Как работают гелевые аккумуляторы

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

Устройство гелевого аккумулятора — все о них

Для успешной эксплуатации изучать устройство гелевого аккумулятора обычному пользователю совсем необязательно. Конструкция продумана так, что даже в неосторожных и неумелых руках АКБ будет продолжать безотказно работать. Однако, только зная устройство, можно понять, откуда взяты те самые преимущества и особенности технологий GEL и AGM, о которых говорят производители и продавцы.

Как определить гелевый аккумулятор

Распознать гелевый аккумулятор можно достаточно просто несколькими способами. Самые простые и «безболезненные» — по форме корпуса и по маркировке. Разобрав аккумуляторную батарею, тоже можно узнать, гелевым он был, или нет. Но именно «был», так как разборка в данном случае не предусмотрена производителем.

Однако начать стоит, все же, с разборки, пусть и воображаемой. Это поможет быстрее понять, чем отличается гелевый аккумулятор от не гелевого. Освободив батарею от пластикового корпуса, можно увидеть традиционные для свинцово-кислотных АКБ пластины и сепараторы. Однако классического кислотного электролита в жидком виде здесь нет. Его заменяет гелеобразная субстанция, не обладающая текучестью.

Способы определения гелевого аккумулятора

Гораздо разумнее, и без вреда для самого аккумулятора, распознавать его по маркировке на корпусе. Как узнать гелевый аккумулятор по надписям? Очень просто. На корпусах таких АКБ обязательно красуются три большие буквы – либо AGM, либо GEL. Не заметить их невозможно, так как производитель намеренно пытается донести до пользователя информацию о том, что аккумулятор именно гелевый, а значит – может стоить так дорого.

Узнать по форме корпуса

Следующий способ определения гелевого аккумулятора – по форме корпуса. Большинство автомобильных батарей имеют совсем не традиционную прямоугольную форму. Корпус сделан в виде бочкообразных отсеков. Каждая такая «бочка» – это привычная всем банка, или отсек аккумулятора, который способен выдавать номинальные 2,1 вольта.

Мотоциклетные и скутерные гелевые аккумуляторы тоже определить достаточно просто. Они, как правило, непрозрачные, и не имеют пробок для контроля уровня и плотности электролита. Конструкция именно такая потому, что жидкого электролита, за которым надо следить, в гелевых аккумуляторах нет. Там необслуживаемый гель.

Устройство разных гелевых аккумуляторов

Гелевые аккумуляторы имеют разную конструкцию, хотя базовые принципы взяты из традиционной и всем привычной технологии. Это все те же свинцовые пластины и разделяющие их сепараторы. Это и тот же пластиковый корпус с клеммами «+» и «-». Однако отличия, все же, есть. Причем, разными бывают и сами гелевые аккумуляторы.

Для автомобилей и прочей крупной техники более распространенными являются гелевые аккумуляторы, изготовленные по технологии AGM. В них между пластинами из свинца расположен пористый стекловолоконный материал, пропитанный гелеобразным электролитом. Пакеты с пластинами и стекловолокном плотно сжаты, за счет чего обеспечивается надежный контакт свинца и электролита, что и позволяет проходить электрохимическим реакциям заряда и разряда.

Автомобильные аккумуляторы AGM бывают двух основных конструкций. Первая – классическая, выполненная в прямоугольном корпусе. Пластины в них имеют привычную квадратную форму, и сложены с сепараторами в виде бутерброда.

Вторая разновидность, о которой упоминалось выше, это АКБ, заключенные в корпусе в виде бочкообразных отсеков. Такую форму они имеют потому, что свинцовые пластины в них завернуты рулоном. Производители заявляют, что в таких аккумуляторах они уместили больше свинца и электролита, за счет чего существенно повышена емкость и пусковой ток. Однако на практике повысилась только цена. Принципиально какого-либо ощутимого для пользователя преимущества такая компоновка не дает. Пластины хоть в бутерброде, хоть в рулоне – занимают одно и то же пространство в корпусе. Больше, чем позволяет внутренний объем корпуса, туда не поместишь даже с помощью нанотехнологий.

По поводу бочкообразных аккумуляторов AGM есть ряд и других якобы преимуществ, которые были получены за счет такой формы. Однако все они, по большому счету, просто маркетинговый ход, позволяющий еще больше повысить ценник.

Есть также третья разновидность гелевых аккумуляторов, которые немного отличаются от АКБ AGM. Речь о технологии GEL. В данном случае уже нет никакого стекловолокна, пропитанного гелеобразной субстанцией. Гелеобразный электролит в таких аккумуляторах заполняет все пространство в корпусе, не занятое свинцовыми пластинами. Он и заливается туда изначально в жидком виде, но за счет модификатора превращается в гель. Такие аккумуляторы можно увидеть на мотоциклах, скутерах, мотоблоках, мини-тракторах и даже в китайских фонариках.

Вывод

В целом, гелевые аккумуляторы отличаются от классических только консистенцией электролита. Это все та же кислота, только со специальным модификатором. Принцип выработки и накопления электроэнергии гелевыми аккумуляторами абсолютно такой же, как и у тех, которые заполнены жидким электролитом.

Источник

Гелевый аккумулятор — что это такое и как устроен

Что такое гелевый аккумулятор

Гелевый аккумулятор – это свинцово-кислотный источник питания, в котором электролит между пластинами находится в абсорбированном, гелевом состоянии. В гелевом аккумуляторе электролит загущен силикагелем.

Устройство и принцип работы

И гелевые, и AGM-технологии основаны на концепции свинцово-кислотной технологии, которая была открыта еще в 1869 году. За все эти годы основная технология свинцово-кислотных систем практически не изменилась: электролит является кислотным, а пластины изготовлены из свинца.

Справка! Когда они были впервые представлены, свинцово-кислотные батареи произвели революцию в концепции накопления энергии. Это были самые первые батареи с возможностью подзарядки. Хотя свинец был дорогим, базовая конструкция свинцово-кислотных батарей была пригодна для массового производства. Это позволило снизить расходы до уровня, доступного для многих приложений.

Использование тонких пластин означало, что его можно использовать для приложений, требующих сильных и быстрых скачков тока (пусковые электродвигатели в автомобилях), в то время как более толстая пластина делала его идеальным для применений с глубоким циклом (холодильники, силовое освещение и т. д.).

Разновидности аккумуляторов

Гелевые АКБ имеют тенденцию терять энергию быстрее, чем аккумуляторы AGM, особенно при более низких температурах. Это из-за гелеобразного тиксотропного состава батареи. Аккумуляторы AGM работают в экстремальных погодных условиях, что делает их пригодными для энергоемких зимних коммунальных служб, таких как снегоходы.

Когда дело доходит до глубины разряда (DoD), гелевые аккумуляторы используют кислоту лучше, чем аккумуляторы AGM. Кислота защищает пластины гелевых батарей, расширяя возможности их глубокого разряда. Тем не менее, гелевая батарея должна быть правильно заряжена, иначе это может привести к преждевременному выходу из строя. Шрам внутри желеобразного материала может создавать пакеты, которые разъедают пластины.

Каждый тип батареи имеет свое назначение и использование случай, так что давайте рассмотрим плюсы и минусы каждого.

В течение многих лет залитая свинцово-кислотная батарея была стандартом в солнечной промышленности. Этот тип батареи также используется в тележках для гольфа и вилочных погрузчиках. Они являются наиболее экономичными и долговечными из свинцово-кислотных аккумуляторов.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

Герметичные свинцово-кислотные батареи очень похожи на затопленную версию, но нет доступа во внутренний отсек. Это означает, что вам не нужно добавлять дистиллированную воду. Электролит запечатан внутри, и его достаточно для того, чтобы аккумулятор проработал рассчитанное количество циклов.

Маркировка

Стандартная маркировка аккумуляторов:

Характеристики гелевых аккумуляторов

Обе категории, относящиеся к герметичным свинцово-кислотным батареям , батарея AGM (абсорбирующее матовое стекло) и гелевая батарея, часто ошибочно принимают за одно и то же. Обе батареи обладают схожими характеристиками, такими как возможности глубокого цикла , неразрывная конструкция, и обе могут использоваться в разных ориентациях. Аккумуляторы двух типов также известны своими низкими саморазрядами, низкими эксплуатационными расходами и устойчивостью к вибрации. Тем не менее, AGM и гель являются двумя совершенно разными типами батарей.

Иногда вы видите, что они называются VRLA (свинцово-кислотные аккумуляторы с регулирующим клапаном), потому что они имеют небольшой клапан, позволяющий выходить из газов, которые возникают во время зарядки.

Абсорбирующие батарейки из матового стекла являются наиболее популярными батареями VRLA, поскольку они могут работать в самых разных условиях. Электролит подвешен в тонком стекловолоконном мате, который расположен между свинцовыми пластинами. Это позволяет аккумулятору быть устойчивым к вибрации, что делает их отличным выбором для RV и других мобильных приложений.

Гелевая аккумуляторная батарея также может быть установлена в любой ориентации. Обычно их устанавливают по бокам для удобного размещения и подключения.

Гелиевый АКБ стоит дороже, чем затопленные свинцово-кислботные аккумуляторы, и они не служат так же долго. Но за эту дополнительную цену вы получаете роскошь, когда вам не нужно обслуживать батареи или иметь дело с тем большим количеством газа, которое выделяется на этапе зарядки. ИБП отлично совместимы с подобного рода аккумуляторами.

Параметры

Гелевые аккумуляторы являются самыми дорогими из аккумуляторов VRLA, но являются отличными кандидатами для проектов, которые требуют очень медленного глубокого разряда. Они также служат дольше при более высоких температурах, так что вы можете выбрать их, если вас беспокоит высокая температура окружающей среды в помещении, где находятся батареи.

Люди часто принимают гель за AGM, и это может повлиять на срок службы батареи. Гелевые аккумуляторы являются наиболее чувствительными из аккумуляторов VRLA, и очень важно, чтобы в вашем приложении использовались правильные параметры зарядки, когда у вас есть гелевые аккумуляторы, которые могут состоять из разных типов геля.

Срок службы

При сюблюдении всех условий эксплуатации и норм обслуживания, срок годности будет равен 5-7 годам.

Сферы применения

Аккумуляторы AGM используют специальный стеклянный коврик из тонких стеклянных волокон. Это разработано, чтобы поглотить электролиты между пластинами батареи.

Гелевые аккумуляторы , с другой стороны, используют специальный тип силикагеля, который удерживает электролиты вместе. Густая консистенция материала позволяет электронам свободно вытекать из пластин.

В этом посте мы сравниваем два типа батарей, чтобы понять, какой из них соответствует вашим потребностям. Эти две батареи классифицируются как свинцово-кислотные батареи с регулирующим клапаном (VRLA). Кислород, образующийся на положительных пластинах свинцово-кислотных батарей, поглощается отрицательными пластинами. В свою очередь, отрицательные пластины производят воду. Это помогает исключить тепло от химической реакции, производимой электролитами . Из-за этого пользователю не нужно поливать эти батареи, что делает их необслуживаемыми.

Преимущества и недостатки гелевых аккумуляторов

Гелевые аккумуляторы дороже, чем другие типы свинцово-кислотных аккумуляторов, поэтому они не идеальны за пределами небольшого количества конкретных солнечных приложений (в основном, с очень жарким климатом). Технология затмила другие типы батарей, которые были разработаны совсем недавно.

Плюсы и минусы

Рассмотрим гелевый аккумулятор, его плюсы и минусы с точки зрения практической пользы:

Плюсы батарей:

1. Лучше всего подходит для применений с глубоким циклом, и их срок службы обычно составляет от 500 до 5000 циклов
2. Бесплатная поддержка
3. Поэтому минимальная коррозия совместима с чувствительным электронным оборудованием
4. Прочный и виброустойчивый
5. Очень безопасно, так как меньше риск ожогов серной кислотой
6. Самая низкая цена за месяц (стоимость / месяцы жизни)
7. Самая низкая цена за цикл (стоимость / жизненные циклы)

Минусы:

1. Высокая начальная стоимость
2. В случае перезарядки вода не может быть пополнена.
3. Требуются специальные зарядные устройства и регуляторы.
4. Горячие температуры могут отрицательно повлиять на кислоту, она может сильно повредить гель и может соскользнуть с пластин.

Чем отличается от обычного, от других видов

Аккумуляторы VRLA выпускаются в двух разных версиях: аккумуляторы AGM и гелевые аккумуляторы. В гелевой батарее определенные элементы – часто специфические смеси кремния – добавляются в кислоту батареи, превращая электролит в гелеобразное вещество, которое не может вытекать. Путем «сверления» каналов в геле газообразный кислород перемещается из положительной пластины в отрицательную пластину. Здесь он сталкивается с газообразным водородом и рекомбинирует в воду, выделяя энергию. Гелевые аккумуляторы имеют отличную емкость, но слегка повышенная кислотостойкость делает их менее пригодными для использования в качестве стартовых аккумуляторов. Они обладают высокой устойчивостью к чрезмерно глубокому разряду, сохраняя функцию даже при разряде батареи до 20% от ее номинальной емкости.

Обычный аккумулятор AGM сравнительно дешевле, чем gel аккумулятор но он имеет более длительный срок службы и при необходимости дает более мощный импульс. Эта батарея лучше всего работает в условиях высокой мощности, например, в спортивных автомобилях.

• Залитые свинцово-кислотные батареи являются наиболее экономически выгодным вариантом, но требуют регулярного технического обслуживания, когда герметичные свинцово-кислотные батареи (AGM и гель) стоят дороже, но не требуют регулярного технического обслуживания.
• Аккумуляторы AGM противостоят вибрации и могут выдерживать более высокие скорости зарядки / разрядки, а гелевые аккумуляторы могут выдерживать высокие температуры и лучше всего работают при медленном и глубоком разряде миносового контакта.

Аккумуляторы бывают разных форм и размеров. В солнечной промышленности для наших целей хорошо работают две батареи: свинцово-кислотные и литиевые, хоть они и могут существенно отличаться.

Как ведет себя при минусовых температурах

При низких (ниже 30 градусов) гель начинает хуже проводить ток и отдавать энергию. При резком нагреве может наблюдаться деструкция гелевой структуры, которая снижает срок службы аккумулятора.

Как обслуживать гелевый аккумулятор

Обслуживание гелевых аккумуляторов это восстановлению объема геля-электролита и заряда батареи. Несмотря на то, что поставщики не делают особенный упор на то, что в гелевых батареях происходит полная регенерация газов и они не поступают в атмосферу, утечка всё-таки присутствует. После использования батарею нужно правильно утилизировать.

Зарядное устройство

Хорошее зарядное устройство, допустим, Auto Welle AW05-1204, поддерживает заряд в несколько стадий, каждая из которых активируется в автоматическом режиме. Мультистудийный заряд позволяет держаться оптимальных параметров, которые зависят от заряда аккумулятора. Повышенная точность выходных параметров позвоялет обеспечить 100% заряд. Простые ЗУ работают в 2-3 этапа, в дорогих приборах заряд может производится в 5 и больше этапов.

Особенности зарядки

Низкокачественная зарядка аккумулятора может нести для него опасность. Например, превышение тока зарядки может привести к “усыханию” аккумулятора. По стандарту, гелевые АКБ считаются самодостаточными (не обслуживаются), так как держат воду в своих капсулах. Тем не менее при повышенном токе заряда могут проходить испарения через клапаны защиты. Отработанный аккумулятор сильно теряет свои характеристики.

Проверка работоспособности

Рекомендуется выполнить тестовый запуск в объеме 30-40 процентов от планируемой нагрузки. Чтобы убедиться в рациональность выбора нагрузки для теста, лучше обратиться к инструкции и уточнить данные там.

Замена электролита

Замена электролита производится только в мастерских и профессиональных сервисных центрах. Самостоятельная замена, которая часто кажется пользователям легкой и незначительной, может окончиться взрывом аккумулятора и травмой.

Заключение

Аккумуляторы AGM превосходят типы гелей в отношении долговечности, долговечности и зарядки. Они также дешевле и работают в разных погодных условиях.

Гелевые батареи из-за их гелеобразного состава имеют меньший процент утечки по сравнению с батареями AGM.

Источник