями» с максимальным напряжением 15.6. Так обычно ведут себя гибридные Ca/Sb, а не кальциевые Ca/Ca аккумуляторы.
Смотрим интенсивность газовыделения в «качелях» до 15.6. Это также признак гибридной АКБ. В силу более низкого напряжения начала газовыделения, расход воды при эксплуатации у этой АКБ выше, чем у других современных Ca/Ca. Это следует обязательно помнить, не забывать проверять уровень электролита, и своевременно доливать дистиллированную воду.
А так «кипит» при дозаряде с перенапряжениям вторая участница тестов — оригинальная запасная часть LADA 6СТ-62VL производства жигулёвского завода АКОМ, типичная полностью кальциевая Ca/Ca батарея. Для такого газовыделения понадобилось 16.2 вольта при постоянном токе 2% ёмкости, то есть, 1.2 ампера, безо всякого прерывания «качелями».
Тесты АКБ Лада объёмны и заслуживают как минимум отдельной статьи, потому здесь приведём только их конечные результаты, нужные для сравнения двух испытуемых образцов.
Показания тестера у Тюмени: здоровье 100%, ТХП 687 из 620 А по EN, внутреннее сопротивление 4.02 мОм, НРЦ 12.96 В. У Лады: EN 722 из 600 A, 3.82 мОм.
Просадка под нагрузочной вилкой 200 А до 10.64 В.
Для сравнения, Лада проседает до 10.90.
Масса тюменского аккумулятора 16.4 кг.
Фактическая удельная ёмкость на килограмм массы батареи у АКБ Лада на 11.57% выше, чем у Тюмень Премиум, удельный ток холодной прокрутки — на 13.69%. Оба этих параметра зависят не от кальция и сурьмы в свинцовом сплаве, а от собственно массы активных масс и их рабочей площади, а также конструкции решёток и тоководов. Получается, действующих активных масс у тюменского аккумулятора меньше, а несуще-токоведущих конструкций больше. Это признаки классической «докальциевой» технологии, по которой часто производились гибридные Ca/Sb батареи.
Итак, по итогам испытаний двух АКБ — типичной современной Ca/Ca Лада производства АКОМ (завод, использующей технологию Exide), и тюменской Premium с маркировкой Ca/Ca и лосем на логотипе, можно сделать следующие выводы:
В модерновых Ca/Ca батареях кальциевый сплав и компактная конструкция с плотными сепараторами действуют синергично, усугубляя как снижение потери воды, что очень хорошо, так и затруднение перемешивания электролита и дозаряда, и это не то, чтобы плохо, но необходимо учитывать при выборе профиля заряда.
В традиционных батареях, даже если изготовить все решётки по технологии Ca/Ca, внутренняя конструкция более массивная и просторная, заряжать и перемешивать электролит легче и быстрее, но и воды «выкипает» больше. Это одна из причин, приведших разработчиков свинцовых аккумуляторов к модерновым конструкциям. Экономия свинца, с соответствующим экологическим аспектом, и при этом повышение долговечности, стойкости к вибрации, предотвращение оплывания активных масс и короткого замыкания, — другие цели, которые также преследуют модерновые конструкции АКБ.
Следует ли трактовать результаты опытов так, что тюменский аккумуляторный завод «лось» вводит покупателей в заблуждение, и АКБ Тюмень Премиум — плохая АКБ? — Категорически нет. Для автомобилей с низким бортовым напряжением Тюмень Премиум — прекрасный выбор.
Тюмень Премиум — хорошая АКБ, достойно проявившая себя на испытаниях. Она не гибридная, а действительно кальциевая, в плане современного материала решёток пластин. Но конструкция батареи не модерновая плотно упакованная, а традиционная, вследствие чего, при изготовлении затрачивается больше свинца, и газовыделение наступает при меньшем напряжении. И именно поэтому АКБ маркирована не VL, как Лада, что означает очень низкий расход воды, а L — низкий расход. Всё честно.
Это необходимо учитывать при эксплуатации: тюменская Ca/Ca под капотом автомобиля теряет воду не как типичная Ca/Ca, а как гибридная Ca+. Нужно своевременно проверять уровень электролита и доливать дистиллированную воду, и пробки для этого завод-изготовитель предусмотрел.
Почти три десятилетия прожиты недаром, и сегодняшний технологический уровень Тюменского аккумуляторного завода позволяет производить батареи с удельной эффективностью по ёмкости на треть, а по пусковому току на две трети более высокой, чем старые сурьмянистые батареи. Потому слова «классическая» и «модерновая» применительно к конструкции АКБ не следует понимать превратно. Современные аккумуляторы разных отечественных производителей и марок показывают достойные характеристики и имеют свои области для успешного применения.
Статья написана в сотрудничестве с автором экспериментов и видео — Аккумуляторщиком Виктором VECTOR.
Про пусковые токи в аккумуляторах
Подписывайтесь на наш канал youtube.com и смотрите новые интересные видео! 😉
Подписывайтесь на наш канал youtube.com и смотрите новые интересные видео! 😉У каждого водителя была такая ситуация, когда хочешь купить аккумулятор, смотришь на пусковой ток, и посещает мысль: «маловато…» 🙁
Вот только многие не знают, что показатели пускового тока бывают разные и измеряются по разным стандартам. Попробуем распутать этот клубок и описать все как можно более доступным языком. Поехали!
ССА (Cold Cranking Amps\Ток Холодного Пуска или Ток Холодной Прокрутки)
В свое время, а было это давно, организация Battery Council International разработала серию тестов для автомобильных аккумуляторов, чтобы все производители во всем мире могли пользоваться единым стандартом. И один из этих тестов был посвящен пусковому току.
Пусковой ток в аккумуляторе – немного истории.
Кэп намекает: из аббревиатуры CCA слово «cold – холод» означает, что автомобильные аккумуляторы подходят для эксплуатации в холодном климате. А при чем здесь холодный климат? Так вы спросите у людей, которые живут в холодных странах, как заводятся их дизельные автомобили? 😉
Пусковой ток в аккумуляторе – теперь конкретно.
Благодаря этому тесту, инженеры определили, сколько при производстве нужно заложить пускового тока для автомобильных аккумуляторов определенной емкости, чтобы они с легкостью запустили двигатель определенной мощности. А дальше водителю оставалось только правильно подобрать емкость под свой автомобиль и непосредственно купить аккумулятор. Дело в шляпе!
Маркетинг в аккумуляторах.
Но потом вмешались маркетологи, рекламщики и конкуренция на рынке между производителями аккумуляторов. Как мировые автоконцерны соревнуются друг с другом в том, у кого в спорткаре больше «лошадок» под капотом, так и производители аккумуляторов делают то же самое со своей продукцией. Ведь продавать аккумуляторы надо! И чем больше, тем лучше! Поэтому производители готовы на все: обман, то есть маркетинг, экономию на сырье и перенос производства в дешевые страны. Помните об этом!
Какой пусковой ток в аккумуляторе оптимальный?
Все зависит от климата и многих других факторов, таких как качество автомобильного аккумулятора, уровень заряда и т.д. Непреложной истиной остается факт: что чем ниже температура окружающей среды, тем больше пускового тока нужно автомобилю чтобы завестись. И наоборот. И важно знать, что все автомобили потребляют (при температуре выше нуля) не больше половины того, что может реально выдать аккумулятор. Все делается с запасом!
Ломаем стереотипы в аккумуляторах.
Многие водители хотят купить аккумулятор с большим пусковым током, только потому что боятся не завестись в ответственный момент… ну а еще из-за банальной человеческой жадности. Это что, сосед купил новую машину? Вот козел! Взяточник, по любому! 😉
Некоторые водители думают, что, если аккумулятор с высоким пусковым током разрядится, то остаточного пускового тока все еще хватит что бы завестись. Как бы не так! Вы, когда болеете тоже лечите симптомы, вместо того чтобы лечить саму болячку? Если аккумулятор разрядился – это симптом. Значит была утечка тока или кто-то (не будем тыкать пальцами) забыл свет выключить. А чтобы вылечить саму болезнь, нужно зарядить аккумулятор и кататься дальше на заряженном. И не важно высокий пусковой ток или низкий в аккумуляторе.
Последствия неправильной эксплуатации аккумулятора.
Если большим пусковым током компенсировать неполный заряд своего аккумулятора, то это его постепенно убивает. Тогда появляется черный электролит, аккумулятор теряет емкость и уже не заряжается до максимума. Гораздо экономичнее и правильнее будет следить, чтобы заряд аккумулятора всегда был полным и покупать аккумулятор в первую очередь учитывая климатические условия. Если зимы нет, то и мощный аккумулятор не нужен.
Пусковые токи: другие стандарты.
Помимо CCA существуют и другие стандарты измерения пускового тока в стартерном автомобильном аккумуляторе. Большинство из них используются или крайне редко; или в других странах; или имеют свою специфику. Это не так важно. Гораздо важнее, что эти стандарты активно используются при производстве аккумуляторов и нужно понимать, как их расшифровать. Поехали по порядку…
SAE (Society of Automotive Engineers)
CA (Cranking Amps)
Процесс тестирования пускового тока в автомобильном аккумуляторе для этого стандарта такой же, как и для CCA, с разницей лишь в том, что тест проводят при нулевой температуре. Полностью заряженный аккумулятор помещается в температурную среду 0 о С. Затем, на него подают непрерывную нагрузку в течение 30 секунд и тест считается успешным если напряжение на аккумуляторе не падает ниже 7,2В. Показатели пускового тока после такого теста будут выше чем после теста CCA. Это обусловлено более высокой температурой окружающей среды.
Маркетологи из американской компании-производителя аккумуляторов OPTIMA проводили исследование, в ходе которого выяснили, что 89% покупателей отдадут предпочтение при покупке аккумуляторам с более высоким показателем пускового тока CA, вместо CCA, даже если они будут стоить на 20% дороже.
EN (European Normal)
Процесс тестирования пусковых токов в автомобильных аккумуляторах для этого стандарта делится на две методики:
Для аккумуляторов, которые поставляются в Европу (и Украину) – это самый распространенный вариант. Вот только не ищите на этикетках EN1 или EN2. Производители всегда пишут просто EN.
DIN (German Industrial Standard)
Такая маркировка частенько встречается на «родных» аккумуляторах немецких производителей автомобильных аккумуляторов и автомобилей.
MСА (Marine Cranking Ampere)
Морской стандарт. Процесс тестирования пускового тока в аккумуляторе для этого стандарта такой же, как и для CA. Для морских судов этого обычно хватает с головой. Суть остается прежней: полностью заряженный аккумулятор помещается в температурную среду 0 о С. Затем, на него подают непрерывную нагрузку в течение 30 секунд и тест считается успешным если напряжение на аккумуляторе не падает ниже 7,2В.
JIS (Japanese Industrial Standard)
Пусковые токи по JIS обычно зашифрованы в специальных обозначениях. Например, если на аккумуляторе написано 65D23L, то параметры пускового тока для таких аккумуляторов серии SMF будут примерно 540А, а для аккумуляторов серии CMF будут примерно 580А, согласно таблицы. Таблица приведена ниже.
Данные в таблице неполные, и могут содержать неточности, так как первоисточник происхождения таблицы не проверен! А еще, согласно концепции подачи информации, данные могут меняться, корректироваться и банально устаревать.
Чтобы расшифровать остальные символы в кодах JIS предоставим короткий пример:
1-й, 2-й и 3-й символы – тип корпуса
4-й и 5-й символы – приблизительный диапазон емкости (вычисляется по формуле)
6-й символ – отвечает за ширину и высоту аккумулятора
7-й и 8-й символы – длинна в сантиметрах
9-й символ – полярность
SMF – необслуживаемый тип корпуса
55 – приблизительный диапазон емкости
D – отвечает за ширину и высоту аккумулятора
23 – длинна в сантиметрах
Это не ошибка, полярности маркируются наоборот, или же в Азии принято определять полярность с другой стороны аккумулятора.
IEC (International Electrotechnical Commission)
По версии некоторых источников, этот сложный тест утратил свою популярность.
HCA (Hot Cranking Amps)
Процесс тестирования пускового тока в автомобильных аккумуляторах для этого стандарта такой же, как и для CA, с разницей лишь в том, что тест проводят при плюсовой температуре. Полностью заряженный аккумулятор помещается в температурную среду +26 о С. Затем, на него подают непрерывную нагрузку в течение 30 секунд и тест считается успешным если напряжение на аккумуляторе не падает ниже 7,2В.
Этот тест обычно мало актуален для большинства стран, так как он исключает холодный климат.
Таблица перевода пусковых токов в аккумуляторах.
Ниже приведена таблица перевода токов холодного пуска, которую можно повсеместно встретить в интернете (CCA\SAE, EN, IEC, DIN)
Вот что интересно. Существуют специальные формулы, по которым можно вычислить разницу между пусковыми токами разных стандартов. Эти формулы мы взяли с официального сайта японского производителя аккумуляторов YUASA.
Если взять таблицу выше и все пересчитать, то окажется что показатели не точны. Вот пример более точной таблицы перевода токов холодного пуска.
Если наши вычисления верны, можно подумать, что для первой таблицы, с маркетинговой точки зрения пусковой ток в 572А является не таким привлекательным как 570А. Или это обычное округление цифр… Но все это лишь наше субъективное предположение, и попытка разобраться в определенных вопросах…
