Первый в истории электростартер и автомобильные стартерные аккумуляторы

Упрощение ранее сложного процесса ручного запуска с помощью небольшого электрического стартера и свинцово-кислотной батареи очень быстро повлияло на ход истории автомобилестроения.

Поворотом ключа или нажатием кнопки запуск автомобиля сегодня считается само собой разумеющимся. Но столетие назад завести машину не всегда было так просто. До появления электростартера требовалось приложить руку, много мышц и немного надежды, чтобы начать движение.

В то время запуск автомобиля с двигателем внутреннего сгорания был во многом похож на запуск газонокосилки сегодня. Это было не только сложно физически, но и опасно. В то время случались случаи травм и даже гибели людей при попытке завести автомобиль.

Перезаряжаемые свинцово-кислотные батареи были изобретены в 1859 году французским врачом Гастоном Планте. Это изобретение привело к быстрому развитию и появлению более крупных и мощных свинцово-кислотных батарей, подобные которым до сих пор встречаются почти в каждой машине на дорогах.

В истории развития автотранспорта аккумуляторные батареи с самого начала играли весьма заметную роль. В первом десятилетии XX века аккумуляторами пользовались исключительно для зажигания горючей смеси. Но уже к 1912 г. большинство американских автомашин обладали осветительной установкой из динамо-машины и аккумуляторной батареи.

Первый автомобильный электрический стартер был придуман легендарным автомобильным инженером Чарльзом Кеттерингом, одним из основатели завода по производству аккумуляторов и запчастей Delco (компания Dayton Engineering Laboratories).

Автомобиль Cadillac 1912 года, оснащенный электрическим стартером и получивший прозвище «Автомобиль без заводной рукоятки», произвел революцию в автомобильной промышленности, сделав поездки на автомобиле более доступными для женщин и мужчин, которые не хотели получать травму из-за запуска двигателя.

Это была необычная система, в которой для питания стартера использовались четыре батареи по шесть вольт, объединенные вместе (24 вольта). Он также имел поворотный переключатель, который после запуска позволял генератору заряжать каждую батарею на шесть вольт.

Изобретение системы электрического зажигания считают главной причиной потери интереса к электромобилям в начале XX века, которое в сочетании с гораздо меньшими аккумуляторными батареями и генераторами помогло вбить последние гвозди в гроб развития электромобилей на более чем полвека.

Продажи электромобилей увеличивались вплоть до 1912 года, однако после изобретения наступила эра бензинового и дизельного транспорта. Электромобили стали относительно более дорогими и менее практичными, даже с ростом доступа к электричеству в городах, с более низкими максимальными скоростями по сравнению с бензиновыми автомобилями и более ограниченным запасом хода.

Открытие и расширение добычи нефти в Техасе и в огромных количествах по всему миру означало, что бензин был относительно дешевым и доступным в больших количествах, что привело к упадку первых потребительских электромобилей к 1920 году.

Автомобилю с бензобаком просто повезло. Оборудованный мощным и экономичным двигателем внутреннего сгорания, он уже в начале века уверенно «растолкал» конкурентов, отодвинув на боковые дорожки прогресса все другие виды безрельсового наземного транспорта, включая электромобиль.

Первые серьезные попытки потеснить на автомобильном Олимпе это чудо XX века, поглощающее в огромных количествах бензин, были предприняты лишь после нефтяного кризиса 70-х гг., когда резко вздорожали все виды нефтяного моторного топлива.

По иронии судьбы, когда электромобили исчезли, победители, работающие на бензине, дизельном топливе и газе, становились все более и более электрифицированными, а динамо-машины - предшественники современных генераторов - помогали питать не только электрические системы зажигания, но вскоре и фары, дворники и климат-контроль.

В 1926 г. все зарубежные легковые и грузовые машины уже снабжены электрическими стартерами и освещением. К этому времени, постепенно совершенствуясь, были созданы батареи некоторого стандартного типа, способные устойчиво работать при резкоколеблющихся режимах разряда.

Появление в конце 1911 г. электрических стартеров, получивших всеобщее признание во время Первой мировой войны, потребовало создания специальных стартерных батарей, способных доставлять мощные токи порядка 100 — 200 и более ампер.

Первые стартерные аккумуляторы отечественного производства, построенные по образцу выпускаемых французскими заводами «ТЕМ», относятся к 1927 г. Батареи типа СТЭ (свинцовые стартерные аккумуляторные батареи), на 3 и 6 элементов емкостью от 48 до 144 А-ч при 20-часовом разряде. Дальнейшее усовершенствование стартерных аккумуляторов связано с увеличением числа потребителей электроэнергии на автомобилях и, особенно, с внедрением транспортных дизелей.

Несмотря на более высокое напряжение (12 и 24 В) — разрядный ток в дизельных стартерах в нормальных условиях запуска при температуре 10 — 15° С — в первое мгновение достигает 1100 — 1400 А, а затем колеблется, соответственно тактам сжатия и расширения, в пределах 400 — 600 А. При понижении температуры запуск дизелей еще более усложняется.

Неоднократные попытки применения для стартеров щелочных аккумуляторов Эдисона и Юнгнера долгое время оставались безрезультатными. Главнейшей причиной неуспеха являлись высокое внутреннее сопротивление (в 2 — 5 раз выше кислотных) и значительная разница между напряжением заряда и разряда. Интересный штрих — компания, изготовливающая в США аккумуляторы Эдисона, имела специальный завод свинцовых стартерных батарей.

Лишь в конце 1932 г. французские заводы SAFT выпустили  стартерные щелочные (никель-кадмиевые) батареи с очень небольшим внутренним сопротивлением. Эти аккумуляторы показали в практических условиях работы настолько удовлетворительные результаты, что уже к 1935 г. производство подобных батарей было налажено в Германии.

Выяснилось, что электрические характеристики кикель-кадмиевых батарей (в том числе и работа при низких температурах) не уступают свинцовым аккумуляторам. Весьма ценным свойством является небольшое (по сравнению со свинцовыми) снижение емкости при увеличении разрядного тока.

К стартерной батарее в первую очередь предъявляется требование в любых эксплуатационных условиях (низкая температура электролита, холодный двигатель) доставлять большие и резко колеблющиеся токи при минимальных колебаниях напряжения. Обязательны высокая механическая прочность и возможно малые объем и вес. Желателен продолжительный срок службы с гарантией во времени и емкости.

Как ни странно, учитывая их доминирование, свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы практически не развивались с точки зрения технологий за последние полвека.

В конце 1950-х годов электрические системы автомобилей перешли с шести вольт на 12 вольт и с тех пор остаются таковыми (смотрите - Бортовая сеть автомобиля). В 1970-х годах появление необслуживаемых аккумуляторов уменьшило или устранило необходимость добавлять в них воду.

Надежная свинцово-кислотная батарея осталась почти такой же, несмотря на значительное увеличение количества электронных аксессуаров и вычислительной мощности современных автомобилей.

Смотрите также:

Руководство "Свинцовые стартерные аккумяляторные батареи" 1983 года в PDF - скачать руководство

Признаки неисправности аккумуляторной батареи

Какие аккумуляторы используются в современных электроавтомобилях

Яков Кузнецов