Аккумуляторные батареи – что нового?
Преимущества и недостатки AGM аккумуляторов
Зимний сезон в России – суровое испытание для коммерческих автомобилей и дорожно-строительной техники. Одна из основных трудностей – пуск холодного двигателя. Любой эксплуатационщик знает, что для надежного пуска двигателя нужен мощный и емкий аккумулятор.
По назначению различают два вида аккумуляторных батарей (АКБ): стартерные, которые используются для пуска двигателя, и тяговые (многократного цикла глубокого заряда-разряда, англоязычное наименование deep cycle), которые применяются как самостоятельный источник энергии в электрокарах, железнодорожных поездах, самолетах, на судах, в шахтах, электростанциях и т. д.
По конструкции различают кислотные и щелочные АКБ. Свинцово-кислотные батареи более широко распространены. Хорошо известны как их достоинства, так и недостатки. Щелочные батареи также давно применяются и неплохо знакомы потребителю.
К аккумуляторам нового поколения относятся так называемые свинцово-кислотные VRLA аккумуляторы (Valve Regulated Lead Acid, свинцово-кислотные с предохранительными клапанами) двух типов: гелевые и AGM-батареи. Они имеют герметизированный корпус с предохранительными клапанами для выпуска избыточного газа и являются необслуживаемыми.
Основной задачей при создании необслуживаемой аккумуляторной батареи является снижение объема газов, выделяющихся на конечной стадии заряда. Одним из способов, которым это достигается, является сокращение объема электролита в батарее.
Технология свинцово-кислотных аккумуляторов AGM (англ. absorbent glass mat, абсорбирующая прокладка из стекловолокна) известна специалистам уже около 40 лет – они были разработаны в начале 1970-х годов, а производить их начали в США в 1985-м первоначально для военной авиации, в качестве автономных источников энергии для телекоммуникационных систем и сигнализации – аварийной и транспортной.
Сначала были созданы АКБ небольших типоразмеров – от 1 до 30 А.ч. А недавно аккумуляторы AGM стали применяться на коммерческих автомобилях и спецтехнике, и интерес к ним постоянно растет.
В отличие от обычной АКБ внутри AGM нет свободного жидкого электролита. Между положительными и отрицательными пластинами расположены изолирующие прокладки из ультратонкого стекловолокна и бумажных волокон, обладающие большой пористостью. Весь электролит содержится в пористой прокладке (сепараторе) и в активном материале пластин. При этом количество электролита дозируется таким образом, чтобы мелкие поры оказались заполнены, а крупные остались свободными для циркуляции выделяющихся в результате химических процессов газов. В конструкцию входит система рекомбинации выделяющихся газов: образующиеся при работе аккумулятора водород и кислород не успевают покинуть аккумулятор до того, как снова превратятся в воду. Сепараторы и пластины плотно прижаты друг к другу.
Преимущества AGM
Аккумуляторы AGM лучше справляются с повышенными нагрузками. Основная проблема при использовании обычных АКБ – сокращение срока их службы вследствие высоких электрических нагрузок, потому что в современных машинах гораздо больше потребителей электрической энергии, чем раньше (бортовой компьютер, предпусковой подогреватель и т. д.), из-за этого к аккумуляторной батарее предъявляются дополнительные требования. К тому же AGM могут разряжаться, не повреждаясь, до 40% и до 30% – без серьезного сокращения срока службы. Для сравнения: аккумуляторы традиционной конструкции будут серьезно повреждены при многократных разрядах ниже 50% – их емкость упадет до 15…20% от первоначальной величины. Поскольку пластины и прокладки в аккумуляторах AGM гораздо плотнее прижаты друг к другу, а корпуса герметизированы, эти аккумуляторы более устойчивы к воздействию вибрации и ударных нагрузок, от которых страдают на отечественных дорогах и бездорожье АКБ магистральных грузовиков и дорожно-строительных машин. Благодаря всем перечисленным выше качествам срок службы батарей AGM гораздо больше, чем обычных АКБ.
Аккумуляторы AGM менее чувствительны к колебаниям температуры и способны работать при более низких температурах – от –40 и до +70 °С, поскольку не содержат свободной воды, которая бы могла замерзнуть и расшириться, соответственно срок их службы при низких температурах гораздо больше, чем обычных аккумуляторов.
Батареи AGM совершенно не нуждаются в обслуживании, корпус батареи полностью герметичен, и открывать банки, проверять или доливать дистиллированную воду и тем более электролит не требуется в течение всего срока службы. Благодаря этому они быстрее окупаются, несмотря на высокую стоимость. Благодаря увеличенному сроку службы стоимость эксплуатации аккумуляторов AGM будет меньше, чем традиционных.
Рабочие характеристики АКБ традиционной конструкции можно оценивать по массе: чем большее количество губчатого свинца содержится в батарее, тем большей величины ток она способна отдать, тем большие нагрузки способна выдерживать и дольше служить.
Обычно стартерная АКБ затрачивает на один пуск двигателя не более 1% своего заряда.
В строительной технике обычно используют более удобные в эксплуатации «необслуживаемые» аккумуляторы. Однако несмотря на название они требуют определенного обслуживания: выводы надо регулярно очищать от коррозии, степень зарядки и общее состояние следует контролировать через каждые 25. 30 тыс. км пробега или соответствующее количество моточасов.
У батарей AGM внутреннее электрическое сопротивление гораздо меньше, чем у традиционных, и благодаря этому они способны отдавать более высокие токи за короткое время (что особенно важно при холодном пуске двигателя) и быстрее заряжаться (до 4 раз быстрее), выделение тепла при этих процессах значительно меньше, чем у обычных батарей (у AGM превращается в тепло 4%, а у обычных аккумуляторов 15…20% энергии при заряде-разряде). Для зарядки такого аккумулятора требуется меньше энергии генератора (так как потери при зарядке меньше), следовательно, расход топлива двигателем будет меньше.
Аккумуляторы AGM не содержат свободного электролита и герметичны, поэтому утечка электролита из них в принципе исключена, они безопасны при переворачивании. AGM могут работать в любом положении, даже «лежа на боку». Батареи AGM можно использовать практически на любой машине.
Процесс саморазряда у AGM идет значительно медленнее (1…3% в месяц), чем у традиционных батарей, т. е. их можно хранить целый год, и потом даже не потребуется подзаряжать. Вообще батареи AGM могут храниться более долгое время, чем обычные аккумуляторы.
Уже освоено серийное производство аккумуляторов AGM, а это значит, что стоимость их значительно снижается. Тем не менее преимущества батарей AGM не обеспечивают им всеобщего признания.
Что сдерживает распространение AGM
Ежегодно в мире производят 110 млн. аккумуляторных батарей, но AGM составляют в этом объеме лишь незначительную часть. Во-первых, далеко не все производители АКБ занимаются изготовлением AGM, потому что эта технология сложнее традиционной. К тому же батареи AGM стоят дороже традиционных примерно в 2,0. 2,5 раза, поскольку дороже технологии их производства и используемые материалы. AGM приблизительно на 30% больше и тяжелее, чем обычные аккумуляторы такой же емкости.
Батареи AGM более чувствительны к перезарядке. Зарядные устройства, которые сейчас используют в машинных парках для зарядки обычных аккумуляторов, непригодны для зарядки AGM и могут вывести их из строя за несколько часов. Для AGM требуются зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не более ±1%. Специальные приборы для зарядки батарей AGM могут стоить более 30 тыс. руб. каждый. Тестеры для проверки батарей также могут быть непригодны для AGM и потребуют замены или перенастройки. Видимо, потребуется заменять реле-регулятор генератора на машине на более точный прибор. Вероятно, и обслуживающий персонал придется специально обучать работе с AGM. В общем, процесс зарядки аккумуляторов AGM в любом случае потребует больше внимания по сравнению с традиционными аккумуляторами.
Не рекомендуется использовать батареи AGM при температурах выше 50 °С, так как их срок службы существенно сокращается при высоких температурах. Аккумуляторы AGM категорически нельзя применять вместе с обычными свинцово-кислотными батареями. Они могут работать только с такими же по сроку службы и емкости аккумуляторами AGM.
Если на обычные АКБ производители обычно дают гарантию 18 месяцев, то на AGM гарантия не более 24 месяцев, т. е. при увеличении цены вдвое гарантийный срок возрастает лишь на 25%.
В настоящее время много батарей AGM производится в Китае, они дешевле аккумуляторов американского и европейского производства, но об уровне их качества достоверных сведений в печати пока не публиковалось, возможно, он соответствует оригинальному, а возможно, и нет.
Гелевые аккумуляторы
«Все новое – это хорошо забытое старое». В этой поговорке немалая доля истины, в чем я в очередной раз убедился, ознакомившись с устройством гелевых АКБ. Когда-то в детстве из мальчишеского любопытства я разбил молотком батарейку от карманного фонарика и обнаружил внутри едкое желеобразное вещество, а позже я узнал, что это электролит.
Аккумуляторы AGM иногда путают с гелевыми батареями (англоязычное обозначение GEL), также относящимися к необслуживаемым. Однако между ними существует принципиальная разница: в AGM электролит содержится в виде жидкости, абсорбированной прокладками, а в гелевых, как следует из их названия, электролит находится в состоянии геля. В качестве загустителя электролита применяют силикагель (SiO2), алюмогель и др. Сегодня мы не будем подробно рассматривать электролитические «гелевые» элементы, потому что они практически не применяются на тяжелой технике и лишь иногда – на садовых косилках и других малых машинах.
Интересное исследование провели американские маркетологи (см. графики). Они сравнили удельные экономические показатели нескольких АКБ разного типа: традиционной конструкции, AGM и гелевой. Как видно из графиков, по выбранным исследователями параметрам у батарей AGM и гелевой показатели «средние» – не оптимальные, но и не самые худшие.
Итак, что же выбрать: сэкономить при покупке обычной батареи или потратиться на AGM?
AGM, конечно, не лучший выбор для любой сферы применения, но в определенных тяжелых условиях эксплуатации, где их преимущества будут приносить наибольшую выгоду, их можно и надо использовать.
Одна из самых больших ошибок, которую допускают владельцы машин при покупке АКБ, это то, что они выбирают ее по единственному критерию – цене. Следует проанализировать, какие нагрузки должна будет выдерживать батарея во время эксплуатации и какое техническое обслуживание для нее потребуется. Именно по этим параметрам аккумуляторы AGM могут значительно превосходить аккумуляторы традиционной конструкции и в случае использования принесут владельцу ощутимую выгоду.
Источник
Что надо знать о гелевых и AGM-аккумуляторах, чтобы не тратить деньги впустую?
Когда в январе 2011 года мы выясняли, в какие деньги обойдется покупка аккумулятора AGM в розничной торговле, оказалось, что такие батареи марок Varta и Banner емкостью 70 Ач и пусковым током 760 А предлагались по цене 780 тыс. руб., что в переводе в «условные единицы» по действующему на тот момент курсу составляло около 250 у.е.
Сегодня в рознице аналогичные батареи тех же марок можно купить за 290-300 руб., что составляет порядка 152-158 у.е. при нынешнем курсе. Это к тому, что просьба рассказать про преимущества гелевых и AGM-аккумуляторов, поскольку они стали более доступными, с которой обратился к нам один из читателей ABW.BY, в той части, где приславший письмо указывает на их доступность, соответствует действительности.
Осталось поговорить об особенностях устройства гелевых аккумуляторов и батарей, изготовленных по технологии AGM, их отличиях от аккумуляторов традиционной конструкции, достоинствах, а также недостатках, которые могут повлиять на срок службы.
На наши вопросы согласился ответить начальник отдела розничной торговли компании «Батавтотрейд» Александр Романенко.
— В автомобилестроении гелевые аккумуляторы распространения не нашли, — начал рассказ Александр. — Их упоминание в присланном вам письме, видимо, является следствием заблуждения отдельных владельцев автомобилей, которые думают, что гелевые батареи и AGM-аккумуляторы — это одно и то же.
На самом деле это не так. В гелевых батареях в качестве электролита используется силикатогель. Говоря иначе, электролит в них загущен до состояния геля, причем сам гель имеет пористую структуру. Гель полностью обволакивает электродные пластины и заполняет пространство между ними.
Электролит в аккумуляторах AGM более концентрированный, чем в обычных батареях, но он жидкий, поэтому, повторюсь, называть AGM гелевыми неправильно. В AGM пространство между пластинами занимают прокладки из пористого стекловолокна, или, по-другому, маты. Собственно AGM расшифровывается как Absorbent Glass Mat — абсорбирующий стеклянный мат.
Причин, почему гелевые аккумуляторы не находят применения в автомобилях, несколько, а главная из них — низкий ток холодной прокрутки. На этикетках батарей указывают пусковой ток. Это 7-секундный ток при температуре минус 18 градусов. Дальше этот ток можно делить практически надвое. У гелевых батарей пусковой ток меньше, чем у аккумуляторов AGM, даже меньше, чем у обычных кислотных батарей. А ведь главная задача аккумулятора — запуск двигателя. Остальные задачи второстепенны, но для решения главной задачи гелевые батареи приспособлены плохо, особенно в холода. Поэтому они не используются в качестве пусковых, а применяются как тяговые — вот в этом качестве из-за своих особенностей они намного лучше, чем AGM.
Тяговыми AGM-батареи тоже бывают. Но если их использовать в этом качестве, то они выдерживают 200 циклов полного разряда и последующей зарядки на стационарном устройстве, а гелевые способны выдержать 400 циклов. А еще гелевые аккумуляторы существенно дороже. Если взять один и тот же бренд, то AGM-аккумулятор примерно на 50 процентов дороже обычного с подобными характеристиками, а гелевая батарея на 50-60 процентов дороже AGM. И поскольку в автомобильное издание с вопросами об аккумуляторах обращаются, скорее всего, люди, которых интересуют стартерные батареи для автомобилей, а на белорусском рынке я таких гелевых аккумуляторов не встречал, на этом с ними покончим.
Что касается AGM, то их присутствие в автомобилях постоянно увеличивается. Растет энергопотребление — обычные кислотные батареи со своими обязанностями, которые они должны выполнять помимо запуска двигателя, не справляются. Поясню примером, с которым мы сталкиваемся в своей практике регулярно. Приходит владелец BMW, допустим, 2006-2007 года, в котором штатно стоял AGM. Владелец ищет замену старой батарее, но AGM ему кажется дорогим, платить за него он не готов. Он покупает обычный аккумулятор — его хватает максимум на год. В то же время если в машине, где раньше стояла обычная батарея, поставить AGM, то он прослужит как минимум в два раза дольше обычной батареи.
Разработаны AGM были в 1970 году и существуют в двух видах — со спиральной укладкой электродных пластин и с обычной, как в батареях традиционной конструкции. Патент на аккумуляторы, в которых пластины скручены по спирали, принадлежит концерну Johnson Controls.
Выпускаются эти батареи под брендом Optima в Америке, кроме Johnson Controls, никто другой их выпускать не может. Достоинство таких аккумуляторов при их компактности — в площади пластин: если пластину развернуть, ее площадь гораздо больше, чем в AGM-аккумуляторах с плоскими, как в обычных батареях, пластинами. Отсюда лучшие характеристики, но среди AGM-батарей Optima — самые дорогие, что можно отнести к их недостаткам для покупателей (в январе 2011 года Optima стоили около 355 у.е., сейчас — около 225 у.е. — Прим. ред.).
Если говорить о AGM-аккумуляторах с плоскими пластинами, то внешне они похожи на обычные батареи, главные различия — внутри. Как я упоминал, между пластинами уложены маты из пористого стекловолокна. Уж извините за такое образное сравнение, но это «памперсы», которые пропитаны жидким электролитом. Укладка очень плотная, чтобы электролит контактировал с пластинами.
В то же время количество электролита подбирается так, чтобы он не занимал все место внутри матов. Должны оставаться свободные поры. Это сделано, чтобы газы, которые выделяются из электролита при работе аккумулятора, никуда не улетучивались, а задерживались в порах. Далее между водородом и кислородом происходит рекомбинация — они опять превращаются в воду, которая возвращается в электролит. В этом весь смысл технологии — газы и испарения воды остаются в «памперсах». Газы рекомбинируются, испарения конденсируются. И благодаря плотной укладке пластин и стекловолокна обеспечивается второй эффект — активной массе некуда выпадать из пластин. Активная масса приперта к решетке и в ней остается.
Этим достигается длительный срок службы AGM-батарей, но помимо особенностей устройства есть и другие тонкости, которые обеспечивают их преимущества над обычными аккумуляторами. В частности, пластины у них более толстые и делаются из особо чистого свинца. Если при производстве обычных батарей используется вторичное сырье, или, говоря проще, свинцовый лом, то в AGM применяется первичный свинец самого высокого качества. Кстати, только одно это делает AGM гораздо дороже, но продолжим про преимущества.
Про такой важный для запуска двигателя показатель, как величина пускового тока, я говорил. Те цифры, что написаны на этикетке, у AGM-батарей почему-то не соответствуют действительности. Реальный пусковой ток больше — не намного, процентов до десяти, но зимой, особенно когда автомобиль дизельный, эти проценты могут сыграть свою роль.
И так же хорошо, как AGM отдают ток при запуске, они его принимают при зарядке. Если по какой-то причине будет поврежден корпус батареи, электролит из нее не вытечет, а это безопасность. Батареи AGM более виброустойчивы, чем обычные, опять-таки благодаря плотной укладке пластин и стекловолокна.
В общем, преимуществ много, а недостаток только один — AGM очень критичны к перезарядке. Зарядку напряжением свыше 14,6 вольта боятся и обычные аккумуляторы, но AGM к ней особенно чувствителен. Когда батарея заряжается под повышенным напряжением, газов выделяется много, а для их рекомбинации нужно время. Из-за того что газы не успевают превратиться в воду, увеличивается давление внутри корпуса. Сама батарея герметичная, но есть предохранительный клапан, через который газы удаляются, а значит, теряются безвозвратно. Прокладки из стекловолокна высыхают, а для AGM это смерти подобно.
В обычный аккумулятор еще можно как-то добавить дистиллированную воду, но как это сделать с AGM? Аккумулятор герметичный, вскрывать банки нежелательно, потому что если в них попал атмосферный воздух, то, считайте, на 50 процентов аккумулятор вы уже потеряли. И опять-таки как угадать, сколько воды нужно добавить, чтобы не только пропитать «памперсы», но и оставить в них то количество свободных от жидкости пор, которое необходимо для нормальной работы?
Как я говорил, если в автомобиле изначально стоял AGM-аккумулятор, то меняться он должен на AGM. Замена обычных батарей на аккумуляторы AGM не только допускается, но и, на мой взгляд, предпочтительна. Да, они дороже, однако их более высокая стоимость компенсируется преимуществами, которые у них есть по сравнению с обычными батареями, — лучшими характеристиками и фактически в два раза более длительным сроком службы.
Что лучше — ездить с AGM или за время его эксплуатации купить как минимум две обычные батареи? Однако учитывая чувствительность AGM к напряжению зарядки, перед тем как сделать этот шаг, требуется убедиться, что генератор исправен, и в дальнейшем чаще его проверять, к чему, к сожалению, владельцы автомобилей не привыкли и не приучены.
Недозарядка тоже не сулит ничего хорошего, но не так страшна. Другое дело, что для зарядки разряженного AGM-аккумулятора должны применяться специальные стационарные устройства. Если устройство не выключается автоматически, когда батарея полностью зарядится, а вы поставили AGM на зарядку и забыли, этого он уже не простит.
Однако вспомним про то, что AGM лучше принимают зарядный ток и быстрее заряжаются. Если обычные батареи при эксплуатации автомобиля в городе зимой с короткими поездками, как правило, всегда находятся в недозаряженном состоянии, то для AGM благодаря способности к быстрой зарядке такое состояние практически исключено. Нет недозаряженности — нет сульфатации.
В принципе все шло к тому, что AGM когда-нибудь вытеснят обычные аккумуляторы, но сейчас популярной становится другая технология — EFB. Разница с обычными батареями по цене у EFB небольшая — процентов на 15 выше, но разница в сроке службы больше. На автомобили с системами Старт/Стоп обычную батарею не поставишь, а EFB работают, что само по себе уже неплохо их характеризует. Вдаваться в подробности, думаю, не стоит — о EFB ваши читатели не спрашивали. А спросят — встретимся и поговорим.
Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора
ABW.BY
Благодарим СООО «Батавтотрейд» за консультации и помощь в подготовке статьи
Источник