Про гелевые аккумуляторы и их правильное использование

Свинцово-кислотные аккумуляторы получили довольно широкое распространение как в качестве тяговых батарей (например для питания электропогрузчиков), так и в качестве стартерных батарей автомобилей. В системах бесперебойного и резервного электропитания домов и предприятий также применяются свинцово-кислотные аккумуляторы.

Системы автономного электроснабжения домов зачастую содержат аккумуляторную батарею большой емкости, или сборку на несколько сотен ампер-часов, призванную обеспечить длительное энергоснабжение жилища.

Заряжаться такая батарея может от различных альтернативных источников электричества, таких как блок солнечных панелей, ветряной генератор и другие, а разряд батареи происходит традиционно через мощный инвертор, от которого потребители снабжаются уже переменным током промышленной частоты и стандартного сетевого напряжения.

Традиционные источники бесперебойного питания компьютеров также включают в себя герметичный свинцово-кислотный аккумулятор на несколько ампер-часов.

Первые свинцово-кислотные аккумуляторы в качестве электролита использовали исключительно водный раствор серной кислоты, приготовленный на дистиллированной воде, чтобы соли кальция и магния, присутствующие обычно в воде, не мешали процессу работы аккумулятора. Такой аккумулятор был изготовлен следующим образом.

В электролит погружаются свинцовые решетки, в которые запрессованы диоксид свинца (на аноде, положительном электроде) и металлический свинец (на катоде, отрицательном электроде) в виде порошка.

Между пластинами помещается пористый сепаратор, изготовленный из порошка поливинилхлорида (Мипласт), микропористого эбонита (вулканизированная смесь каучука с силикагелем и серой — Мипор), или полиэтилена, функция которого предотвратить замыкание электродов между собой.

Если шесть таких ячеек, соединить в последовательную цепь, получится аккумуляторная батарея на 12 вольт, соответственно, большее количество ячеек дадут большее напряжение.

Стартерные аккумуляторы с жидким электролитом, повсюду применяются в автомобилях, но особенность этих аккумуляторов такова, что при протекании большого тока в течение длительного времени, их жидкий электролит может легко закипеть. Именно поэтому в таких аккумуляторах предусмотрена возможность доливать электролит.

Их пористые пластины большой площади позволяют кратковременно получать ток силой в 200-300 Ампер для питания стартера. Однако для длительной работы в системах альтернативного электроснабжения и в источниках бесперебойного питания такие аккумуляторы малопригодны.

В начале 1970-х годов инженеры американской компании Gates Rubber Company разработали новый тип герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов на основе абсорбированного электролита.

Технология получила название AGM (Absorbent Glass Mat). С качестве заполнителя батарейных отсеков было впервые применено стекловолокно, пропитанное электролитом. Позже электролит стали сгущать, добавляя силикагель (смесь на основе растворов кремниевых кислот), это создало дополнительные поры, в которых теперь еще лучше удерживался электролит, и позволило полностью заполнить пространство между пластинами. Новый тип аккумуляторов получил широкую популярность как «гелевый аккумулятор», поскольку заполнитель имел консистенцию геля.

Такое решение позволило получить ряд важных преимуществ перед аккумуляторами с жидким электролитом. Во-первых, пропала необходимость в обслуживании нового типа аккумуляторов, поскольку газ наружу не выделяется, он абсорбируется в порах, и ничего не кипит, электролит не меняет свою плотность ни при зарядке, ни при разрядке. Пластины уже не осыпятся.

Гелевый аккумулятор может работать в совершенно любом положении, даже в перевернутом, ничего не выльется и не нарушится. Клапанная регулировка не дает утечь кислоте, и исключает коррозию клемм. Работоспособность гелевого аккумулятора не подводит даже при температурах до минус 30 градусов Цельсия.

Срок службы до 10 лет, а также устойчивость к глубокому разряду – вот те качества, которые делают гелевый аккумулятор перспективным инструментом эффективного электроснабжения на базе устройств альтернативной энергетики.

Особенности конструкции делают батарею на основе геля менее подверженной сульфатации, чем обычная AGM-батарея, и потому гелевые батареи могут без ущерба для емкости оставаться в полностью разряженном состоянии по несколько дней. Гелевая батарея способна выдержать в среднем на 50% больше циклов разряда, чем обычная AGM-батарея.

Один из известных производителей таких аккумуляторов заявляет, что их гелевые батареи способны перенести 350 циклов разряда с глубиной 100%, до 550 — с глубиной 50% и до 1200 — с глубиной 30%. Это превосходные результаты, сводящие эксплуатационные расходы к минимуму, касается ли это автономной системы электроснабжения или источника бесперебойного питания.

Все больше, в некоторых западных странах, набирают популярность гелевые аккумуляторы со спиральными пластинами, которые могут быть значительно большей площади, чем в вариантах компактных корпусов.

За счет большой площади взаимодействия пластин, токи в таких аккумуляторах могут быть чрезвычайно высокими. В некоторых аккумуляторах этот показатель достигает 800 А и даже выше. Единственным серьезным недостатком всех современных гелевых аккумуляторов остается высокая цена.

Полезные моменты по работе с аккумуляторами:

Источник

Что такое гелевый аккумулятор и какие у него плюсы и минусы?

Технологии в производстве аккумуляторных батарей постоянно развиваются. Они становятся все более мощными и надежными. Применение GEL-технологии позволило создать гелевый АКБ, который по многим параметрам превосходит обычные свинцово-кислотные с жидким электролитом внутри. На автомобилях подобные устройства применяются уже достаточно давно и многие автолюбители высоко оценили их эффективность.

История развития

Обратимся немного к истории создания GEL-аккумуляторов. Как и многие другие современные передовые технологии гелевые батареи пришли в автомобилестроение из военной промышленности, а точнее, из авиации. Дело в том, что АКБ с жидким электролитом невозможно применять на самолетах, так как при совершении различных маневров электролит может просто вытечь. Также батареи должны выдерживать частые перепады температуры. Выходом стали АКБ с электролитом в гелевом состоянии. Только не нужно путать понятия «гелевый» и «гелиевый», так как последний подразумевает применение газа гелия, а не вязкую субстанцию.

Гелевый АКБ

Начало создания гелевых АКБ относится к послевоенным годам в Германии. Сын аптекаря Яков Зонненшайн подрабатывал фотографом. Для вспышки ему приходилось таскать тяжелый аккумулятор с жидким электролитом, который постоянно расплескивался и портил одежду. Ему пришла идея загустить жидкость, добавив силикагель и формалин. Формалин выступал в роли стабилизатора, а силикагель – загустителя. Затем появилась фирма «Зонненшайн», которая долгое время была монополистом и единственным производителем батарей данного типа.

Устройство гелевых аккумуляторов

Принцип работы гелевых АКБ ничем не отличается от обычных свинцово-кислотных батарей, но они превосходят их по многим параметрам. Хотя у них есть свои особенные условия эксплуатации. Гелевый аккумулятор имеет большую емкость, долговечность и способен отдавать большой пусковой ток при запуске двигателя.

В них также применяются свинцовые пластины и электролит, которые вступают друг с другом в реакцию. Только электролит находится не в жидком состоянии, а в виде геля. Для этого добавляется специальный силиконовый состав.

Гелевый аккумулятор имеет герметичный корпус, то есть является необслуживаемым. Корпус состоит из шести отсеков или банок. Для пластин применяется только свинец высокой очистки. Сам электролит в виде геля выполняет функцию сепаратора или диэлектрика, который разделяет плюсовые и минусовые пластины. Положительные и отрицательные пластины располагаются параллельно. В процессе эксплуатации он затвердевает, исключая осыпание свинцовых пластин. Этим также объясняется устойчивость к полному разряду. Все шесть банок сверху соединяются перемычками.

Таким образом, составными элементами гелевых АКБ являются:

• высокопрочный и герметичный пластиковый корпус;
• отрицательные и положительные электроды внутри;
• электролит;
• клапаны для отвода газов;
• клеммы.

Работа гелевых аккумуляторов

Благодаря низкому внутреннему сопротивлению гелевые АКБ способны быстро заряжаться и также отдавать большой пусковой ток. Пластины из свинца высокой очистки плотно обволакиваются густым электролитом. Это не дает осыпаться активной массе и препятствует образованию соединений сульфата свинца, как это происходит в обычных свинцово-кислотных батареях.

В процессе работы аккумулятора происходит химическая реакция между пластинами и электролитом, в результате которой вырабатывается необходимый электрический ток. Когда аккумулятор стоит без дела, то происходит процесс сульфатации (образования сульфата свинца), но в гелевых аккумуляторах он происходит очень медленно. За год теряется около 20% заряда. При правильной эксплуатации гелевый аккумулятор исправно прослужит до десяти лет.

Особенности эксплуатации гелевых АКБ

Хотя электролит и находится в состоянии геля внутри батареи, он также может кипеть и выделять газы. Для этого и предназначены клапаны, которые при необходимости сбрасывают давление. Кипение электролита может произойти из-за высокой нагрузки на АКБ (например, большой ток от генератора автомобиля). Если защитного клапана нет, то батарея может просто вздуться и разрушится. Нужно регулярно следить за уровнем и режимом заряда батареи.

Также гелевые аккумуляторы очень чувствительны к режиму заряда. Повышенное напряжение и сила тока при заряде устройства и при эксплуатации может вывести его из строя. Именно поэтому для гелевых АКБ нужны специальные зарядные устройства, которые настраиваются на определенную силу тока.

Гелевые АКБ хорошо показывают себя при низкой температуре в холодное время года. Устройство стабильно держит заряд и не разряжается, как это часто происходит с жидкими свинцово-кислотными батареями. Но снижается способность давать большой пусковой ток для старта. Электролит просто может затвердеть при очень сильном морозе от -30°C и ниже. Также гелевые АКБ бояться перегрева от внешних источников тепла, например, от мотора.

Гелевые АКБ выдерживают больше сеансов заряда-разряда. Это делает такие устройства уникальными по характеристикам. Даже при большой потере заряда батарея восстанавливается и работает дальше, поэтому срок ее эксплуатации в два раза больше. Гелевый аккумулятор прекрасно держит заряд. Может храниться до трех лет без подзарядки практически в любом положении кроме перевернутого.

Также GEL-устройства чувствительны к короткому замыканию в цепи. Даже небольшой перепад может вывести аккумулятор из строя.

Срок службы устройства около 10 лет, но на него напрямую влияют условия эксплуатации. Постоянные слишком высокие или низкие температуры, недозаряд или перезаряд устройства уменьшают его.

Отличие гелевых от AGM аккумуляторов

Отдельно стоит сказать про различия между GEL и AGM аккумуляторов. Очень часто их путают между собой, хотя они имеют различия в конструкции и в характеристиках. AGM в сокращении означает Absorption Glass Matt (абсорбированные стекловолоконные пластины или элементы).

И в гелевых, и в AGM электролит находится в твердом состоянии, но в последних применяются в качестве сепараторов стекловолокно, которое пропитано электролитом. Стекловолокно также исключает замыкание между пластинами и их осыпание. В стекловолокно добавляется алюминий, чтобы уменьшить внутреннее сопротивление. Также пластины и стекловолоконные сепараторы могут быть скручены в спираль, что повышает виброустойчивость и эффективность.

Особенности зарядки

Ввиду высокой чувствительности к перепадам напряжения, для зарядки гелевых АКБ используются специальные устройства. У них есть возможность регулировки напряжения и силы тока. Чтобы не допустить перезаряд, эти приборы имеют функцию выключения при полном заряде батареи. Есть защита от перегрева, учет окружающей температуры, стабильное напряжение. Зарядные устройства для GEL-аккумуляторов могут иметь все эти функции или ограничиваться некоторыми из них.

Зарядное устройство для гелевого АКБ OPTIMA

Для зарядки нужно выставлять силу тока, которая будет равна 10% от емкости батареи. Например, при емкости 60 А/ч необходимо выставить ток 6 ампер. Значение емкости конкретного аккумулятора можно посмотреть на корпусе. Обычно там же указывается и другая важная информация. Длительность зарядки составляет около 10-12 часов. Для быстрой зарядки можно увеличить ток на 30% от емкости, но это не рекомендуется. Напряжение не должно превышать показатель 14,4 В. Если будет больше, то внутри начнется процесс разрушения. Гель просто станет таять и стечет вниз от пластин, что снизит работоспособность.

Преимущества и недостатки

Гелевые АКБ имеют немало плюсов, среди них:

• длительный срок эксплуатации (около 10 лет);
• больше циклов разряд/заряд и порядка 400 полных разрядов;
• хранение АКБ без большой потери емкости до 3 лет;
• высокая эффективность;
• безопасность, т.к. электролит не вытекает;
• прочный и герметичный корпус, возможность эксплуатации в разных положениях.

Но есть и свои некоторые недостатки:

• нужно контролировать напряжение и силу тока при зарядке, не допускать замыкания в цепи;
• электролит чувствителен к сильным морозам;
• высокая цена в сравнении с обычными свинцово-кислотными батареями, в три-четыре раза дороже обычных.

Гелевые аккумуляторы прекрасно показали себя в работе. Это отметили многие водители. Но есть и свои недостатки в виде высокой цены и капризов в эксплуатации. Если эти недостатки будут устранены, получится идеальный аккумулятор. Но и сейчас при правильном уходе и обслуживании они будут эффективно работать на протяжении многих лет.

Источник