Efb-аккумуляторы

Привет, Хабр! Серная кислота почти вдвое тяжелее воды, и её водные растворы, в том числе аккумуляторный электролит, склонны к расслоению: тяжёлая кислота вытесняет лёгкую воду вверх и опускается вниз. Как это влияет на работу аккумуляторной батареи, и насколько эффективно перемешивает электролит тряска при движении транспортного средства? Проведём эксперимент с видео и показаниями приборов.

Перед началом опыта, вспомним известные факты о расслоении электролита:

Основная токообразующая реакция в свинцовом аккумуляторе, двойная сульфатация по Гладстону-Трайбу, требует для заряда воды, которая расходуется из электролита с выделением кислоты, а при разряде наоборот, расходуется кислота и выделяется вода.

Обязательными условиями заряда участка активной массы являются наличие в этом участке воды, а также электрический потенциал не ниже необходимого для преодоления термодинамической электродвижущей силы ЭДС на этом участке. ЭДС тем выше, чем выше концентрация кислоты.

Следовательно, повышенная концентрация электролита в нижней части банок и глубине намазок пластин АКБ аккумуляторной батареи ведёт к тому, что для преодоления термодинамической ЭДС требуется более высокое напряжение на клеммах. При недостаточном напряжении заряд участка активной массы (АМ) с повышенной концентрацией кислоты не произойдёт никогда. Также препятствует заряду и недостаток воды в данном участке АМ.

И заряд, и разряд активных масс ведут к расслоению электролита, так как выделяющаяся при заряде кислота стремится вниз, а образующаяся при разряде вода вверх. Таким образом, если не предпринять специальных мер, при любой глубине циклирования или просто саморазряде АКБ расслоение электролита прогрессирует.

Современные типы АКБ характеризуются плотными сепараторами, препятствующими оплыванию активных масс и короткому замыканию. Они повышают надёжность, виброустойчивость и срок службы АКБ, но и препятствуют перемешиванию электролита, усугубляя тенденцию к расслоению.

Чем более прогрессирует расслоение электролита, тем большая доля активных масс при штатном зарядном напряжении не заряжается, то есть, остаётся в виде сульфата свинца, склонного переходить в труднорастворимую форму. Это явление называется сульфатацией. Не следует путать с двойной сульфатацией п. 1 нормальной токообразующей реакцией. Сульфаты имеют меньшую плотность, чем заряженные АМ губчатый свинец отрицательных пластин и оксид свинца положительных, потому сульфатированные намазки увеличиваются в объеме, что ведёт к разрушению конструкции аккумулятора и коротким замыканиям. П. 5 этому препятствует, но при отсутствии периодического выравнивающего заряда АКБ с расслоением и сульфатацией теряет ёмкость, токоотдачу и концентрацию кислоты в верхних слоях электролита.

Электролит с низкой концентрацией кислоты замерзает при более высокой (менее минусовой) температуре, потому расслоение электролита ведёт к выходу аккумулятора из строя в зимнее время.


По просторам Всемирной Паутины с давних времён гуляет множество мифов о губительности кипячения, заряда с перенапряжением и выделением водорода и кислорода, пузырьки которых перемешивают электролит, для автомобильных АКБ. Многие руководствуются этими мифами при заряде АКБ и выборе для этого зарядных устройств ЗУ.

Отчасти поэтому, во многих моделях ЗУ производители ограничивают напряжение на уровне, не допускающем кипения электролита, в других моделях предоставляют пользователю выбор максимальных напряжений заряда путём ступенчатого переключения или плавной регулировки, даже если ЗУ представляет собой не просто источник питания со стабилизацией тока и напряжения (СС/CV), а имеет алгоритмы автоматического управления напряжением и током согласно табличным значениям профиля или на основании измерения характеристик АКБ.

Водород, аэрозоль серной кислоты и сероводород, могущие выделяться при заряде аккумулятора, действительно опасны, потому заряжать следует в проветриваемом помещении, адекватно управлять током, напряжением и временем заряда, изучить и соблюдать технику безопасности.

В сегодняшнем эксперименте посмотрим, насколько перемешают электролит пара современных отечественных ЗУ, и насколько это требуется от ЗУ вообще, применительно к стартерной аккумуляторной батарее. Ведь она монтируется на автомобиле (мотоцикле, снегоходе, катере...), а тот испытывает ускорения и вибрации при движении. Некоторые авторы считают, что поездки перемешают электролит, потому в функции зарядного устройства это не входит. Давайте попробуем, и узнаем.


Подопытным будет аккумулятор АКОМ +EFB 6СТ-60VL. Со времени предыдущего стационарного обслуживания он использовался на автомобиле 4 месяца. График работы владельца автомобиля сутки через трое, каждая поездка занимала 20 минут. Стартер и сигнализация за трое суток простоя в каждом таком цикле расходовали примерно 3 ампер*часа.

Начнём с измерения параметров текущего состояния. И как всегда, в первую очередь вымоем корпус и зачистим клеммы.


Напряжение разомкнутой цепи НРЦ, оно же ЭДС без нагрузки, по показаниям трёх приборов 12.48, 12.50, 12.52 В.


Плотность электролита по банкам колеблется от 1.22 до 1.23. В крайних банках плотность ниже, в средних выше. Это тенденция, обычная для свинцовых батарей.


Итак, наблюдаем расхождение: НРЦ соответствует уровню заряженности выше 80%, плотность электролита при котором должна быть 1.24, а по плотности уровень заряженности получается 75%, НРЦ должно быть 12.4 В. Причиной такого несоответствия как раз является расслоение электролита за 4 месяца эксплуатации под капотом. Повышенная концентрация кислоты в нижней части банок создаёт завышенное НРЦ. АКБ в таком состоянии необходим стационарный заряд.


Напряжение под нагрузочной вилкой не падает ниже 10 вольт, аккумулятор способен крутить стартер. Но если почитать инструкцию от производителя, то там чётко и ясно написано: если плотность ниже 1.25, аккумулятор требуется зарядить до плотности 1.28. Также в инструкции сказано,что можно оценить степень заряда по напряжению, и рекомендуется производить стационарный заряд при НРЦ ниже 12.5, но если имеется доступ к электролиту, то лучше проверить его плотность.


Приступаем к заряду зарядным устройством BL1204 на программе 2.


Заряд длился 9 часов. Плотность по банкам составила от 1.23 до 1.24.


По графику напряжения на клеммах, видно, что ЗУ производит основной заряд с подачами и паузами разной продолжительности, а затем три этапа непрерывного дозаряда, после чего последовали тест АКБ и буферный режим 13.65 В. Однако для кальциевой АКБ до 14.8 вольт происходит лишь основной заряд, потому продолжим заряд на программе 4.


Время заряда составило 1 час 16 минут плюс 20 часов в режиме буферного хранения. Плотность поднялась ещё на одну сотую и составила от 1.24 до 1.25. Сделаем ещё один проход на 4-й программе.


Время заряда снова 1 час 16 минут. Плотность поднялась всего на 0.005. Перезапустим программу 4 в третий раз.


Третий проход длился те же 1 час 16 минут. Плотность снова поднялась на 0.005. Отключаем ЗУ от АКБ. После отстоя продолжительностью 18 часов 20 минут НРЦ 13.20 В. При плотности 1.25 это говорит об очень сильном расслоении электролита. Запустим программу 4 ещё раз.


Заряд длился на этот раз около 50 минут. Плотность электролита не поднялась. Попробуем воспользоваться другим ЗУ.


Возьмём Бережок-V, установим 15.9 В то же максимальное напряжение, что у BL1204.


Ток изменяется от -0.2 до 4.5 ампер. Отрицательное значение тока не ошибка токовых клещей, а разрядные импульсы в асимметричном (реверсивном) заряде.


Заряд длился 4 часа, за которые ЗУ сделало две длительные паузы, и затем перешло в режим хранения не поддержание буферного напряжения, как BL1204, а периодический подзаряд.
В пиках напряжение достигает тех же 15.9.


Плотность в 5 банках составила 1.26 или чуть выше, и в одной 1.255. Оставим АКБ на ночь дозаряжаться в режиме хранения.


По прошествии 15 часов, импульсы тока доходят до 5 А, снижаясь менее чем за секунду до 1 А.
Для отбора проб электролита из глубины банок воспользуемся удлинённой пипеткой, гибкий наконечник которой может пройти сбоку от пластин. Короткой пипеткой произведём отбор, как обычно, из верхнего слоя.


Плотность верхнего слоя составила 1.26, нижнего почти 1.31. Это весьма значительное расслоение, обуславливающее высокое напряжение разомкнутой цепи при недозаряженных и сульфатирующихся нижних частях пластин. Ни одно из применённых ЗУ при заряде нашего аккумулятора до 15.9В с расслоением не справилось.


Устранят ли поездки такое расслоение? Для непосредственной проверки установим АКБ под капот, для чего пришлось удлинить провод массы.


Для лучшего перемешивания прибавим напряжение бортовой сети с 14.3 до 14.8 В, так как это позволяет сделать трёхуровневый регулятор напряжения.


Приборная панель Gamma GF-618 позволяет регистрировать данные поездок, что тоже очень пригодится в нашем эксперименте.


Пробег за трое суток в городском режиме составил 143.7 километра. Большое количество разгонов и торможений должно способствовать перемешиванию электролита.


Израсходовано 12.8 литров бензина.


После таких поездок плотность на глубине составила 1.29.


Плотность сверху 1.27. Предписываемого инструкцией значения 1.28 так и не достигли. Расслоение до сих пор присутствует. Покатаемся ещё трое суток, на этот раз, не только по городу, но и по трассе.


Итого за 6 суток автомобиль двигался восемь с половиной часов.


Общий пробег за это время 377.8 км.


Бензина затрачено 28.8 литра.


Плотность электролита наверху и внизу, наконец, уравнялась, и составила чуть ниже 1.27.


Итак, чтобы устранить расслоение в Ca/Ca EFB аккумуляторе после нескольких перезапусков стационарного заряда до 15.9 вольт, понадобилось почти 378 километров пробега и 29 литров бензина при напряжении бортсети 14.8 В. Сделаем выводы:

Q: Перемешивается ли электролит в современном кальциевом аккумуляторе с высокой плотностью сепараторов и упаковки пластин при движении транспортного средства?

Да, действительно перемешивается.

Q: Насколько такое перемешивание эффективно?

Мягко говоря, не очень.При более низком напряжении бортовой сети и более коротких поездках расслоение электролита продолжило бы прогрессировать

Q: Остались ли после всех стараний в испытуемом аккумуляторе недозаряд и сульфатация?

Да, остались. Чтобы считать данную АКБ заряженной, мы должны получить плотность верхних слоёв не менее 1.28.

Q: Проявляют ли EFB аккумуляторы, вместе со склонностью к расслоению электролита, заявленную стойкость к длительному недозаряду (PSoC, partial state of charge, состояние частичной заряженности) и циклированию с глубокими разрядами?

Да, как показывают другие наши исследования, которые продлжаются, уже выложено несколько видео, и готовятся следующие видео и статьи.

Q: Тем не менее, будут ли ёмкость, токоотдача и устойчивость к замерзанию электролита деградировать если не предпринимать периодических регламентных процедур по полному стационарному заряду?

Будут, у любого свинцово-кислотного аккумулятора, потому что препятствует замерзанию концентрация кислоты в растворе, полезная ёмкость обеспечивается количеством заряженных (десульфатированных) активных масс, а способность отдавать ток полезной нагрузке и оперативно восполнять затраченную энергию от генератора автомобиля или иного зарядного устройства действующей площадью активных масс. На ёмкость и токоотдачу влияет доступность воды для заряда и кислоты для разряда, т.е. расслоение электролита напрямую вредит этим ключевым для химического источника тока параметрам.

---

Теперь давайте всё-таки продолжим заряд данной аккумуляторной батареи. На этот раз начнёт Бережок-V, при том же напряжении окончания заряда 15.9 В.


Заряд продолжался около 4 часов, плюс 4 часа в хранении.


Плотность поднялась с чуть ниже 1.27 до 1.275. Передаём эстафетную палочку BL1204.


Заряд длился около часа, и далее 14 часов в режиме хранения.


Плотность осталась 1.275.


Установим на Бережке-V ограничение напряжения 16.7 вольт и запустим заряд.


По прошествии 4 часов ЗУ автоматически перешло в режим хранения. Плотность и над пластинами, и на глубине чуть выше 1.28. Электролит перемешан, расслоение устранено.


Адекватный стационарный заряд не только перемешивает электролит эффективнее, чем ускорения и вибрации при движении транспортного средства, но и позволяет более полно зарядить аккумуляторную батарею, устранить сульфатацию, поднять эксплуатационные характеристики.


Спустя сутки, имеем следующие показания тестера:
Здоровье 100%, внутреннее сопротивление 4.81 мОм, ток холодной прокрутки 574 из 560 А по стандарту EN. НРЦ 12.80 В соответствует плотности 1.28. Расслоения нет, АКБ в полном порядке, можно ставить под капот.

Статья составлена в сотрудничестве с аккумуляторщиком Виктором VECTOR, осуществившим описанные опыты.

Уже почти половина новых автомобилей, выпускаемых в Евросоюзе, относится к микрогибридам.

На фоне кучи новостей о развёртывании инфраструктуры под новые электромобили и спорах о стандартах зарядки многие могли пропустить реинкарнацию старого подхода, который теперь называют технологией Start-Stop. Это отличный вариант не тратить энергию на повышение энтропии Вселенной, пока вы просто стоите в пробке. Если вы стоите дольше пары секунд, то двигатель автоматически отключается и не ест вхолостую топливо. Сейчас подробнее расскажу, как это работает и почему обычные батареи очень быстро умрут при таком режиме. Я как раз как бывший инженер сервис-центра видел много батарей, умерших из-за не подходящих для них нагрузок.

Хочу много лошадей из крохотного мотора

Фотохимический смог в Пекине.

Есть несколько тенденций в современном автопроме, пусть, возможно, и не все им рады.
Во-первых, это честные или почти честные старания автопроизводителей выполнять требования регуляторов по созданию всё более чистых автомобилей. К сожалению, нормы по экологичности плохо сочетаются с пожеланиями покупателей в плане динамики разгона и мощности двигателя. В итоге всплывают дизельгейты, но в целом прогресс в этой области очень заметен, что критично для крупных городов. Ситуация с фотохимическим смогом постепенно улучшается, если, конечно, город не использует угольные электростанции.

Во-вторых, есть тенденция к удешевлению. Потребитель хочет получить больше лошадей за те же деньги. Если раньше нормальными считались полуторалитровые моторы в 5070 л. с., то теперь тот же самый мотор часто выдаёт 120, а то и 150 лошадиных сил. Понятно, ничто не даётся просто так. В итоге моторы требуют установки турбин, более качественного топлива, точного управления впрыском и становятся практически неремонтопригодны.

С другой стороны, снижение цикла обновления автомобиля приводит к своеобразному переходу на CICD в автопроме. Если раньше новая технология была почти незаметна на фоне большого парка старых автомобилей, то сейчас ротация происходит быстрее. Системы ABS, ESP и VSC сейчас постепенно становятся стандартами для любых машин, включая бюджетные. Собственно, классический ДВС уже далеко не тот ДВС, что был раньше. Да, на кукурузном масле и непонятном топливе из грязной канистры он ехать отказывается. Но в среднем он стал существенно мощнее и экономичнее, пусть и ценой долговечности. Вот только старые элементы пришлось существенно дорабатывать.

Стоим на светофоре

Так выглядит типичный график заряда-разряда во время поездки на автомобиле с системой старт-стоп. Обычные аккумуляторы убиваются с пугающей скоростью.

Самая неприятная часть городского цикла непрерывное дёрганье в бесконечной очереди, когда стоишь в пробке. Для экономии топлива и была разработана система старт-стоп, чтобы отключать двигатель во время вынужденных пауз. Причём они ставятся не только на классические гибриды, где сочетаются электропривод и ДВС, но и на чисто бензиновые двигатели. Экономия довольно существенная: 310 % с потолком в районе 12 %.

Первая система такого рода была установлена на Toyota Crown ещё в 1974 году, но с тех пор очень многое изменилось в работе двигателя и других систем. Сильно поменялся паттерн езды. Раньше почти не возникала система, когда приходилось заводить ещё работающий двигатель. Сейчас с учётом коротких циклов продвижения в пробке такое происходит несколько раз в день. Это потребовало разработки более сложного стартёра с тандемным соленоидом, который обеспечивал повторный запуск двигателя при ещё вращающемся коленчатом вале. Но правильный синхронизированный запуск это только часть проблемы. Попробуем посмотреть на современную реализацию в многочисленных гибридах.

Гибриды, микрогибриды и все остальные

Текущий рынок привёл к тому, что между полностью электрическим автомобилем и привычным ДВС-вариантом сформировалось несколько промежуточных классов.

Традиционный ДВС это почти все бюджетные линейки машин: классическая трансмиссия, объём двигателя небольшой, чтобы соответствовать современным экологическим нормам. Запуск двигателя осуществляется с помощью обычной свинцово-кислотной батареи в 12 В.

Микрогибриды это всё те же ДВС, но уже с системой старт-стоп. Та самая первая Toyota Crown формально относится к этому классу. Ключевое отличие в стартёре, о котором мы говорили раньше. Для корректной работы он должен иметь мощность порядка 35 кВт. Обычный аккумулятор не сможет долго служить в рваном режиме работы постоянных зарядов-разрядов и многократных запусках двигателя высокими токами. Поэтому для этого типа автомобилей подходят только AGM- и EFB-аккумуляторы. Внутри AGM не традиционная серная кислота в жидком виде, а специальный абсорбированный электролит в виде пропитанных пористых стекловолоконных структур. Это позволяет ему выдерживать такие режимы работы. А у EFB пластины потольше, специальные приблуды в активную массу, да и сепаратор специальный, а на Эксайде поверх этой самой замороченной активной массы еще и сеточку из стеклоткани для устойчивости вмазывают.

Мини-гибриды: к традиционной схеме с линией в 12 В добавляются новая электрическая система на 48 вольт и небольшой электрический двигатель. Он маломощный, но его достаточно, чтобы прокатиться пару метров в глухой пробке и не дёргать основной ДВС постоянными запусками. Питается обычно от литиевой батареи на 48 вольт. Свинцово-кислотный аккумулятор всё равно используется в схеме для запуска двигателя в холодном состоянии и в случае, если вдруг электрический контур не справился с этим.

Полный гибрид: в этой схеме скорее уже возможна поездка чисто на электроприводе на короткие расстояния. Чаще всего есть возможность подзарядить тяговый литиевый аккумулятор от зарядного устройства напрямую. Активно используется система рекуперации при торможении. В целом автомобиль намного ближе по своей структуре к электромобилям. Например, тот же ДВС стоит часто упрощённой конструкции, часто работающий не в рамках классического цикла Отто, а на базе циклов Миллера, Аткинсона. На электрический этап приходится основная, самая неэффективная для ДВС часть ползание по пробкам со скоростью 510 км/ч, когда стоит первая передача, а педаль газа не нажата.


Если посмотреть на текущие пропорции, то 47 % автомобилей это классические ДВС, 48 % микрогибриды, оборудованные системой старт-стоп, и остальные занимают по 1 %. Реальных чистых электромобилей исчезающе мало.

Что такое AGM- и EFB-аккумуляторы

Выглядит страшно, но этот разобранный аккумулятор лучше классических свинцовых.

AGM (Absorbent Glass Mat) это технология изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов, при которой электролит не плещется свободно внутри, а зафиксирован на специальных губках из стекловолокна. Тонкие стеклянные волокна при этом абсолютно не входят в реакцию с серной кислотой, а за счёт волокнистой структуры они практически нечувствительны к вибрациям и механическим повреждениям. То есть даже если корпус будет повреждён, то кислота не будет литься во все стороны, как в классическом аккумуляторе, а останется питанным в стекловолокне, типа как памперс работает. Только стеклянный. Только не надо разбирать их самостоятельно и проверять. Это всё равно очень опасно. Часть микропор остаётся свободной от электролита. Это нужно для создания свободного пространства для рекомбинации газов.



Внутри всё сформировано в виде пакета пластин, которые могут иметь разные толщину и площадь активной поверхности этой самой активной массы. Если нам нужна батарея с большой ёмкостью и невысокими токами увеличиваем толщину, уменьшаем площадь. В автомобильном применении AGM актуальнее обратный вариант увеличение площади пластин со снижением их толщины. Такие аккумуляторы могут отдавать больший ток и быстрее заряжаться, но имеют меньшую ёмкость. Пластины в блоках прижаты намного плотнее друг к другу, что помогает лучше удерживать активную массу, чем у обычных батарей. Также может использоваться ещё более плотная упаковка не в пластины, а в туго свёрнутые свинцовые рулоны цилиндрической формы со стекловолоконной прокладкой-сепаратором.

Благодаря своей структуре такие батареи имеют несколько преимуществ:

• они не требуют обслуживания. Риски утечки кислоты или проблем из-за вибрации минимальны;
• значительно меньший саморазряд в сравнении с современными свинцово-кислотными батареями;
• скорость заряда в несколько раз больше классических аккумуляторов, за счёт чего они подходят для системы старт-стоп;
• они работают в цикле неполного заряда, который является проблемой в обычном городском цикле, где вы не успеваете нормально полностью зарядить аккумулятор;
• их сложнее убить кратковременным глубоким разрядом, но при длительном разряде они тоже умрут;
• а ещё их можно трясти, наклонять и вообще монтировать под углом. Только прям совсем переворачивать не стоит.

Ключевое отличие от AGM EFB-батарей в том, что EFB проще и дешевле в производстве. В них электролит не связан, как в AGM, а находится в свободном виде. Но в отличие от классических свинцово-кислотных аккумуляторов у них более толстые свинцовые пластины. Положительные пластины у них пакетируются в стекловолоконный флис, что предотвращает осыпание активного вещества. Поэтому они хоть и обладают меньшим по сравнению с AGM током заряда-разряда, но могут выдержать примерно вдвое больше циклов зарядки по сравнению с классическими аккумуляторами. Короче, это такой промежуточный по своим характеристикам продукт, который стоит дешевле, чем AGM.


Впрочем, и сложности у них у всех общие с классическими свинцовыми аккумуляторами. При высокой температуре у них увеличивается саморазряд, а в морозы их ёмкость падает. Поэтому, если у вас за бортом минус 30, то стоит задуматься об обогреваемой парковке. Ёмкость и так упала из-за переохлаждённого электролита, так ещё и ледяной двигатель с густым маслом требует больше оборотов для запуска.

Что есть интересного у нас

Немного расскажу про нашу компанию. В Exide мы производим много аккумуляторов как раз для микрогибридов сейчас это примерно 3040 % всего европейского автопарка. В новые автомобили чаще всего попадает именно аккумулятор нашего производства. Сейчас около 70 % европейских автомобильных брендов ставит именно наши линейки, но со своим брендингом.
У нас есть несколько видов батарей: AGM, EFB, Premium, Excell и Classic. Последние три классические. Excell базовый надёжный вариант с хорошей ценой.
Excell отличается более высоким стартовым током, что особенно чувствуется зимой. Ток примерно на 15 % выше, чем у Classic. А СLassic это для тех, у кого автомобиль попроще, совсем без прибамбасов, и цена имеет значение.

У Premium будут самые высокие токи холодной прокрутки примерно на 30 % выше Classic. Кроме того, выше скорость заряда из-за нашей технологии Carbon Boost 2.0. В активную массу отрицательных пластин вносится специальная углеродная добавка, которая также позволяет увеличить заряжаемость, особенно из состояния глубокого разряда, примерно вдвое. Изначально их разрабатывали именно под системы старт-стоп, но в дальнейшем включили и в классическую линейку.

На всех батареях классической серии стоит наклейка, предупреждающая, что они не подойдут для системы старт-стоп. Цикл работы, характерный для микрогибридов, быстро выведет их из строя, как и другие обычные аккумуляторы. Для таких систем мы предлагаем ставить AGM или EFB. Эти два типа почти одинаковы по своим параметрам, но в AGM электролит полностью иммобилизирован за счёт пропитывания специальных стекловолоконных структур, а в EFB он жидкий. Собственно, EFB это скорее промежуточный вариант между классическим свинцово-кислотным аккумулятором и более дорогим AGM.

Кстати, если уж что и использовать как источник резервного питания, так это аккумуляторы для старт-стоп, а не обычные, которые быстрее выходят из строя из-за меньшего числа возможных циклов заряда-разряда.

Похороны временно переносятся

К полной замене автомобилей с ДВС на электромобили мы будем двигаться ещё долго: лития на нашей планете более чем достаточно. Но только небольшая часть его месторождений является коммерчески рентабельной. При этом уже сейчас электроавтомобили составляют примерно 50 % всего спроса с тенденцией роста до 75 % в ближайшие 10 лет. А ещё весёлые проблемы с выделенными линиями от электростанций до заправок, где каждая зарядка может отъедать до 150 кВт.

Скорее всего, в ближайшее время мы увидим расцвет именно промежуточных гибридных решений, которые продлят жизнь как свинцовым аккумуляторам в новых эффективных формах, так и ДВС. А там, может, и вообще на водородные элементы перейдём вместо лития.

Я уже рассказывал про AGM-аккумуляторы, которые очень хороши в системах, где требуются большие токи и большое количество циклов заряда и разряда. Но при всех приятных бонусах этой технологии у неё есть один проблемный момент AGM ощутимо дороже. А лучшее враг хорошего. Из-за приятной цены, относительно лучших по показателям систем, кстати, свинцово-кислотные аккумуляторы и актуальны более 120 лет. Именно для того, чтобы занять более бюджетную нишу автомобильных аккумуляторов с системой старт-стоп, где требования по глубине разряда не столь велики, как у AGM, но где традиционный свинцово-кислотный аккумулятор умирает очень быстро, и были созданы EFB (Enhanced Flooded Battery).

Посмотрим, можно ли делать даунгрейд до обычных свинцово-кислотных, и в каких случаях, наоборот, есть смысл заменить старый EFB на AGM.

Спойлер: нет, более функциональный AGM не всегда имеет смысл ставить вместо обычного аккумулятора. Часто EFB или даже обычный новый аккумулятор будет оптимальным решением.

Принцип работы

С точки зрения химии ничего глобально отличного от традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов не происходит. Всё та же обратимая реакция на пластинах с превращением свинца и его оксидов в сульфат и обратно. В качестве электролита используется серная кислота. Ключевые отличия заключаются в компоновке и составе элементов.

Во-первых, для этого типа батарей мы используем специальные типы токоотводящей решётки и рецепты активной массы. Это нужно для того, чтобы снизить внутреннее сопротивление и потери энергии при заряде на нагрев самого аккумулятора в процессе работы. При этом сами пластины толще классических примерно на 3050 %.

Во-вторых, положительные пластины заключены в специальные конверты-сепараторы из особо прочного пористого пластика на основе полипропилена. При этом на поверхности одной из пластин вмазана специальная армирующая сетка из стекловолокна. В отличие от AGM, где жидкий электролит почти полностью сорбирован, в EFB всё-таки есть свободная несвязанная кислота. Тем не менее плотность упаковки всё равно намного больше, чем в классических свинцово-кислотных аккумуляторах, а зазоры между пластинами меньше.

Плюсы EFB

У этих аккумуляторов есть те же проблемы, что и у классических: они боятся глубокого разряда и хранения в таком разряженном виде, но в гораздо меньшей степени. Если мы полностью разрядим обычную батарею и оставим её на неделю-две, то на поверхности пластин начнут образовываться крупные кристаллы сульфата свинца. В норме кристаллы должны быть микроскопического размера для обратимого превращения в оксид при заряде. В случае же глубокого длительного разряда кристаллы будут менять свои размеры, перекристаллизовываясь, и продолжат расти, разрывая активную массу, отваливаясь и осыпаясь на дно аккумулятора. Наиболее крупные кристаллы уже теряют возможность превратиться в оксид свинца полностью, ещё больше снижая ёмкость и увеличивая внутреннее сопротивление. Так происходит неизбежная деградация всех аккумуляторов этого типа.

Но у EFB, как и у AGM, свинцовые пластины прикрыты стекловолокном, которое не даёт активной массе осыпаться и помогает батарее пережить глубокий разряд дольше. Кроме стандартных особенностей этого типа батарей, мы добавили в активную массу отрицательных пластин специальную углеродную добавку. Технологию назвали Carbon Boost. Она позволяет ещё больше снизить деградацию батарей, препятствуя сульфатации пластин. Плюс за счёт высокой проводимости углерод создаёт что-то вроде дополнительных проводящих каналов внутри активной массы. В результате при зарядке кристаллы сульфата превращаются в оксид гораздо быстрее и в большем объёме.

Углеродная добавка это не мифическая вещь типа персидского порошка от клопов у Остапа Бендера, а вполне себе тоже патентованное, но реальное соединение сложного состава. У Carbon Boost первого поколения это был специально химически активированный природный графит, а Carbon Boost 2.0 это синтетически созданное высокомолекулярное соединение на основе углерода. Кому надо оценить красоту зубодробящего химического названия поиск по патентам в открытом доступе.

В итоге за счёт более плотной упаковки пластин и дополнительного эффекта от внесения углеродной добавки мы получаем аккумулятор, который может быстрее заряжаться более высокими токами. При этом за счёт более низкого внутреннего сопротивления мы не приближаем тепловую смерть Вселенной бессмысленным разогревом аккумулятора, а максимально переводим электрическую энергию в энергию химических связей. Это очень важно для машин с системой старт-стоп. Обычный аккумулятор просто не успевает получить достаточный заряд в режиме непрерывного включения и выключения мотора, из-за чего быстро выходит из строя от недозаряда.

Что поставить вместо старой батареи

Тут всё относительно просто. Лучше всего ставить именно то, что рекомендует производитель, если вы ничего существенного не меняли в своем автомобиле. Например, не ставили электрообогреватели стёкол, сидений, мощную акустику и другие потребители энергии, которые не шли в исходной комплектации.

Самое главное правило нельзя делать даунгрейд. Как правило, параметры аккумулятора рассчитываются с очень небольшим запасом, и при переходе на более низкую ступень вы получите нехватку стартового тока, устойчивости к циклам заряда-разряда и гарантированно, быструю деградацию аккумулятора. То есть штатный AGM нельзя заменить новым качественным EFB, так как пиковые токи и количество циклов заряда и его скорость у него всё равно лучше. Аналогично нельзя менять AGM и EFB на традиционные батареи. У них быстро наступят разрушение активной массы и коррозия токоотводящих решёток решеток, если поставить их на машины с системой старт-стоп.

У нас, например, есть топовая модель Exide Premium. Это классический аккумулятор с прекрасными показателями токов холодной прокрутки, сопоставимыми с AGM. Но у него нет стекловолоконной защиты от осыпания активной массы, и устойчивость к циклической заряде-разряде у него в разы ниже, чем у EFB. Он отлично подойдёт для замены штатного аккумулятора в обычных автомобилях, но никакие рекуперация и старт-стоп с ним работать нормально не будут.

Можно ли делать апгрейд? Тут всё немного сложнее. В рамках классической линейки EXIDE Classic -> EXIDE Excell -> EXIDE Premium можно. Разве только что более мощный аккумулятор будет стоить дороже. Более того, вы можете на обычный автомобиль поставить EFB, и оно будет отлично работать.

Если у вас стояла обычная батарея

Апгрейд на EXIDE EFB имеет смысл делать, если вы не любите лишний раз лезть под капот и хотите на несколько лет дольше туда не заглядывать для очередной замены батареи. EFB имеет больше циклов заряда-разряда при прочих равных.
Апгрейд на EXIDE AGM для обычного автомобиля смысла, скорее всего, не имеет. Больший по сравнению со стандартной батареей ток позволит вашей суровой акустике на полтора киловатта не хрипеть, когда при превышении максимального тока обычный аккумулятор начинает просаживать напряжение на пару вольт. В других ситуациях это будет пустой переплатой. Обычный автомобиль редко нуждается в настолько большой мощности, сверхвысокие токи могут помочь при запуске на сильном морозе, но цена будет существенно выше.
Во всех остальных случаях лучше взять EXIDE Premium с углеродной модификацией такой же, как у EFB. Он самый мощный и ёмкий в линейке классических, медленнее деградирует. Если хотите сэкономить берите EXIDE Classic или EXIDE Excell, чтобы соответствовать классу вашего старого аккумулятора. Разумеется, не надо ставить Classic на полноприводный кроссовер с подогревом сидений и кастомной акустикой.

Если у вас стояла EFB

Меняйте на такую же EXIDE EFB равного класса. EXIDE Classic, EXIDE Excell, EXIDE Premium использовать нельзя! Мы специально даже наклейки добавляем на AGM и EFB о том, что замена на традиционную батарею недопустима.

EXIDE AGM имеет смысл ставить опять-таки в случае мощной дополнительной аппаратуры. В остальных случаях вы вряд ли сможете почувствовать какие-то преимущества от намного более мощной батареи даже в автомобилях с системой старт-стоп. Если вы всё-таки решите установить AGM, то обязательно учтите, что автомобили с системой старт-стоп имеют BMS контроллер заряда батареи. Лучше уточнить у производителя, сможет ли штатный контроллер нормально с ней работать.

Не только автомобили

EFB-аккумуляторы работают почти так же круто, как AGM, но стоят дешевле. Если цена вас устраивает, то можно смело заменять устаревшие традиционные аккумуляторы в обычных автомобилях. Только помните, что, хотя они и необслуживаемые, но в отличие от AGM у них всё-таки есть свободный электролит. Сильно трясти, хранить в перевёрнутом виде их не стоит.

Кстати, по своим характеристикам, как и AGM, они должны лучше подходить для тех же ветряков и солнечных панелей с нестабильным профилем зарядки и разряда: больше токи, больше полных рабочих циклов. Хотя и тут лучше использовать специализированные аккумуляторы. А ещё никакого взрывоопасного водорода и долива электролита при правильном использовании.