А помните время, когда было достаточно просто палатки для выезда?

Нельзя просто так взять и воткнуть обычный аккумулятор в дом на колёсах, лодку или автономный источник питания где-то в горах. Точнее, можно. Но через короткое время он деградирует, и его придётся выбросить. Многие через это проходили, когда пытались использовать обычные стартерные батареи в качестве ИБП для домашнего сервера или как буфер для солнечной батареи.

Чтобы батарея не умирала от глубокого разряда, её внутренняя структура должна быть оптимизирована для таких сценариев. Например, для свинцово-кислотных аккумуляторов нужны более толстые пластины иной конфигурации. Как альтернатива пойдёт литий-ионный вариант, но он очень дорог в пересчёте на запасаемую энергию. Литий имеет смысл использовать там, где вы самостоятельно тащите эту батарею на себе, например, в походах. В остальных ситуациях классические свинцово-кислотные батареи по-прежнему — самый дешёвый способ запасти энергию. Сегодня я расскажу о том, что будет со стартовым аккумулятором при его эксплуатации в качестве резервного и какой тип надо было брать изначально.

Что такое сульфатация

Свинцово-кислотные аккумуляторы постепенно вытесняются литием во многих сферах, в первую очередь — там, где требуются малый вес и высокая энергоёмкость. Условный телефон с пластинами свинца был бы весьма специфичным девайсом. Тем не менее они до сих пор актуальны там, где нужно запасти большой объём энергии за умеренную цену, а вес особо некритичен. На велосипед, например, в качестве вспомогательного тягового аккумулятора не поставишь: замучаешься тащить. А вот в автодом, как резервный аккумулятор на дачу или катер — запросто. Там вес всё равно неважен, а цена на литий уже кусается.

Всё бы хорошо, но у свинцово-кислотных есть одна очень неприятная особенность — они катастрофически быстро деградируют при чрезмерном разряде. По мере разряда свинец на катоде из диоксида постепенно переходит в сульфат. На аноде аналогично идёт образование сульфата свинца, но уже не из оксида, а из чистого губчатого свинца.

Реакция на положительном электроде (зарядка идёт слева направо):

Реакция на отрицательном электроде (зарядка идёт слева направо):

В норме эта реакция почти обратима. Чем более мелкодисперсные кристаллы сульфата свинца образуются, тем легче протекает обратная реакция при зарядке. Кристаллы мелкие, а внутреннее сопротивление пластины невелико, пока батарея не сильно разряжена. Грубо говоря, когда вы разрядили батарею на 20–30 % — всё хорошо. До 100 % можно будет зарядить практически без потерь.

Вот так выглядят новые пластины

Положительная пластина до процесса формирования.

Зеленоватая отрицательная пластина до процесса формирования.

Если аккумулятор разряжать достаточно сильно, а тем более в ноль и подержать некоторое время в разряженном состоянии, то кристаллы сульфата свинца станут настолько крупными (процесс перекристаллизации), что начнут деактивировать активную массу, превращая её в балласт и разрывая внутреннюю структуру пластин. Более крупные кристаллы сульфата свинца, образующиеся на поверхности, печально отвалятся от основной массы и осядут на дне аккумулятора. С этого момента они не смогут участвовать в реакции заряда. Но даже кристаллы, оставшиеся на пластине, из-за своего высокого сопротивления будут очень неохотно превращаться обратно в металлический свинец и оксид. Суммарная рабочая площадь пластин резко падает, и батарея отправляется на утилизацию. Особенно сильно пострадает типовая АКБ от вибрации в разряженном состоянии — это ускорит осыпание пластин.

Если немного поработать ножовкой, то можно добраться до внутренностей аккумулятора. В домашних условиях так делать не надо: они необслуживаемые и с недружелюбной кислотой внутри. Мы такие операции с распиливанием иногда проводим для экспертной оценки того, как чувствует себя аккумулятор после гарантийного срока службы. Вскрытие показало, что пациент умер от вскрытия и мог бы ещё поработать.

Вот так выглядят разряженные пластины. Белёсые участки — это сульфат свинца в виде кристаллов, которые уже не участвуют в электрохимической реакции разряда.

Как восстановить активную массу?

Многие производители стараются бороться с этим различными способами. Мы используем специальные углеродные добавки в активную массу отрицательных пластин для снижения их внутреннего сопротивления, увеличения скорости заряда и снижения риска образования крупных, плохо растворимых кристаллов сульфата свинца. Технологию назвали Carbon Boost, я уже упоминал о ней в прошлых постах. И всё же это не панацея, и даже самые защищённые аккумуляторы умирают от длительного недозаряда даже с учётом стекловолоконной технологии в AGM и использования Carbon Boost.

Частично растворить крупные структуры можно специальными зарядными устройствами, но это всё равно не вернёт исходных параметров батареи, так как часть активной массы просто осыплется на дно АКБ. Хотя бывают варианты и похуже.

Правильный тип аккумулятора

Фундаментальный принцип проектирования почти любой батареи заключается в том, что мы выбираем либо более высокую ёмкость, либо более высокие токи при прочих равных. В свинцово-кислотных АКБ это достигается в первую очередь балансом между толщиной пластин и их количеством. Более тонкие пластины позволяют разместить больше пластин в батарее. Увеличение рабочей площади пластин даёт более мощный выброс энергии, необходимой для запуска двигателя. Более толстые пластины повышают устойчивость к циклам, обеспечивая безопасное, более глубокое и продолжительное время разряда, и могут использоваться для питания различного оборудования.

Стартерные батареи и батареи долгосрочного питания сильно отличаются по строению и используются в различных целях.

Собственно именно этот баланс и важен при выборе аккумулятора. Аккумулятор для запуска двигателя должен иметь возможность отдать большой ток даже в условиях зимы, поэтому в нём применяется больше пластин для достижения большей рабочей поверхности. Он очень редко питает что-то значительное, когда двигатель выключен. По сути, если у вас работают автомагнитола, обогреватель сидений и фары, то почти всегда в этот момент двигатель заведён, и основное питание потребителей обеспечивает генератор.

У автодомов всё не так. Если вы едете в дикую местность на автодоме, то вряд ли будете стоять с заведённым двигателем. Как ни крути, но на холостом ходу двигатель всё равно будет непрерывно жрать топливо. Поэтому подразумевается, что вы накопите достаточное количество энергии по дороге к стоянке в аккумуляторах, а запуск двигателя — это скорее аварийный вариант, если вы не рассчитали ваши потребности и время стоянки.

Резервная батарея чаще всего должна работать, когда двигатель выключен. Обычно это не очень мощные потребители: неяркое светодиодное освещение, компактный холодильник, который скорее термос, и тому подобное. Высокие пиковые токи тут совершенно не нужны. Но зато гораздо более востребованы более энергоёмкие аккумуляторы, способные дольше отдавать энергию. В структуре таких батарей используется меньшее количество более толстых пластин, и как следствие — с меньшей рабочей площадью.

Если провести аналогию, то стартовые аккумуляторы — спринтеры, а резервные — бегуны на длинные дистанции.

Equipment-линейка — самая энергоэффективная и живучая на длинных дистанциях.

У Exide есть две-три ключевые линейки батарей, при этом, как показано на картинке, для одного и того же запаса энергии могут понадобиться три обычных Exide Dual, или один гелевый, или литиевые аккумуляторы:

1. Starter (обычный, AGM) — отдают пиковые токи и предназначены только для запуска двигателя. В качестве источника резервного питания они не подходят: в таком режиме эксплуатации они быстро выйдут из строя.

2. Dual (обычный, AGM и EFB ) — промежуточный вариант, совмещающий два режима работы: пуск двигателя и питание электрооборудования. Они могут отдать большой ток и лучше переносят сильный разряд. Ими можно запустить двигатель, и при этом они подойдут для использования в качестве источника для не очень прожорливого оборудования, например, освещения, телевизора, зарядки электробритвы или насоса для циркуляции воды. При этом более продвинутая технология EFB с применением Carbon Boost и AGM даёт больше запаса энергии из расчёта на килограмм и большую скорость приёма заряда.

3. Equipment (AGM, GEL, Li-ion) — специально для питания оборудования. Двигатель ими в теории завести можно, но это не их профиль: пиковые токи у них существенно ниже. Зато заряд они держат очень долго и могут длительное время питать много разных потребителей. В принципе, если такие аккумуляторы установить на моторную лодку, они вполне смогут длительное время питать ультразвуковой сонар для поиска рыбы или навигационное оборудование. При этом двигатель можно длительное время держать выключенным, чтобы не мешать рыбалке.

Обратите внимание, что за счёт применения различных технологий и более толстых пластин можно глубже безопасно разряжать аккумуляторы резервного питания.

Что ещё важно учитывать?

Для правильного подбора аккумулятора необходимо оценить суммарную мощность всех энергопотребителей и необходимое время работы между перезарядками:

Когда вы рассчитываете энергоёмкость, которая вам потребуется для автономной работы, всегда накидывайте 20 % как коэффициент безопасности. Это хороший резерв на случай превышения квоты и будущей деградации аккумуляторов.

Не забывайте про контроллер заряда и мониторинг. Иначе вы можете приехать в свой замечательный автономный дом в горах и обнаружить, что солнечные батареи занесло снегом два месяца назад, а аккумуляторы разрядились в ноль и теперь кандидаты под замену. Всегда оставляйте пару свободных процентов заряда для возможности подачи аварийного сигнала.

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 30–50 %.

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.

присмотревшись к аккумулятору получше, обнаружил еще несколько отличий:

верх клемм почему-то снят фрезой

на корпусе аккумулятора есть дырка от смотрового окошка, но она заткнута непрозрачной пробкой

естественно мене это не понравилось и я решил связаться с производителем для подтверждения своих подозрений о "левом" происхождении батареи.

Сначала меня попытались убедить, что все ОК - серийник нанесен машиной, а не вручную паяльником, после чего я повысылал менеджеру еще фоток

Параллельно пообещав отправить запрос на завод в Испанию.

В ответ на что я на попавшемся под руку куске пластика нанес паяльником серийник (по мне, так вышло даже ровнее, чем на батарее) и отправил им. также отправил им видео того, как работает маркировочная машина, чтобы убрать последние сомнения в способе нанесения серийника (как оказалось довольно занятный прибор - https://youtu.be/nauT6w_OQYQ )

После чего пообещали обменять аккумулятор на оригинальный:

казалось бы вот он - счастливый финал. Но как оказалось, радоваться было рано

после чего менеджер вообще перестал выходить на связь. На письма также больше не отвечает (прошло уже несколько месяцев).

По итогам истории у меня вообще возникло подозрение, что российский офис в курсе левака, никуда никакой запрос не отправлялся. А я сделал для себя 2 основных вывода:

- при получении стараться проверять оригинальность товара даже при покупке у официалов

- избегать аккумуляторов Exide

P.S. аккумулятор так и не поменял - так и езжу со старым