Большой тест 5 «азиатских» аккумуляторов D23. Часть 1: загадочный стандарт JIS

Привет, Хабр! Прошлой осенью мы завершили большой тест шести российских и шести импортных аккумуляторных батарей (АКБ) в корпусе типоразмера L2.

В этом году мы тоже не сидели без дела, и настал черёд аккумуляторов D23, предназначенных для любимых нашим народом азиатских автомобилей. В испытаниях приняли участие 5 АКБ разных брендов:

• Furukawa Battery Super Nova 55D23L,
• Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE,
• Solite 85D23L,
• Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B,
• Exide Premium EA654.

О ходе и результатах испытаний аккумуляторов Тюмень Premium, Tubor Titan Arctic, Space, АкТех Зверь, Decus Hard, АКОМ Reactor, Topla Energy, Banner Power Bull, Ista 7 series, Mutlu SFB, Exide Excell, Varta Стандарт можно прочитать по нижеследующим ссылкам.

Реальный тест 6 российских автомобильных аккумуляторов 2021 года:

• Часть 1: входной контроль и заряд
• Часть 2: фактическая ёмкость
• Часть 3: резервная ёмкость

Большой тест 6 автомобильных аккумуляторов иностранных брендов 2021 года:

• Часть 1: заряд и 20-часовой разряд
• Часть 2: резервная ёмкость

Автомобилисты всегда вспоминают об аккумуляторах в начале зимы. Это является результатом сложения многих факторов:

1. Увеличение энергопотребления в бортовой сети вследствие работы разного рода подогревателей.
2. Затруднённый пуск холодного двигателя с загустевшим от мороза маслом.
3. Замерзание электролита вследствие его расслоения при прогрессирующем недозаряде.

Расслоение электролита и недозаряд усугубляются специфической конструкцией современных кальциевых, в особенности EFB, аккумуляторов.

Электрооборудование сегодняшнего автомобиля потребляет много энергии. А если имеется ещё и система старт-стоп, останавливающая двигатель в оптимальном для пуска положении коленчатого вала при каждой остановке и запускающая его вновь по нажатию педали акселератора, от электрохимического накопителя требуется способность более эффективно не только отдавать, но и принимать заряд.

Ведь теперь число пусков двигателя определяется количеством не стоянок, а остановок. Если аккумулятор не успевает восполнить затраченный заряд за время проезда между светофорами, для системы старт-стоп он не годится. Это учитывается в маркировке на этикетках аккумуляторных батарей.

Плотные многослойные сепараторы, предохраняющие от оплывания толстую, предусмотренную для повышения резервной ёмкости и работы в режиме старт-стоп активную массу пластин, предотвращают короткое замыкание последних и продлевают срок службы современного аккумулятора. Но они же препятствуют перемешиванию электролита и способствуют его расслоению по высоте и объёму банки.

В результате участки активных масс, находящиеся в нижних слоях электролита с повышенным содержанием серной кислоты, заряжаются напряжением бортовой сети менее эффективно. Ведь для осуществления основной токообразующей реакции Гладстона-Трайба в направлении заряда требуется преодолеть термодинамическую ЭДС электрохимической ячейки. А она тем выше, чем выше локальная концентрация кислоты.

Ещё для заряда необходима вода в качестве ингредиента реакции. Да, в свинцово-кислотном аккумуляторе вода — это не только растворитель серной кислоты, разбавляющий её для получения необходимой концентрации. И не только жидкость, в объёме которой происходит перемещение ионов.

При разряде из электролита расходуется кислота. Губчатый свинец активной массы (ОАМ) отрицательных пластин и оксид свинца положительных пластин (ПАМ) превращаются в сульфат. В электролит выделяется вода. Это и есть формула двойной сульфатации Гладстона-Трайба.

При заряде реакция идёт в обратном направлении. Сульфат активных масс превращается в губчатый свинец и его оксид, расходуется вода, выделяется кислота. Активная масса аккумулятора — это не сплошной слой вещества, а пористый материал с развитой поверхностью. Собственно в порах и происходит полезная токообразующая реакция.

Получается, что для протекания заряда требуется отток кислоты (в виде сульфат-ионов) из пор активной массы по всей толщине её слоя и поступление туда воды (гидроксид-ионов). Губчатая структура АМ этому препятствует, плотные сепараторы — ещё более усугубляют эффект.

Для улучшения ионообмена внутри и вокруг активных масс, а также повышения механической прочности и долговечности в них вводят различные армирующие добавки преимущественно волокнистой структуры: целлюлозные, асбестовые, графеновые. В некоторых конструкциях батарей использовалась шерсть сельскохозяйственных животных. Волокнистые добавки к АМ — ещё одна из отличительных черт, присущих современным свинцовым аккумуляторам.

Также при зарядке аккумулятора происходит разложение воды на кислород и водород. Кислород практически сразу реагирует со свинцом, превращая его в оксид. На положительных пластинах он так и остаётся в виде активной массы, на отрицательных — сразу разряжается до сульфата с выделением тепла.

Воздействие кислорода на перемычки между пластинами полублока придаёт им вид шоколадного печенья. Со временем они рассыпаются в результате этой коррозии. Чаще всего такое наблюдается в верхней части герметичных AGM-аккумуляторов, тогда как снизу под действием перезаряда появляются серебристые наросты губчатого свинца, приводящие к коротким замыканиям.

Что касается пузырьков водорода, образующихся при электролизе воды, они приносят как пожаровзрывоопасность и помеху контакту ОАМ с электролитом, забивая поры, так и пользу, перемешивая электролит.

Практически все современные свинцовые аккумуляторы снабжены решётками и перемычками из сплава, легированного кальцием. Это повышает как механическую прочность, так и перенапряжение, необходимое для выделения водорода.

Потому, с одной стороны, значительно снижается потеря воды из электролита по сравнению со старыми сурьмянистыми АКБ, благодаря чему воду теперь не нужно доливать при эксплуатации автомобиля. Многие аккумуляторы стали необслуживаемыми, без доступа к пробкам или без пробок вообще.

С другой стороны, снижается перемешивание электролита и усугубляется его расслоение. В результате расслоения верхние слои электролита с недостаточной концентрацией кислоты могут замёрзнуть в холодное время года, что ведёт к выходу аккумуляторной батареи из строя.

Потому автомобильный аккумулятор перед началом зимнего сезона необходимо полностью зарядить, по возможности проконтролировав плотность электролита (глазок поплавкового индикатора зеленеет при плотности 1.23, тогда как полному заряду соответствует не менее 1.28 килограмма на кубический дециметр).

▍ Входной контроль

Перед началом экспериментов замерим напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) каждого аккумулятора:

• Furukawa Battery Super Nova 55D23L — 12.52 В,
• Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE — 12.48 В,
• Solite 85D23L — 12.66 В,
• Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B — 12.49 В,
• Exide Premium EA654 — 12.46 В.

Как видим, на пути с заводов через склады и магазины батареи успели в значительной мере саморазрядиться.

На аккумуляторе Exide Premium доступ к электролиту отсутствует, в отличие от АКБ того же производителя, но изготовленного по заказу японской компании Mazda для конвейерной установки на автомобили.

Слоган Zoom-Zoom, который мы видим на этикетке батареи, появился в 2002 году. Его расшифровку можно прочитать, например, в инструкции к автомобилям Mazda3 и Mazda3 MPS. Кстати, правильным произношением названия Mazda и фамилии основателя компании — «Мацуда».

На аккумуляторе Solite для доступа к электролиту второй банки можно выкрутить глазок, то есть пробку с поплавковым индикатором плотности. Остальные пять банок без доступа к электролиту.

Furukawa Battery Super и Panasonic (Yuasa) имеют пробки во всех банках. При отсутствии подходящей отвёртки с широким лезвием пробку можно открутить с помощью монеты.

Под всеми пробками наблюдается белёсый налёт сульфата свинца. Положительные и отрицательные электроды одного цвета, что свидетельствует о сульфатации аккумуляторов вследствие саморазряда при хранении.

Потому новый аккумулятор перед установкой под капот автомобиля всегда следует ввести в эксплуатацию, то есть полностью зарядить. О чём мы подробно рассказали в отдельной статье. Это не только увеличит срок службы аккумулятора, но и предотвратит замерзание электролита. Следует помнить, что зимой энергетический баланс аккумулятора на автомобиле отрицательный.

Измерим плотность электролита, где это возможно:

• Furukawa Battery Super Nova 55D23L — 1.25 грамма на кубический сантиметр,
• Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE — 1.24,
• Solite 85D23L — чуть ниже 1.27,
• Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B — 1.24.

Как видим, плотность коррелирует с напряжением разомкнутой цепи.

Для заряда воспользуемся зарядными устройствами Бережок V1, которые избавляют от необходимости программировать профиль заряда и контролировать его процесс. Требуется лишь дважды в сутки наблюдать за максимальным напряжением дозаряда и завершить заряд, если оно не поднялось за 10-12 часов.

Это максимальное значение, индивидуальное для батареи, можно записать и в дальнейшем устанавливать для автоматического завершения заряда.

Забегая вперёд, значения получились такими:

• Furukawa Battery Super Nova 55D23L — 16.1 В,
• Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE — 15.6 В,
• Solite 85D23L — 16.1 В,
• Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B — 16.6 В,
• Exide Premium EA654 — 15.9 В.

Температура в помещении, где заряжаются аккумуляторы, составляет 26.9 градуса Цельсия.

Аккумулятор Exide Premium заряжался 5 суток, остальным четырём хватило двух. Почему так получилось? Изучим этот вопрос далее.

Прошли сутки отстоя с момента отключения аккумуляторов от зарядных устройств. Плотность электролита составила следующие величины:

• Furukawa Battery Super Nova 55D23L — 1.29,
• Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE — 1.285,
• Solite 85D23L — 1.31 (заметим, именно эта АКБ помечена как предназначенная для системы старт-стоп),
• Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B — 1.31 (батарея произведена по технологии EFB — Enhanced Flooded Battery, улучшенная наливная, то есть батарея с жидким электролитом).

Найти дату производства АКБ Furukawa не так просто. Чтобы её разглядеть, пришлось воспользоваться фонариком и опытом чтения врачебного почерка.

Furukawa Battery Super Nova 55D23L изготовлена 9 июня 2021. Эксперимент начинался в декабре 2021 года, то есть прошло 6 месяцев со дня выпуска АКБ.

• Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE — 20 апреля 2021. 8 месяцев.
• Solite 85D23L — май 2021 (код BW4M1). 7 месяцев.
• Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B — январь-февраль 2021 (код 1А). 10 месяцев.
• Exide Premium EA654 — август 2020 (код KIOH09 076). 16 месяцев.

Год и 4 месяца без подзарядки. Именно поэтому ушло так много времени на выравнивающий дозаряд. EFB-аккумуляторы, произведённые по технологиям концерна Эксайд, (например, АКОМ), славятся своей «труднозаряжаемостью». Зато они имеют хорошие параметры и долговечны (если это собственное производство Exide или обеспечен адекватный контроль технологического процесса). И относительно дороги, потому часто долго задерживаются на полках магазинов, в результате чего попадают к покупателю разряженными и сульфатированными, отсюда негативные отзывы.

Чуть не забыли взвесить аккумуляторы. Пока не поздно, восполним этот недочёт:

• Furukawa Battery Super Nova 55D23L — 14.7 кг,
• Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE — 14.0 кг,
• Solite 85D23L — 13.2 кг,
• Mazda (Exide) PE1T-18-520 9B — 15.6 кг (АКБ с технологиями Эксайд традиционно тяжёлые, в них много свинца и высокая плотность упаковки пластин),
• Exide Premium EA654 — 15.6 кг.

Теперь, после полного заряда и отстоя, можно измерить внутреннее сопротивление и ток холодной прокрутки каждого аккумулятора. Первые три батареи маркированы по японскому промышленному стандарту JIS, Japan Industrial Standart. Не все карманные аккумуляторные тестеры имеют встроенную базу данных этого стандарта, потому возьмём тот, что «умеет» по нему работать.

Воспользуемся аккумуляторным тестером Konnwei KW650. Обзор его предшественника KW600, который, в отличие от KW650, поддерживает только 12-вольтовые АКБ и не работает с 6-вольтовыми, мы уже публиковали. Также существует вдвое более дешёвый 12-вольтовый прибор KW208 с чёрно-белым экраном вместо цветного. Все три тестера поддерживают стандарт JIS и подключаются к компьютеру по USB для сохранения результатов измерений и обновления ПО.

Получается такая сводная таблица.

У аккумулятора Panasonic (Yuasa) N-75D23L/JE видим очень странную картину. Согласно этикетке, паспортный ток холодной прокрутки равен 620 амперам. Тестер показывает 488 ампер, но состояние здоровья при этом 100%.

Что это: плохой, поддельный или перемаркированный аккумулятор плюс ошибка тестера?

Дело в том, что амперы на этикетке изображены в стандарте EN. А тестер отображает их в JIS. На корпусе АКБ Furukawa видим таблицу соответствия.

▍ Выводы

Все пять аккумуляторов успешно прошли входной контроль. Их характеристики пускового тока и внутреннего сопротивления соответствуют паспортным.

Аккумулятор Solite среди испытуемых имеет наименьшую цену и массу. При этом удельный пусковой ток на единицу массы заметно выше, чем у Furukawa и Panasonic (Yuasa), но почти не отличается от двух АКБ производства Exide. Также для него заявлена наивысшая ёмкость среди всех рассматриваемых. Потому нет оснований для обвинения этого аккумулятора в тонких пластинах. А результаты измерений фактической ёмкости обнародуем в следующей статье.

Panasonic (Yuasa) второй сверху по цене, с малой массой и наивысшим внутренним сопротивлением, то есть самым низким пусковым током. При этом заявлена немалая ёмкость. Всё это свидетельствует о том, что данный аккумулятор ближе к тяговым, предназначен для автомобилей с лёгким пуском и развитым электрооборудованием, и по идее должен иметь повышенную надёжность. Динамику изменения эксплуатационных характеристик по ходу циклирования мы увидим.

Эксайды традиционно тяжёлые, дорогие и с превышением исходных фактических характеристик над паспортными. Как показал наш опыт работы с АКБ, произведённым по технологиям данного бренда, они специально рассчитаны долгое время не выходить из строя в условиях хронического недозаряда, сульфатации и расслоения электролита.

Однако, к сожалению, морозы неумолимы, и как только концентрация кислоты в электролите сверху банки становится недостаточной для поддержания её жидкого состояния при данной температуре, он замёрзнет. Насколько значительны будут механические повреждения аккумулятора из-за расширения воды при замерзании, — как повезёт. Но вероятность того, что он в таком состоянии не запустит двигатель, более чем высока.

Значит, ли это, что аккумуляторы Эксайд плохие? Нет, это значит, что им, как и всем прочим свинцово-кислотным, особенно необходим периодический полный выравнивающий дозаряд. Только благодаря ему можно воспользоваться тем запасом прочности и надёжности, за который мы платим при покупке АКБ Exіde.

Дальнейшие выводы делать пока рано. Подождём результатов обработки следующих измерений.

Опытные данные для статьи предоставлены автором экспериментов и видео — Аккумуляторщиком Виктором VECTOR.