Гелевые аккумуляторы с жидким электролитом

Как выбрать тяговый аккумулятор

Аккумуляторы с жидким электролитом

Основа жидко-кислотных тяговых аккумуляторов – тяжелые, усиленные сурьмой решетки, толстые пластины с плотным активным материалом, многослойный сепаратор и прочный корпус. Если за такими аккумуляторами правильно ухаживать, они выдержат тысячи циклов заряда/разряда. Однако способность к глубокому разряду омрачается в несколько раз более высокой по сравнению с автомобильными аккумуляторами ценой и недостатками, вытекающими из достоинств.

Толстые пластины и плотный активный материал замедляют скорость диффузии электролита и уменьшают скорость заряда и разряда аккумулятора. Поэтому, каждый раз, когда к аккумулятору подключается мощная нагрузка — запускается двигатель или включается инвертор, напряжение на аккумуляторе падает.

Слева — результат перезарядки гелевого аккумулятора. Жидкость испарилась и электролит превратился в порошок. Справа — взорвавшийся аккумулятор с жидким электролитом

С возрастом аккумулятора падение напряжения возрастает и может упасть настолько сильно, что электронные блоки управления на современных двигателях отключатся, а работа других электронных устройств, подключенных к аккумуляторам, нарушится. Из-за этой особенности тяговые жидко-кислотные аккумуляторы не рекомендуют использовать с мощными устройствами чувствительными к уровню напряжения.

В отличии от кратковременных высоких нагрузок, которые забирают заряд с поверхности аккумуляторных пластин, маломощные устройства разряжают батарею в течении нескольких часов. У аккумулятора появляется время выровнять напряжение по толщине пластины и отдать заряд из ее центральных областей.

Сульфатация

Во время зарядки разряженные внутренние области пластин необходимо перезарядить. Для этого процесс диффузии должен распространится по всей толщине пластины, а на это может потребоваться несколько часов. Если время зарядки ограничено, то аккумулятор полностью не зарядится. Часть сульфата свинца, образовавшегося во внутренних областях пластины во время разряда, сохранится. Сульфат будет медленно превращаться в кристаллы, и через некоторое время нормальная зарядка уже не сможет вернуть их обратно в активную массу.

Таким образом меры, предпринятые для уменьшения повреждений от циклической нагрузки, повышают вероятность сульфатации. Чтобы этого не допустить, продолжительность зарядки аккумулятора периодически увеличивают. Источник еще одной проблемы жидко-кислотных аккумуляторов – сурьма, которую используют для усиления решеток аккумуляторных пластин. Сурьма вызывает слабые токи, разряжающие неиспользуемую аккумуляторную батарею, поэтому если аккумулятор регулярно не подзаряжать, образуется сульфат свинца и емкость аккумулятора уменьшается.

Чтобы уменьшить повреждения от сульфатации, тяговый аккумулятор с жидким электролитом необходимо периодически заряжать до 100%, а затем производить контролируемую перезарядку, называемую выравниванием или кондиционированием.

Цель перезарядки — смягчить затвердевшие кристаллы сульфата свинца и вернуть их к активному использованию. Для этого аккумулятор заряжают током 3-5% от его номинальной емкости (3 — 5 ампер для аккумулятора емкостью 100 Ач) до тех пор, пока напряжение не вырастет до 15,0 — 16,2 вольт. Перед проведением кондиционирования аккумулятор изолируют от нагрузки, чтобы высокое напряжения не повредило чувствительное электронное оборудование.

Все аккумуляторы с жидким электролитом по мере приближения к полной зарядке выделяют газ, а в процессе выравнивания аккумулятор бурлит, как кипящий варочный котел! Взрывоопасные (водород и кислород) и вредные (арсин и стибин) газы, пар, вызывающий коррозию и необходимость долива воды делают использование аккумуляторов с жидким электролитом в некоторых случаях нежелательным.

Гелевые и AGMs батареи лишены недостатков жидко-кислотных аккумуляторов, но обладают собственными проблемами

Гелевые и AGM аккумуляторы

В процессе производства сепараторы и пластины гелевых и AGM аккумуляторов насыщают раствором серной кислоты и затем плотно упаковывают в корпус. Свободного электролита в батареях этого типа меньше, и он перемещается между пластинами не так хорошо, как в жидко-кислотных аккумуляторах. Поэтому чтобы увеличить контакт с электролитом, аккумуляторные пластины делают тоньше. Тесно расположенные пластины меньшей толщины снижают внутреннее сопротивление ячеек — аккумуляторы быстрее разряжаются и разряжаются.

Аккумуляторные батареи Optima – один из вариантов AGM аккумуляторов с низким внутренним сопротивлением. Пластины в этих аккумуляторах плотно упакованы и закручены в спираль. Optima допускают высокий ток заряда, имеют хорошее сопротивление вибрации и большой пусковой ток. Однако из-за того, что аккумуляторы этой марки выпускаются емкостью менее 100 Ач, они плохо подходят для создания больших батарей.

Сравнительные характеристики тяговых аккумуляторов DEKA и Trojan

Производитель	Trojan	Trojan	Deka	Deka	Deka
Модель	6V-AGM	31-GEL	8G31DT	8A31DT	8A4D
Тип электролита	AGM	GEL	GEL	AGM	AGM
Емкость C20, Ач	200	102	102	105	198
Резервная емкость @25Amp, мин	385	200	190	210	413
Напряжение, В	6	12	12	12	12
Вес 1 шт, кг	29	32	32	31,5	59,5

TPPL аккумуляторы – еще одна модификация AGM батарей. Решетки TPPL аккумуляторов состоят из чистого свинца без примеси кальция. Мягкие и податливые пластины толщиной около 1 мм удерживают в корпусе с помощью специальных приспособлений и пасты. TPPL аккумуляторы допускают очень высокий ток заряда и разряда и выдерживают большее количество циклов, чем традиционные AGM батареи.

Зависимость количества циклов аккумуляторов глубокого разряда Trojan от глубины разряда.

С точки зрения абсолютного срока службы, гелевые и AGM-аккумуляторы находятся посредине между стартовыми и высококачественными тяговыми аккумуляторами с жидким электролитом. Однако на практике, из-за низкой скорости проникновения электролита в толстые пластины жидко-кислотных аккумуляторов, батареи этого типа часто заряжаются не полностью и постепенно сульфатируются. При одинаковом времени зарядки гелевые и AGM аккумуляторы заряжаются полнее, а значит выдерживают большее количество циклов.

Решетки в пластинах AGM и гелевых аккумуляторов усиливаются кальцием, а не сурьмой. Из-за этого прочность решеток уменьшается и срок службы аккумуляторов сокращается. Но одновременно во много раз по сравнению с жидко-кислотными аккумуляторами уменьшается внутренний саморазряд. Если аккумулятор с жидким электролитом оставить в разряженном состоянии, в нем начинается сульфатация и он никогда не проработает ожидаемое время. Гелевые и AGM батареи без ущерба остаются разряженными в течение нескольких месяцев.

Плотно упакованные пластины в гелевых, и особенно в AGM аккумуляторах, лучше выдерживают вибрацию во время движения. В разряженных жидко-кислотных аккумуляторах удары электролита при вибрации могут вымыть активный материал из решетки.

Способность гелевых и AGM аккумуляторов быстро отдавать заряд означает, что при больших нагрузках напряжение батареи будет выше, чем у жидко-кислотных аккумуляторов. Если аккумулятор используется для запуска двигателя или с мощным инвертором, то гелевый или AGM аккумулятор меньшей емкости будет работать так же как жидко-кислотный большей.

Зарядка аккумуляторов

Периодическая контролируемая перезарядка – обязательное условие нормальной работы аккумуляторов с жидким электролитом. Традиционно считается, что для гелевых и AGM батарей выполнять эту процедуру не нужно — газообразование и потеря воды ведут к выходу VRLA аккумуляторов из строя.

Однако в последние годы выяснилось, что AGM и особенно TPPL аккумуляторы допускают режим кондиционирования, который напоминает режим выравнивания для аккумуляторов с жидким электролитом. Как и жидко-кислотные, AGM аккумуляторы страдают от сульфатации и из-за этого преждевременно выходят из строя. Поэтому если емкость AGM аккумулятора значительно уменьшается, то ее часто удается восстановить с помощью контролируемой перезарядки.

При правильной зарядке лучшие аккумуляторы с жидким электролитом служат дольше, чем гелевые и AGM батареи, а их стоимость в расчете на один ампер-час энергии существенно меньше. Однако, жидко-кислотные аккумуляторы редко заряжают и обслуживают как положено, поэтому очень немногие из них полностью используют заложенный в конструкции срок службы.

Если для зарядки аккумуляторов используют двигатель, а в стоимость ампер-часа включают стоимость топлива и затраты на обслуживание, то из-за низкой скорости приема заряда жидко-кислотными аккумуляторами, цена их ампер-часа оказывается выше. Разница в стоимости энергии возрастает, если учитывать потери при зарядке и разряде. Для жидко-кислотных аккумуляторов они могут доходить до 40%, а у AGM батарей составляют 15 – 25%. Высокие потери означают большее время зарядки, большую стоимость ампер-часа и большее выделение тепла, особенно у высоконагруженных батарей. Регулярный нагрев также уменьшает срок службы аккумулятора.

Какой тяговый аккумулятор выбрать

Если аккумуляторные батареи на судне не используются в течение нескольких недель или месяцев, то лучший выбор – гелевые или AGM аккумуляторы. У них низкий уровень саморазряда. Кроме того, если владелец не уделяет обслуживанию аккумуляторов даже минимального времени, то гелевые или AGM батареи также более предпочтительны.

Жидко-кислотные аккумуляторы	VRLA аккумуляторы
Потенциальный срок службы больше при меньших затратах	Выше цена, потенциальный срок службы меньше
Мало чувствительны к перезарядке	Чувствительны к перезарядке
Медленная зарядка. Если время зарядки ограничено, стоимость вырабатываемой энергии может быть высока	Быстрая зарядка. Если время зарядки ограничено, стоимость вырабатываемой энергии ниже
Требуется периодическая десульфатация	Десульфатация не требуется
Для десульфатации нужно специальное зарядное устройство	Не требуется
Газообразование при достижении полной зарядки. Опасность взрыва	Нет газообразования в нормальных условиях
Напряжение падает при высокой нагрузке	Лучше держат высокую нагрузку
Установка только в вертикальном положении	Положение не имеет значения
Высокий уровень саморазряда	Низкий уровень саморазряда
Требуется регулярное обслуживание	Обслуживание не требуется

Гелевые и AGM аккумуляторы лучше держат напряжение под большой нагрузкой, при нормальной эксплуатации не выделяют взрывоопасных газов и едких паров и не разливают электролит при повреждениях. Поэтому если на лодке не установлено зарядных устройств с функцией выравнивания и судно используется от случая к случаю, то гелевые или AGM аккумуляторы предпочтительнее жидко-кислотных.

Однако, если владелец заботится об аккумуляторах, имеет устройства для их правильной зарядки и не допускает саморазряда, то аккумуляторы с жидким электролитом прослужат дольше при меньших затратах.

В настоящий момент нет объективных данных, по которым можно сделать вывод о преимуществах гелевых или AGM аккумуляторов разных марок. Однако AGM аккумуляторы обладают меньшим внутренним сопротивлением и меньшими потерями во время разряда и заряда. Значит они заряжаются быстрее, время работы двигателя для их зарядки меньше, а общая стоимость эксплуатации аккумуляторов ниже.

Задайте вопрос,

и получите консультацию по электрооборудованию для катера, яхты, автодома или кемпера

Источник

Все про гелевые аккумуляторы: плюсы, минусы, зарядка, восстановление, срок службы, обслуживание

Каждый автовладелец понимает, насколько важен источник питания в машине. Когда приходит время его менять, многие сталкиваются с тем, что не знают, какой АКБ лучше выбрать и на какие параметры ориентироваться. Рекламы в интернете, по телевизору и в других источниках предостаточно, но выбрать идеальный аккумулятор непросто. Мы постарались собрать всю полезную информацию и рассмотреть плюсы-минусы гелевых источников питания в одной статье.

Что такое гелевый АКБ, его конструкция, характеристики, срок службы

Гелевый аккумулятор – это свинцово-кислотный источник питания, в котором электролит между пластинами находится в абсорбированном, гелевом состоянии. Gel-технология подразумевает полную герметизированность и необслуживаемость этого источника питания, принцип работы которого ничем не отличается от остальных видов аккумуляторов.

Конструкция гелевых АКБ

В привычных свинцово-кислотных аккумуляторах электролит представлен в виде смеси дистиллированной воды и серной кислоты. Gel-технология отличается тем, что кислотный раствор в АКБ находится в виде геля. Такая структура электролита достигается путём добавления в состав силиконового наполнителя, сгущающего смесь.

Несколько высокопрочных пластмассовых цилиндрических блоков, соединённых между собой, образовывают корпус гелевого источника питания.

Основные элементы источника питания:

• положительные и отрицательные электроды;
• пористые пластины-сепараторы;
• электролит;
• клапаны;
• клеммы;
• корпус.

Принцип работы гелевого источника питания аналогичен этому процессу в обычных свинцово-кислотных АКБ — заряженный источник отдает заряд. Во время этого процесса напряжение падает, а плотность электролита уменьшается.

Характеристики Gel-аккумуляторов

Выбирая новый гелевый источник питания, необходимо обратить внимание на следующие параметры:

• Ёмкость — измеряется в ампер/часах. Показывает, в течение какого времени источник питания может отдавать энергию силы тока в 1А.
• Максимальный ток заряда — максимально допустимое значение тока при зарядке АКБ.
• Максимальный ток разряда, он же пусковой ток, показывает значение максимальной силы тока, которую АКБ может обеспечить на протяжении 30 секунд.
• Рабочее напряжение на клеммах — 12В.
• Вес источника питания зависит от его ёмкости и варьируется от 8,2 кг (26 Ач) до 52 кг (260 Ач).

Маркировка гелевых АКБ

Немаловажным параметром выбора нового источника питания является дата его производства. Формат обозначения этой информации зависит от производителя. Разберём основные примеры:

1. Optima: на пластике выдавлены цифры: первая — год, следующие — день выпуска. Например: 3118 означает 2013 год, 118 день. На некоторых моделях дату производства можно найти на наклейке: верхний ряд — месяц, нижний — год.

1. Delta: на наклейке с набором цифр и букв нас интересуют первые четыре знака. Первый (буква) — год начиная с 2011 (А).

Второй (буква) — месяц начиная с января (А).

Третий и четвёртый (цифры) — день месяца

1. Varta: в производственном коде четвёртая цифра — год выпуска, пятая и шестая — месяц (17-январь, 18-февраль, 19-март, 20-апрель, 53-май, 54-июнь, 55-июль, 56-август, 57-сентябрь, 58-октябрь, 59-ноябрь, 60-декабрь).

Срок службы гелевых аккумуляторов

Срок службы гелевого аккумулятора, который сообщают производители — около 10 лет. Однако стоит понимать, что он может меняться в зависимости от условий эксплуатации.

На уменьшение срока службы Gel-аккумулятора влияют слишком низкие (менее −30 °C) и слишком высокие (более +50 °C) температуры. Это связано с тем, что в таких условиях электрохимическая активность источника питания то падает, то возрастает. Стоит отметить, что повышение температуры влечёт за собой ускорение коррозийности пластин. Постоянный недозаряд АКБ также ведёт к уменьшению срока годности батареи. Вместе с тем чрезмерные заряды отрицательно сказываются на продолжительности эксплуатации.

Плюсы и минусы гелевых аккумуляторов

К достоинствам гелевых аккумуляторов стоит отнести:

• продолжительный срок эксплуатации (около 10 лет);
• большое количество циклов зарядов-разрядов;
• до 400 полных разрядов;
• нет необходимости срочно заряжать источник питания в случае его глубокого разряда;
• небольшие потери ёмкости в случае простоя АКБ (около 20% в год);
• прочность и надёжность этого вида источников питания за счёт качественных комплектующих;
• высокая эффективность при малом внутреннем сопротивлении;
• не требуют обслуживания;
• отличаются безопасностью эксплуатации за счёт непроницаемости корпуса.

Вместе с тем стоит сказать и о некоторых недостатках аккумуляторов, изготовленных с помощью gel-технологий:

• При зарядке источника питания следует контролировать подаваемое напряжение. Если превысить допустимое значение, то начнётся процесс разрушения компонентов.
• Чувствительность гелевых АКБ к низким температурным режимам из-за застывания электролита и ухудшения его свойств.
• Чувствительность батарей к коротким замыканиям.
• Высокая стоимость по сравнению со свинцово-кислотными АКБ.

Сравнение: какой аккумулятор лучше, гелевый или кислотный?

Если с плюсами гелевых аккумуляторов все понятно, то что же можно сказать о свинцово-кислотных?

Они проверены временем и их положительные стороны давно известны:

• низкая стоимость;
• приемлемый срок службы около 5 лет;
• устойчивость к перезарядам;
• простота обслуживания и зарядки.

Сравнение показывает, что обычный аккумулятор немногим уступает gel-технологиям. Из основных преимуществ гелевой технологии можно выделить более продолжительный срок эксплуатации, меньшие потери во время простоя автомобиля и устойчивость к глубоким разрядам.

Сравнение: какой АКБ лучше, гелевый или AGM?

AGM-аккумуляторы отличаются наличием электролита не в жидком виде и не в гелевом — кислотный раствор наполняет стеклоткань, которая располагается между пластинами. Благодаря довольно компактному расположению материала, размеры agm-батарей позволяют существенно увеличить ёмкость источника питания. Эти АКБ характеризуются низким внутренним сопротивлением, что позволяет говорить о максимально быстром заряде источника питания и быстром разряде за счёт возможности выдавать большие токи. AGM аккумуляторы выдерживают свыше 200 полных разрядов. Единственной рациональной причиной отказаться от гелевых АКБ в пользу AGM может стать необходимость высоких пусковых токов для завода машины в морозы. По остальным параметрам АГМ технологии существенно проигрывают гелевым.

Зарядка гелевых аккумуляторов

Гелевые аккумуляторы довольно восприимчивы к силе тока и напряжению, поэтому зарядка такого источника питания требует регулировки данных характеристик. Устройства, которыми традиционно заряжают свинцово-кислотные АКБ для зарядки Gel-аккумулятора не подойдут. Поэтому вопрос о том, как правильно заряжать гелевый аккумулятор, стоит подробно рассмотреть подробнее.

Как правильно зарядить гелевый АКБ?

Чтобы правильно зарядить gel-батарею необходимо использовать силу тока равную 10% от ёмкости аккумулятора. Например, АКБ 60 Ач надо заряжать током в 6 ампер. Для срочной подзарядки можно использовать 30%, то есть 18А максимум для указанной ёмкости. На корпусе АКБ есть наклейка, на которой указан рекомендованный максимальный ток зарядки для определённой модели — Max initial current (№1 на фото ниже)

Важно и значение напряжения — оно не должно превышать 14,5В. В противном случае внутри батареи начнётся процесс разрушения — гель будет становиться более жидким и утратит свои свойства. Рекомендованное значение напряжения при зарядке указывается производителями на наклейке после слов Cycle use (№ 2 на фото выше). В таком режиме для полного заряда аккумулятора потребуется 10–12 часов.

Обращаем ваше внимание, для гелевых аккумуляторов предусмотрена возможность режима зарядки для сохранения энергии. Такой способ используется в рамках обслуживания источника питания и рекомендован для периодической подзарядки АКБ. Каким напряжением можно заряжать источник питания для поддержания его работоспособности, указано также на наклейке в строке Standby use (№ 3 на фото выше).

Какая нужна зарядка для гелевых аккумуляторов?

Современный рынок предлагает большое количество всевозможных зарядных устройств для аккумуляторов. Однако стоит помнить, что только свинцово-кислотные могут заряжаться от любого оборудования.

Гелевые источники питания требовательны к напряжению и силе тока, поэтому использование нерегулируемых зарядок может испортить АКБ. Давайте разберёмся, какое зарядное устройство необходимо для обслуживания гелевого аккумулятора.

• Отключение тока после того, как закончится зарядка и защита от перегрева.
• Стабильность напряжения.
• Температурная компенсация — параметры зарядки должны корректироваться в зависимости от температуры аккумулятора и окружающей среды.
• Регулировка тока.

Производители рекомендуют осуществлять зарядку источника питания поэтапно:

1. с увеличением напряжения;
2. снижение тока зарядки;
3. минимальные значения тока и напряжения.

Таким образом, для зарядки гелевых аккумуляторов необходимы импульсные зарядные устройства, которые позволяют регулировать силу тока и напряжение, а также имеют функцию отключения тока.

Зарядка для гелевых АКБ своими руками

Если у вас есть определённые навыки и желание собрать зарядку для аккумулятора самостоятельно, то вы можете сделать это с помощью представленной схемы и видео.

Более подробно о том, как собрать зарядное устройство на микросхеме L200C аккумулятор самостоятельно написано в этот статье: http://rustaste.ru/improvised-charger-for-gel-batteries-l200c.html

Обслуживание: как восстановить гелевый аккумулятор, замена электролита

Если вы обслуживаете источник питания согласно рекомендациям производителя, то скорее всего он беспроблемно отслужит свой срок эксплуатации и не потребует дополнительных действий. Если источник питания вздулся или разрушились пластины, то мы рекомендуем не заниматься его восстановлением, а приобрести новый. В каких случаях можно попытаться оживить гелевый АКБ?

Если вы заметили потерю ёмкости у вашего аккумулятора, то, возможно, произошло высыхание гелевого компонента. В таком случае необходимо восстановить водный баланс элемента с помощью дистиллированной воды. Далее мы поэтапно расскажем, как это сделать.

• Снимите пластиковую крышку.

• Удалите резиновые заглушки на банках.

• Возьмите шприц и наберите 1–2 кубика дистиллированной воды.
• Влейте воду в каждую банку.

• Оставьте батарею на несколько часов, чтобы гель пропитался водой.
• Если воды недостаточно — долейте; если есть излишки — удалите их шприцем.
• Проверьте уровень напряжения на клеммах.
• Верните заглушки на место и закройте аккумулятор крышкой.
• Поставьте батарею на зарядку.

Также оживление аккумулятора может понадобиться при сильной сульфации пластин, которая образовывается во время эксплуатации батареи. Есть два способа десульфации:

• С помощью химического состава Трилон В. Его необходимо приобрести, развести в указанной пропорции и залить в предварительно осушенный аккумулятор. Обращаем ваше внимание, в гелевых аккумуляторах не всегда есть возможность удалить электролит в виде геля полностью. После десульфации с помощью Трилона В понадобится промыть внутренности дистиллированной водой, снова залить гелевый электролит в аккумулятор, предварительно приготовив раствор. Как видите, способ довольно хлопотный и требует знаний и навыков.
• С помощью импульсных токов различной амплитуды. Во время данной операции импульсные токи разрушают сульфат свинца. Стоит отметить, что гелевые аккумуляторы, как говорилось выше, крайне отрицательно воспринимают резкие перепады напряжения и повышенные токи. Пользователи, опробовавшие этот метод, говорят о том, что не всегда получается достичь поставленной цели. Объясняется это тем, что кроме сульфата свинца разрушаются и сами пластины, а это влечёт потерю ёмкости.

Как видите, способы восстановления аккумуляторов существуют, однако, они не очень подходят для гелевых источников питания. Мы рекомендуем не пытаться реанимировать гелевый АКБ, а приобрести новый.

Можно ли в гелевый аккумулятор залить электролит или воду?

В рамках обслуживания гелевых аккумуляторов в них можно доливать дистиллированную воду тем способом, который мы описали выше. Обычную воду из-под крана в источники питания наливать не рекомендовано – в ней слишком много примесей, которые будут мешать протеканию правильно реакции.

Гелевые аккумуляторы для автомобилей довольно популярны благодаря отсутствию необходимости их обслуживания. Как видите, эксплуатация этих источников питания крайне проста. Однако многих отпугивает их высокая стоимость. При должном обслуживании — своевременном подзаряде, соблюдении условий хранения — эта батарея прослужит долго, а восстановление ёмкости не займёт много времени и сил. Как вы ухаживаете за гелевым АКБ? Приходилось ли сталкиваться с проблемами во время зарядки или восстановления? Поделитесь своим опытом с нашими читателями.

Источник