Автомобильные аккумуляторы не 12 вольтовые

Автомобильные аккумуляторы не 12 вольтовые.

Существует как минимум три разновидности свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (АКБ), используемых в автомобилях (1). Наиболее распространенная конфигурация АКБ имеет 6 элементов, каждый из которых вырабатывает напряжение около 2.1 вольт. Отсюда полное напряжение на АКБ около 12.6 вольт.

Слова "около" из двух предыдущих предложений это как раз то самое, что приводит к неприятностям, когда система зарядки автомобиля не соствествует типу установленной АКБ.

Три главных компонента химического процесса внутри АКБ – это свинец, диоксид свинца и серная кислота. К сожалению, чистый свинец слишком мягок, чтобы выдерживать механические нагрузки, возникающие в мобильных приложениях. Поэтому в свинец добавляют около 6% сурьмы, чтобы повысить его механическую прочность. Это в свою очередь порождает другую проблему – большой расход воды.

Добавки сурьмы в свинцовые решетки играют роль катализатора и порождают нежелательный побочный эффект "кипения" (т.е. потерю водорода и кислорода во время использования АКБ), что приводит к необходимости частого долива воды. Поэтому производители АКБ искали другие материалы, которые могли бы увеличивать прочность свинцовых решеток.

В начале 1970-х как в положительный, так и в отрицательный электроды добавили кальций. Это снизило кипение настолько, что позволило производителям заявить о создании так называемых необслуживаемых АКБ.

Однако свинцово-кальциевые АКБ оказались не очень стойкими по отношению к циклованию (глубоким циклическим разрядам-зарядам). Это свойство делает их непригодными для таких применений как питание силовых моторов на рыболовецких судах. Они также требуют более высокого зарядного напряжения. Компания Дженерал Моторс провела исследование зарядных характеристик свинцово-кальциевых АКБ и установила напряжение реле регулятора 14.8 вольт для автомобилей, укомплектованных АКБ "Delco Freedom II". Более низкое значение не дает полной зарядки. Такой уровень зарядного напряжения слишком высок для свинцово-сурьмянистых АКБ и будет приводить к быстрой потере воды в них.

Третий тип АКБ, часто используемый в автомобилях, имеет смешанную или гибридную конструкцию. У таких АКБ положительные решетки выполнены из сплава с сурьмой, а отрицательные - с кальцием. Расход воды значительно уменьшен, хотя регулярные проверки уровня по-прежнему рекомендованы.

Гибридные АКБ более стойки к циклованию, чем свинцово-кальциевые, но все же не так хороши как исходные свинцово-сурьмянистые. Большинство автомобилей, комплектуемых гибридными АКБ, имеют выставленное напряжение реле регулятора 14.3 вольт, хотя сообщалось, что более высокое значение 14.8 вольт у автомобилей Дженерал Моторс не нанесет вреда гибридным АКБ, если регулярно следить за уровнем электролита.

Четвертый тип АКБ, "гелевый", уже стал использоваться в автомобилях. В ранних сообщениях производители рекомендовали заряжать их напряжением от 13.8 до 14.1 вольт (2), намекая на их гибридную природу. Однако они также не дают пользователю возможности добавлять воды, поэтому они в действительности могли бы быть свинцово-кальциевыми.

Старые автомобили, напряжение реле регулятора которых выставлено на уровень около 14.0 вольт, просто-напросто не зарядят полностью свинцово-кальциевые АКБ. Имеется большое количество случаев, когда автомобили со старыми типами реле регуляторов ставят в безвыходное положение своих владельцев морозным утром вскоре после того, как была установлена "новая, улучшенная, необслуживаемая" АКБ. Даже две недели простоя в гараже без подключенной нагрузки, не считая электронных часов и противоугонной системы, могут разрядить АКБ, если реле регулятор не обеспечивает ее правильный заряд.

Сомнение особенно возрастает в случае с иностранными производителями. Многие фирмы слишком уверены и слишком горды своим знанием инженерного дела, чтобы опуститься до обновления своих спецификаций, которые соответствовали бы спецификациям существующих АКБ. Бош, например, до сих пор учит своих мастеров, прошедших стажировку на заводах, что 13.8 вольт достаточно. В 1992 году менеджер по сопровождению продукции их подразделения автосервиса написал (3), что "13.6-13.8 вольт достаточно" и "полностью заряженную АКБ нельзя заряжать напряжением 14 вольт или выше. Это приводит АКБ к перегреву и выходу ее из строя".

Только слегка ему противоречит утверждение представителя Бош по связям с общественностью (4), что "генератор и реле регулятор должны заряжать напряжением от 13.8 до 14.2 вольт". Этот представитель также рекомендовал обратиться в местный авторизованный сервисный центр Бош, который сообщил мне, что "13.7 вольт достаточно".

Мерседес-Бенц (5) предлагает его обычный совет: "мы рекомендуем установку оригинальной АКБ Mercedes-Benz".

Национальный технический директор клуба Мерседес-Бенц Америки (6) был куда более гибок: "для автомобилей Mercedes-Benz выпуска середины 1980-х установлено напряжение от 13.0 до 14.5 вольт". Но очевидно, что 13.0 вольт недостаточно, а Бош говорит, что 14.5 "перегреет и выведет АКБ из строя". В письме начала 1993 года (6) он говорит, что местный мастер Мерседес-Бенц рассказал ему, что генераторы обычно проверяют на соответствие диапазону от 14.2 до 14.4 вольт и что они заменяют реле регулятор, если он дает меньше чем 14.0 вольт, таким образом противореча менеджеру по сопровождению продукции Бош. Не забавно ли это?

Несомненно, химия АКБ зависит от температуры. Конструкция современных регуляторов обычно повышает зарядное напряжение при холодной погоде. Бош предлагает этот график в технической инструкции (7), посвященной генераторам. Не смотря на то, что они не упоминают о различных типах АКБ в их инструкции от 1982 года, график, кажется, отображает нижний предел напряжений, пригодных для гибридных АКБ. Слишком плохая позиция их собственных "мастеров, прошедших стажировку на заводах," игнорировать этот факт! Тем не менее, это считается допустимым диапазоном напряжений регулятора при скорости вращения генератора 6000 об/мин и нагрузке 5 ампер.

Собственный опыт в точности подтверждает зависимость работоспособности АКБ от хорошего соответствия между реле регулятором и типом АКБ. Мерседес выпуска 1973 года, регулятор которого дает 14.1 вольт, поддерживает свою АКБ хорошо заряженной даже в том случае, когда автомобиль используется не часто и для поездок на короткие расстояния. Модель выпуска 1982 года, регулятор которой обеспечивает 13.6 вольт, не сохраняет свою АКБ заряженной – в холодную погоду необходимо использование дополнительного зарядного устройства. Модель 300TE выпуска 1988 года, заряжающая напряжением около 13.9 вольт, имеет частые проблемы с АКБ, в то время как модель 560SEC выпуска 1991 года, которая заряжает напряжением около 14.1 вольт, причиняет меньше беспокойств.

В более новом документе (8) Бош признает кальциевый эффект в химии АКБ. Где-то в этом же руководстве от 1995 года он рекомендует, что при использовании внешних зарядных устройств свинцово-кальциевые и гибридные АКБ должны заряжаться напряжением не более 14.4 вольт и что зарядное устройство должно иметь определенный алгоритм, известный как "Тип IU". Алгоритм заряда "IU" хорошо описан в этом документе. Однако, в более сложном случае автомобильной зарядной системы (регулятор температурно компенсирован) напряжение более 15 вольт иногда полезно. При умеренной температуре окружающего воздуха 25ºC (77ºF) этот график предлагает установки между 14.3 и 14.7 вольтами.

В одно время фирма Interstate предлагала линейку АКБ "Extreme Performance" (9). Недавно они вновь появились на их сайте под именем "Optima Spiralcell", что может означать их сотрудничество с фирмой Оптима. Оптима добавила немного серебра в пластины и некоторое количество сульфата натрия в электролит, изготовив свинцовые пластины в виде спирали. Их главная претензия на успех – это способность очень быстро заряжаться якобы по причине большей площади поверхности пластин и, следовательно, более низкого внутреннего сопротивления (порядка 3 мОм). Поскольку добавить воды возможности нет, то они могли бы быть свинцово-кальциевыми (+серебро), и более высокое зарядное напряжение могло бы использоваться для их зарядки.

Их советы по зарядке поддерживают эту теорию. Они утверждают, что настройки генератора где-нибудь в пределах от 13.8 до 15.0 вольт являются приемлемыми, но АКБ могут быстро заряжаться при напряжении аж в 15.6 вольт. Где-то в этом же документе говорится, что диапазон напряжений от 14.7 до 15.0 вольт для систем зарядки постоянным напряжением является правильным (поддерживая свинцово-кальциевую гипотезу).

Владельцы на разных форумах докладывают, что остались довольны от применения настраиваемых регуляторов напряжения. Один упомянутый источник это Transpo Electronics, а другой - Doug Sogolow.

Если у Вас есть выбор, то старайтесь заставить Вашу зарядную систему автомобиля работать в диапазоне, предлагаемом новым графиком Бош. 14.5 вольт при умеренной температуре неплохая цель. Увеличение срока службы и улучшение работоспособности свинцово-кальциевых и гибридных АКБ окупят это!

Дополнительную информацию можно найти в разных метах Итернета (10). Те, кто не боится немного математики и физики, могут найти более полное описание у ThermoAnalytics в контексте гибридов и электромобилей (11).

(1) "Batteries: Current Designs", Mike Dale, Motor magazine, November 1985.

(2) Email from Ronald Dwelle, 13 February 1999.

(3) Private correspondence from Dieter Richter (Bosch), 14 September 1992.

(4) Private correspondence from John Haralamos (Bosch), 28 August 1992.

(5) Private correspondence from Thomas Trivento (Mercedes-Benz Owner Service), 1 October 1992.

(6) Private correspondence from Frank King (MBCA), 20 January 1993.

(7) "Technical Instruction Manual - Alternators", Robert Bosch GmbH #VDT-U 1/8 En (12.82), June 1982.

(8) "Automotive Electric/Electronic Systems", Second Edition, Robert Bosch 1995.

(10) "Car Battery Frequently Asked Questions", Bill Darden, URL = http://www.repairfaq.org/ELE/F_Car_Battery.html

(11) "Battery Modeling for HEV Simulation by ThermoAnalytics Inc", URL = http://www.thermoanalytics.com/support/publications/batterymodelsdoc.html