Гелевые аккумуляторы и их 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.

1. Полезные моменты по работе с аккумуляторами:
2. Измерение емкости аккумулятора
3. Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов
4. Андрей Повный 

Правильная эксплуатация гелевых аккумуляторов, химические реакции в аккумуляторных батареях

Свинцово-кислотные аккумуляторы изготовлены по технологии с внутренней рекомбинацией воды, поэтому не требуют обслуживания в течение всего срока службы. В качестве электролита используется загущенная серная кислота в виде геля, что обеспечивает устойчивость аккумуляторов к глубоким разрядам и высокую температурную стабильность. Расчетный срок службы составляет 12 лет.

Гелевые аккумуляторы предназначены для работы, как в буферном, так и в циклическом режимах.

Полностью герметичная конструкция, утечка электролита невозможна. Система внутренней рекомбинации газа, нет необходимости в доливе воды. Моноблоки снабжены регулирующими клапанами для обеспечения выпуска газа, при превышении внутреннего давления выше допустимого уровня. Нет ограничений на перевозку воздушным, железнодорожным или автотранспортом.

Химическая реакция и механизм рекомбинации:

• Химическая реакция, протекающая в аккумуляторе при заряде/разряде, описывается формулой:
• PbO2 + 2H2SO4 + Pb Разряд/Заряд PbSO4 + 2H2O
• При заряде кислород, проходя через сепаратор от положительной пластины, вступает в реакцию с активным веществом отрицательной пластины с образованием оксида свинца:
• 2Pb + O2 —> 2PbO
• Оксид свинца, в свою очередь, вступает в реакцию с серной кислотой:
• 2Pb + 2H2SO4 —> 2PbSO4 + 2H2O
• Сформировавшийся на отрицательной пластине сульфат свинца восстанавливается кислородом до свинца с образованием серной кислоты:
• 2PbSO4+ 2H2 —> 2Pb + 2H2SO4
• Если упростить описанные выше уравнения, то получается следующее:
• 2H2 + O2 —> 2H2O

Разрядные характеристики

На рисунке ниже приведены кривые разряда гелевых аккумуляторов постоянным током до определенного конечного напряжения. Разряд до напряжения ниже указанного снижает емкость и срок службы свинцово-кислотных батарей.

Разрядные кривые постоянным током при 25°С

Заряд

Правильный заряд является одним из важнейших условий успешной работы свинцово-кислотных батарей с автоматическим регулированием внутреннего давления. Правильный выбор зарядного устройства влияет самым непосредственным образом на производительность и срок службы батарей.

Заряд постоянным напряжением

Заряд постоянным напряжением – наиболее часто применяемый метод. На рисунке ниже показаны зарядные характеристики гелевого аккумулятора при заряде их постоянным напряжением 2,40 В/ячейку при начальных значениях тока 0,3 СА.

График заряда постоянным напряжением при 25°С

Для гелевых аккумуляторов диапазон зарядного напряжения буферного режима установлен в диапазоне 2,23–2,28 В/эл-т (при 25°С). Для циклического режима диапазон зарядного напряжения установлен в диапазоне 2,38–2,42 В/эл-т (при 25°С). Аккумуляторы гелевые не требуют уравнительного заряда. Буферного напряжения достаточно, чтобы поддерживать моноблоки в полностью заряженном состоянии.

Гелевые аккумуляторные батареи можно купить в интернет-магазине Реалсолар:

1. Аккумулятор Delta GEL 12-100
2. Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея, емкость 100Ач 12В
3. 

• Аккумулятор Delta GEL 12-200
• Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея, емкость 200Ач 12В
• 

1. Аккумулятор Парус Электро HMG-12-100
2. Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея, емкость 100Ач 12В
3. 

• Аккумулятор Парус Электро HMG-12-200
• Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея, емкость 200Ач 12В

Двухстадийный заряд при постоянном напряжении

Этот метод является одним из наиболее эффективных и рекомендуется для быстрого заряда свинцово-кислотных батарей с автоматическим регулированием внутреннего давления и поддержания их в полностью заряженном состоянии (буферный режим). Характеристики зарядного устройства для двухстадийного заряда постоянным напряжением приведены на рисунке ниже:

Зарядные характеристики двухстадийного зарядного устройства

На стадии «А» ток ограничен величиной 0,3 СА, а напряжение на клеммах батареи растет. На стадии «В» зарядный ток начинает падать, а напряжение стабилизируется на уровне 2,40 В/эл-т. На этой стадии уровень заряда аккумулятора достигает 80%.

При достижении зарядным током уровня «точки переключения Y» зарядная цепь переключается на стадию «С», где зарядное напряжение падает с 2,40 до 2,25 В/эл-т, а ток плавно снижается практически до нуля.

Зарядное устройство переходит в буферный режим.

1. Напряжение заряда зависит от температуры окружающей среды и должно регулироваться в соответствии с графиком показанном на рисунке ниже:
2. Зависимость зарядного напряжения от температуры окружающей среды
3. Напряжение заряда (на элемент) в буферном режиме вычисляется по формуле: Uзаряда = 2,25 + (25 – (t + grad t +1)) · 0,0033 Напряжение заряда (на элемент) в циклическом режиме вычисляется по формуле:
4. Uзаряда = 2,40 + (25 – (t + grad t +1)) · 0,005

где t – температура окружающей среды, °С

grad t – температурный градиент аккумуляторного шкафа, °С. При установке на открытые стеллажи grad t = 0.

Хранение и срок службы

Гелевые аккумуляторы могут храниться без подзаряда в течение 1 года в сухом помещении при температуре окружающей среды от –35° до +60°С. Они рассчитаны на работу в буферном режиме работы в течение пяти лет (при 25°С).

На рисунке ниже показана зависимость доступной емкости гелевого аккумулятора от времени. Газы, генерируемые внутри аккумулятора, непрерывно рекомбинируют и возвращаются в водную составляющую электролита.

Потеря емкости и конец службы аккумуляторов наступают в результате постепенной коррозии электродов.

Срок службы в буферном режиме работы

Срок службы аккумуляторов в циклическом режиме работы зависит от целого ряда факторов

Наиболее существенными из них являются рабочая температура окружающей среды, скорость разряда, глубина разряда и способ заряда. На рисунке ниже показано влияние глубины разряда на количество циклов работы гелевых аккумуляторов при циклическом режиме.

Срок службы в циклическом режиме работы

По мере повышения температуры электрохимическая активность аккумулятора возрастает, а при понижении – падает. Поэтому при увеличении температуры окружающей среды емкость аккумулятора увеличивается, а при понижении температуры – уменьшается. Рисунок ниже демонстрирует влияние температуры на доступную емкость гелевых аккумуляторов.

Зависимость емкости от температуры окружающей среды при различных токах разряда

Температура окружающей среды является важным фактором, влияющим на срок службы аккумуляторов. При повышении температуры увеличивается скорость коррозии пластин, вследствие чего уменьшается срок службы. На рисунке ниже показана зависимость срока службы гелевых аккумуляторов от температуры окружающей среды.

• Зависимость срока службы в буферном режиме от температуры окружающей среды
• Свинцово-кислотные аккумуляторы обладают саморазрядом, вследствие чего при хранении их доступная емкость со временем уменьшается. Этот процесс описан графиком на рисунке:
• Зависимость емкости от времени хранения

Если аккумуляторы хранились в течение длительного периода времени, необходимо перед пуском в эксплуатацию провести их подзарядку. При сроке хранения до 6 месяцев подзарядка должна осуществляться в течение 4-6 часов постоянным током 0,1 СА, либо 15-20 часов постоянным напряжением 2,40 В/эл-т.

При сроке хранения свыше 6 месяцев подзарядка должна осуществляться в течение 8-10 часов постоянным током 0,1 СА, либо 20-24 часов постоянным напряжением 2,40 В/эл-т.

Рекомендации по монтажу:

Аккумуляторы предназначены для установки на изолированных стеллажах или в специальных батарейных шкафах в вертикальном положении. Допускается установка аккумуляторов в горизонтальном положении при вертикальном расположении пластин. Помещения не требуют принудительной вентиляции.

Если отнивелированность элементов не обеспечивается непосредственно самим способом установки, то необходимо с помощью чалика (нивелировочного шнура) отнивелировать элементы. Расстояние между соседними боковыми стенками двух моноблоков (монтажная длина) задается длиной перемычек.

При относительно длинных рядах монтируемых моноблоков рекомендуется начинать нивелировку монтажной длины с середины монтируемого ряда моноблоков, для того чтобы можно было в оба конца сглаживать набегающие допуски. Рекомендуемая минимальная величина воздушного зазора между аккумуляторами составляет от 5 до 10 мм.

Взаимоподключение единичных аккумуляторов осуществляется с помощью жестких изолированных перемычек, которые привинчиваются к полюсам или гибких кабельных перемычек. Перемычки привинчиваются с помощью динамометрического ключа. Осуществлять следующий крутящий момент 20 Нм ± 1 Нм.

Если используются две или более групп батарей, соединенных параллельно, то провода, кабели и шины, посредством которых эти батареи подключаются на нагрузку, должны быть одинаковой длины и обладать одним и тем же сопротивлением.

Последовательность монтажа аккумуляторов в батарею:

Соедините положительную клемму первого аккумулятора с отрицательной клеммой второго аккумулятора. Таким образом, соедините все аккумуляторы в группе (под группой понимается набор аккумуляторов на одном ярусе или в одном ряду стеллажа). Соедините аналогично п.

1 аккумуляторы в остальных группах (если таковые имеются). Подключите «земляной» вывод зарядного устройства или нагрузки к отрицательной клемме (если «земля» – отрицательная) последнего аккумулятора или последней группы.

Если имеются группы, соедините их между собой, начиная с последней (подключенной к «земляному» выводу). В заключение, подключите положительную клемму первого аккумулятора или первой группы к положительному выводу зарядного устройства или нагрузки.

После окончания монтажных работ аккумуляторы необходимо пронумеровать, а наружные поверхности клемм, перемычек и узлов соединения смазать тонким слоем технического вазелина или синтетического солидола.

Рекомендации по эксплуатации:

Свинцово-кислотные гелевые аккумуляторы предназначены для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, в том числе в помещении с технологическим оборудованием и обслуживающим персоналом, при температуре от -20°С до +60°С. Диапазон температуры хранения аккумуляторов от –35°С до +60°С.

Аккумуляторы поставляются предприятием-изготовителем в заряженном состоянии, заполненные электролитом и готовыми к эксплуатации. Не рекомендуется установка аккумуляторов вблизи источников тепла. Поскольку аккумуляторы могут генерировать воспламеняющиеся газы, запрещается их установка вблизи оборудования, которое может давать электрический разряд в виде искр.

Запрещается установка и эксплуатация аккумуляторов в атмосфере, содержащей пары органических растворителей или адгезивов или контакт с ними. Чтобы максимально повысить срок службы аккумуляторов, среднее значение тока пульсаций любого происхождения, протекающего через аккумулятор, не должно превышать 0,1 СА, а стабилизация зарядного напряжения должна быть в пределах 1%.

Очистку корпуса аккумуляторов всегда рекомендуется производить с помощью кусочка ткани, смоченного водой. Никогда не используйте для этих целей масла, органические растворители, такие как бензин, разбавители для краски и др. Запрещается разбирать аккумулятор.

В случае попадания электролита в глаза или на кожу, необходимо сразу промыть пораженный участок сильной струей чистой проточной воды и немедленно обратиться к врачу. Прикосновение к токопроводящим частям аккумулятора может повлечь за собой электрический удар. Работу по проверке или обслуживанию аккумуляторов необходимо проводить в резиновых перчатках.

Использование разнородных аккумуляторов (различных емкостей, с различной историей применения, различной давностью изготовления и происходящих от разных изготовителей), может нанести ущерб, как самой батарее, так и связанному с ней оборудованию.

Гелевые аккумуляторные батареи можно купить в интернет-магазине Реалсолар:

1. Аккумулятор Delta GEL 12-100
2. Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея, емкость 100Ач 12В

• Аккумулятор Delta GEL 12-200
• Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея, емкость 200Ач 12В

1. Аккумулятор Парус Электро HMG-12-100
2. Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея, емкость 100Ач 12В

• Аккумулятор Парус Электро HMG-12-200
• Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея, емкость 200Ач 12В

Использование гелевых аккумуляторов в качестве источника бесперебойного питания

11603 Опубликовано 21 сентября 2017

Гелевый аккумулятор (маркировка GEL) — это особая разновидность АКБ, у которых электролит имеет жидкую желеобразную консистенцию за счет добавления в него кремния (двуокись кремния).

Гелевые аккумуляторы с напряжением 12В нашли свое применение в качестве источника бесперебойного питания (ИБП). Такой аккумулятор подойдет в качестве ИБП в закрытых и невентилируемых помещениях, для питания солнечных и ветровых электрогенераторов, в системах автономного электроснабжения.

Обзор гелевых батарей (GEL) для ИБП

При работе батареи происходит разрыв и соединения молекул газа (рекомбинация), выделяется энергия и вода, которая потом поглощается жидким гелем. Благодаря этому решается две проблемы:

1. Не нужно доливать воду, поскольку свободная вода образуется при рекомбинации газов.
2. Не происходит выделение газов, что делает возможным использование гелевых аккумуляторов в жилых помещениях в качестве ИБП.

Технологию изготовления гелевых аккумуляторов будем разбирать в другой статье. Также чуть позже проведем сравнительных анализ разных типов батарей, сведем данные в таблицу для удобного понимания. Достаточно посмотреть это короткое видео, чтобы понять основные преимущества гелевых аккумуляторов.

Сферу применения гелевых аккумуляторов можно описать так:

1. ИБП, где они работают в ежедневном цикличном режиме «заряда-разряда». Время жизни таких АКБ составляет 2-3 года, или находиться в диапазоне 600-700 циклов, DoD обычно равен 40%.
2. В системах резервного электропитания или автономных системах off-grid. Для хранения электричества, полученных с помощью возобновляемых источников энергии (солнце, тепла, ветра). Хотя правда для off-grid систем данный тип АКБ не подходит как раз из-за малого количества времени жизни перезаряда и уровня DoD. Другими словами, если АКБ разрядиться до 70-90% — это приведет к его полной замене. Поэтому в off-grid системах применяют li-ion батареи или AMG батареи, либо уж очень дорогие необслуживаемые GEL батареи.
3. Резервное питание промышленных объектов, электростанций, подстанций.
4. Для автоматики электротехники, в железнодорожном и в воздушном транспорте.
5. Мототехнике или в системах для автозапуска дизель-генераторов.
6. В системах СКУД, в качестве резервного питания электромагнитных замков.
7. В системах пожарной и охранной сигнализации (ОПС).
8. Для систем аварийного освещения телекоммуникации и связи.
9. Для питания переносного оборудования (DC).

Комбинированные аккумуляторные батареи — новое развитие технологии свинцово-кислотных батарей. Например, технология PLT, в которой пластины изготавливаются из чистого свинца, а электролит применяется на основе геля, позволило увеличить срок службы батарей до 15 лет, DoD до 50%, а количество циклов разрядки до 1000 раз.

При сравнение гелевых батарей для ИБП по ценовой диапазон колеблется от 10 000 руб до 40 000 руб., разница по цене наблюдается в технологиях изготовлении и емкости батареи

Такая технология применяется в VENTURA VG 12-200, но примерная цена данного аккумулятора составляет 26000 руб. Цена батарей в системах бесперебойного питания составляет от 300 руб.

Основные показатели

У гелевых аккумуляторов, которые используются в качестве ИБП, следующие показатели:

• батарея имеет ресурс порядка 500-700 циклов заряд-разряд;
• во время глубокого разряда пластины остаются покрытыми, поэтому они меньше подвержены коррозии;
• очень важна точность заряда, поскольку при его превышении возможно вспучивание батареи;
• очень чувствительны к перегреву и короткому замыканию;
• важно придерживаться значений заявленных показателей производителя по температуре и диапазону напряжения зарядки;
• отлично выдерживают глубокую разрядку (но не все);
• имеют высокое внутреннее сопротивление, поэтому не могут дать большие токовые величины;
• могут эксплуатироваться во всех положения, кроме положения «вверх дном»;
• при мелких повреждениях не происходит утечка электролита, поскольку он имеет вязкую структуру;
• гелевые аккумуляторы могут выдерживать сильные холода вплоть до -45 градусов.

Технические и эксплуатационные характеристики

Узнаем о технических и эксплуатационных характеристиках гелевых аккумуляторов, представленных на российском рынке:

• Емкость аккумулятора при вольтаже 12В — от 2 до 100 ампер-час. При помощи небольших аккумуляторов мощностью менее 20ач можно обустроить автономное питание в небольших помещениях, тогда как гигантские «батарейки» сгодятся для использования в качестве ИБП в сфере «зеленой» энергетики и системах автономного энергообеспечения.
• Габариты — есть как маленькие «батарейки», так и крупные аккумуляторы. Например, гелевый аккумулятор Ventura GP 12-12 емкостью 18 ампер-час имеет габариты 181x76x166 мм.
• Вес — от 3 до 20 кг, хотя можно встретить как более легкие, так и более тяжелые модели, а средний бесперебойный источник питания имеет вес порядка 10-15 килограмм.
• Цена — от 1 до 20 тысяч рублей. Стоимость напрямую зависит от емкости аккумулятора, его размеров, страны-производителя и так далее. Например, одна модель аккумулятора AplhaLINE AGM мощностью 60 ампер-час с пусковым током 680 ампер будет стоить 8900 рублей, тогда как другая модель мощностью 75 ампер-час с пусковым током 750 ампер того же производителя будет стоить 10900 рублей.
• Основные производители, у которых можно купить аккумуляторы — Bosch, Varta, Titan, Multi, Delkor, Тюменский аккумуляторный завод, Аком и другие.
• Основные страны-производители — Чехия, Китай, Польша, Россия и другие.

Какую модель гелевого аккумулятора Вы бы ни выбрали, рекомендую в первую очередь соблюдать рекомендации производителя по температуре окружающей среды в месте расположения батарей, температуре при которой происходит зарядка и уровню напряжения зарядки. Данные указанные производителем являются номинальными, т.е. заявленный срок службы будет зависеть от выполнения этих рекомендаций.

Графики предоставляются производителем батарей, поэтому перед покупкой ознакомитесь с ними, а также с другими важными характеристиками (DoD, саморазряд, ток зарядки и др.)

В действительности данные условия редко можно соблюсти. Поэтому ресурс самых простых батарей составляет 1-3 года, после чего они высыхают и вздуваются. В более дорогих моделях, при соблюдении рекомендаций по глубине разряда (DoD) живут намного дольше 5-10 лет. Пример, где соблюдают условия, заявленные производителем, являются ЦОД (центры обработки данных).

Если нужна помощь и рекомендация по выбору АКБ для Вашей системы пишите нам на почту, в х или обращайтесь через чат к специалисту.

Гелевые аккумуляторы. Обзор технологии

Февраль 2006

Энергетической составляющей систем альтернативного энергоснабжения являются необслуживаемые аккумуляторные батареи большой емкости от различных производителей, изготовленные по технологиям GEL или AGМ. Они гарантируют неизменное качество и сохранение функциональных возможностей на протяжения всего заявленного жизненного цикла. Внешнее похожие на обычные автомобильные аккумуляторы, с которыми сталкивались все автолюбители, но, несколько крупнее. Системы на основе технологий AGM и GEL (гелевые аккумуляторы) обладают особыми свойствами, которые просто необходимы для задач альтернативного обеспечения жилого помещения.Предлагаем ознакомиться с этими отличиями.Гелевые аккумуляторы (GEL) и AGM относятся к одному классу – свинцово-кислотным батареям. Они состоят из схожего набора составных частей. В надежный пластиковый корпус, обеспечивающий необходимую степень герметизации, помещены пластины-электроды изготовленные из свинца или его особых сплавов с другими металлами.

Пластины погружены в кислотную среду — электролит, который может выглядеть как жидкость, или быть в другом, более густом и менее текучем состоянии. В результате протекающих химических реакций между электродами и электролитом вырабатывается электрический ток. При подаче внешнего электрического напряжения заданной величины на клеммы свинцовых пластин, происходят обратные химические процессы, в результате которых батарея восстанавливает свои первоначальные свойства, заряжается.В обычных автомобильных аккумуляторах в качестве электролита залит абсолютно жидкий водно-кислотный раствор. Герметичность корпуса таких батарей препятствует свободному расплескиванию жидкости, но имеются специальные клапаны, которые регулируют избыточное давление газов и испарений, образующихся в процессе химической реакции. Они просто выделяются в окружающее пространство. Такие выделения вряд ли можно признать полезными для человека, но с учетом того, что в единицу времени выброс их ничтожен, и аккумулятор находится в проветриваемом подкапотном пространстве, ничего страшного не происходит. На состояние и без того большой загазованности автомобильных дорог это практически не влияет.Любой обладатель современного автомобиля, которому было интересно наблюдать за работой мастера в сервис центре при прохождении планового технического осмотра, знает, что одно из необходимых действий – проверка плотности электролита в аккумуляторе. В случае неудовлетворительных показаний происходит долив дистиллированной воды. На практике, это случается каждый раз, т.е. через каждые 15–20 тысяч километров, которые проехал ваш автомобиль. И это может происходить по нескольку раз в год!Какие сугубо технические требования предъявляются к автомобильному аккумулятору? Он должен в течение нескольких секунд обеспечивать очень большую силу тока, достаточную для работы стартера, который должен несколько раз провернуть массивные внутренние части автодвигателя. Подразумевается, что при этом уровень заряда аккумулятора падает незначительно, он должен успеть полностью зарядиться, даже если Вы решили доехать до булочной на соседней улице.Опытные автолюбители знают, что если аккумулятор разрядился под ноль несколько раз подряд, то он больше уже не сможет нормально выполнять, возложенные на его функции. Нужно покупать новый! Не важно из-за чего это произошло, виноваты ли крепкие зимние морозы в купе с неотрегулированной системой зажигания, или водитель автомобиля – мечтательная натура, которая хронически забывает выключать фары. Выход один – новый аккумулятор. Понятно, что с такими возможностями, автомобильные батареи не удовлетворяют требованиям к надежному, бесперебойному энергообеспечению жилого дома.

Теперь обратимся к аккумуляторам, изготовленные по технологии AGM (Absorptive Glass Mat). На русский язык это можно перевести как “поглощающее стекловолокно”. В качестве электролита также используется кислота в жидком виде. Но пространство между электродами заполнено микропористым материалом-сепаратором на основе стекловолокна. Это вещество действует как губка, оно полностью всасывает всю кислоту и удерживает её, не давая растекаться. Пластины электродов и слои сепаратора, чередуясь между собой, образуют некое подобие “слоеного пирога”.При протекании химической реакции внутри такого аккумулятора также образуются газы (в основном водород и кислород, их молекулы являются составными частями воды и кислоты). Их пузырьки заполняют некоторые из пор, при этом газ не улетучивается.

Он принимает непосредственное участие в химических реакциях при подзарядке батареи, возвращаясь обратно в жидкий электролит. Этот процесс называется рекомбинацией газов. Из школьного курса химии известно, что круговой процесс не может быть 100% эффективным. Но в современных AGM аккумуляторах эффективность рекомбинации достигает 95-99%. Т.е. внутри корпуса такого аккумулятора образуется ничтожно малое количество свободного ненужного газа и электролит не меняет своих химических свойств на протяжении многих лет. Тем не менее, по прошествии очень долгого времени свободный газ создает внутри батареи избыточное давление, когда оно достигает определенного уровня срабатывает специальный выпускной клапан. Этот клапан также защищает батарею от разрыва в случае возникновения внештатных ситуаций: работа в экстремальных режимах, резкое повышение температуры в помещении из-за внешних факторов и тому подобное. Специальное техническое обслуживание батарей AGM не предусмотрено впринципе, ничего туда доливать не требуется!Но главная техническая особенность AGM аккумуляторов, в отличие от стандартных автомобильных, — возможность работы в режиме глубокого разряда. Т.е. они могут отдавать электрическую энергию на протяжении длительного времени (часы и даже сутки) до состояния, когда запас энергии падает до 20-30 % от первоначального значения. После проведения зарядки такого аккумулятора он практически полностью восстанавливает свою рабочую емкость. Конечно, совсем бесследно такие ситуации проходить не могут. Но современные AGM аккумуляторы выдерживают от 600 и выше циклов глубокой разрядки.Если предположить, что постоянно раз в неделю пропадает напряжение во внешней сети, происходит подключение аккумуляторов, и они отдают всю доступную накопленную энергию, то мы можем получить примерный жизненный срок такого аккумулятора: 600 доступных циклов делим на 50 (количество недель в году, когда пропадало электричество) получаем 12 лет. Производители заявляют такую же цифру расчетного срока службы, но приписывают фразу – при работе в буферном режиме. Т.е. в режиме, когда аккумуляторы полностью заряжены, готовы включиться в работу, но такие подключения происходят нечасто, и внешнее энергоснабжение восстанавливается ещё до того как батареи полностью разрядились. В реальной жизни не всё так идеально, например, вполне штатной является ситуация, когда аккумуляторы начинают заряжаться после длительной работы, не успевают набрать необходимую емкость, а во внешней электрической сети происходит очередное отключение. Сильно влияют на аккумуляторы и внешние условия: температура и влажность, качество электрического тока, которым происходит подзарядка и тому подобное. На практике менять AGM батареи требуется чаше, но всё равно это годы и годы. Автомобильные аккумуляторами такими возможностями похвастаться не могут.Кроме того, у AGM батарей очень малый ток саморазряда. Заряженная батарея может храниться неподключенной долгое время. Например, за 12 месяцев простоя заряд аккумулятора упадет всего до 80% от первоначального.Такие характеристики достигаются не только за счет конструктивных особенностей AGM технологии. При изготовлении батарей используются более дорогие материалы с особыми свойствами: электроды изготавливаются из особо чистого свинца, сами электроды делают более толстыми, в электролит входит серная кислота высокой степени очистки. Поэтому цена AGM аккумуляторов значительно выше автомобильных собратьев.Ещё лучшими потребительскими свойствами обладают гелевые аккумуляторы (GEL – Gel Electrolite). В жидкий электролит добавляют вещество на основе двуокиси кремния (SiO2), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. Этой массой и заполнено пространство между электродами внутри аккумулятора. В процессе химических реакций в толще электролита возникают многочисленные газовые пузыри. В этих порах и раковинах происходит встреча молекул водорода и кислорода, т.е. газовая рекомбинация.В отличие от AGM технологии гелевые аккумуляторы ещё лучше восстанавливаются из состояния глубокого разряда, даже в том случае, когда к процессу заряда не приступили сразу же после зарядки батарей. Они способны перенести более 1000 циклов глубокой разрядки без принципиальной потери своей емкости. Так как электролит находится в густом состоянии, то он менее подвержен расслоению на составные части воду и кислоту, поэтому гелевые аккумуляторы лучше переносят плохие параметры тока подзаряда.Пожалуй, единственный минус гелевой технологии – цена, она выше, чем у AGM батарей такой же емкости. Поэтому использовать гелевые аккумуляторы рекомендуется в составе сложных и дорогих систем резервного электроснабжения. А так же в случаях, когда отключения внешней электрической сети происходят постоянно, с завидной цикличностью.Батареи AGM идеальны для работы в буферном режиме, в качестве запасного варианта при редких перебоях электроэнергии. В случае слишком частого подключения в работу просто уменьшается их жизненный цикл. В таких случаях использование гелевых аккумуляторов бывает экономически более оправдано.

« назад

Типы аккумуляторных батарей AGM и GEL

Неотъемлемой компонентом автономных солнечных энергосистем являются необслуживаемые аккумуляторные батареи большой емкости. Такие АКБ гарантируют  сохранение функциональных возможностей на протяжения всего заявленного жизненного цикла. Важно отметить, что свинцово-кислотные АКБ являются не самым лучшим вариантом для автономных солнечных энергосистем, т.к.

работая в цикличном режиме, при разряде более чем на 30%, данный тип АКБ потребует замены в среднем через 2-3 года, что является весьма дорогостоящим занятием.

Эта проблема решена благодаря появлению нового поколений АКБ LiFePO4, которые служат минимум в 3 раза дольше в цикличном режиме, однако, из-за своей дешевизны, АКБ AGM и GEL до сих пор имеют наибольшее распространение в автономных системах.

Свинцово-кислотные аккумуляторы — старейший вид аккумуляторов, принцип действия которых основан на электрохимическом процессе взаимодействия свинца и раствора серной кислоты. Упрощенно это выглядит так. Соединяем раствор кислоты со свинцом  — получаем воду, сульфат свинца и электрический ток.

Загоняем электрический ток обратно — получаем из сульфата свинца свинец и раствор серной кислоты. И так туда-сюда. Чисто природный процесс, почти как в живом организме. Отсюда и типичные природные свойства, а именно: стареет, на морозе замерзает, если заставлять работать и не кормить — умирает.

Значит, чтобы обеспечить жизнедеятельность нужно соблюдать принцип «раз-два-три»:

Раз. Поддерживать рабочую температуру.

Два. Если незаряжен — срочно заряжать.

Три. Поменьше нагружать.

Вкратце, чем это обусловлено. Как уже говорилось выше, при разряде свинец превращается в сульфат (соединение свинца и серной кислоты), а раствор серной кислоты в воду. Сульфат свинца имеет консистенцию творога — белый и пушистый, а раз так, то творог, если его много отваливается с пластин и падает на дно аккумулятора. Емкость снижается.

Мало того, с течением времени творог начинает твердеть, образуя кристаллы, которые уже не хотят превращаться обратно в свинец, забивают поверхность свинцовых пластин. Емкость опять снижается. А еще вода. Если мороз, она превращается в лед. Может и порвать разряженный аккумулятор. Значит в любом случае нужно сразу заряжать. А чтобы зарядился нужно еще и подогреть.

Ведь и кофе в холодной воде не сваришь, а тут свинец!

С зарядом тоже не всё просто. Алгоритм заряда трехстадийный. Первая стадия выполняется током равным одной десятой от емкости аккумулятора. Меньшим можно, большим не рекомендуется. Химия аккумулятора не успеет переварить весь ток, и его лишняя энергия пойдет в тепло и на разрушение свинцовых пластин.

При достижении 14,4В (на 12В аккумуляторе) наступает вторая стадия, когда нужно плавно уменьшать ток, не давая расти напряжению. Если дать напряжению расти выше, аккумулятор просто закипит, теряя воду, что губительно для герметичных аккумуляторов.

Обратно ведь её не зальешь! При достижении зарядного тока значений близких к нулю, переходим к третьей стадии, снизив напряжение на аккумуляторе до 13,7В, которое и поддерживаем, компенсируя собственные потери аккумулятора. Таким образом процесс заряда может занять от 5 до 10ти часов.

Если же вторую и третью стадию не выполнять, то получим хронический недозаряд, а значит постоянно нарастающий объем твердого сульфата на пластинах и выход из строя аккумулятора гарантирован. А ещё зарядное напряжение меняется в зависимости от температуры…

Но если всё делаем правильно, то есть держим в тепле, разряжаем и сразу полностью заряжаем всеми стадиями, то сколько циклов отработает свинцово-кислотный аккумулятор? Оказывается, чем глубже разряжаем, тем меньше циклов. Как природный организм. Всё логично.

При соблюдении правила «два», новый среднестатистический (китайский) качественный аккумулятор отходит 300 циклов при полном разряде за цикл, 600 циклов при половинном разряде, 1200 циклов при разряде на треть.

Значит, три года при ежедневном циклировании на треть, а так же полном отсутствии сбоев и задержек в зарядном процессе.

Из всего вышесказанного вытекает вывод, что среднестатистический свинцово-кислотный аккумулятор подходит для работы в циклировании только при отсутствии достойной альтернативы.

Даже технологии GEL и AGM не изменили принципиальных свойств свинцовых аккумуляторов, так как по-сути это всего лишь противодействие опаданию сульфата с пластин, а так же вытеканию электролита в случае повреждения корпуса.

Основные типы свинцово-кислотных АКБ :

Технология AGM

Технология AGM — (Absorbent Glass Mat) На русский язык это можно перевести как “поглощающее стекловолокно”. В качестве электролита также используется кислота в жидком виде.

Но пространство между электродами заполнено микропористым материалом-сепаратором на основе стекловолокна.

Это вещество действует как губка, оно полностью всасывает всю кислоту и удерживает её, не давая растекаться.

При протекании химической реакции внутри такого аккумулятора также образуются газы (в основном водород и кислород, их молекулы являются составными частями воды и кислоты). Их пузырьки заполняют некоторые из пор, при этом газ не улетучивается. Он принимает непосредственное участие в химических реакциях при подзарядке батареи, возвращаясь обратно в жидкий электролит.

Этот процесс называется рекомбинацией газов. Из школьного курса химии известно, что круговой процесс не может быть 100% эффективным. Но в современных AGM аккумуляторах эффективность рекомбинации достигает 95-99%. Т.е.

внутри корпуса такого аккумулятора образуется ничтожно малое количество свободного ненужного газа и электролит не меняет своих химических свойств на протяжении многих лет. Тем не менее, истечению очень долгого времени свободный газ создает внутри батареи избыточное давление, когда оно достигает определенного уровня, срабатывает специальный выпускной клапан.

Этот клапан также защищает батарею от разрыва в случае возникновения внештатных ситуаций: работа в экстремальных режимах, резкое повышение температуры в помещении из-за внешних факторов и тому подобное.

Основные преимуществом аккумуляторов AGM перед технологией GEL, является более низкое внутреннее сопротивление аккумулятора. Прежде всего это влияет на время заряда АКБ, которое в автономных системах сильно ограничено, особенно в зимнее время.

Таким образом, АКБ AGM быстрее заряжается, а значит быстрее выходит из режима глубокого разряда, который губителей для обоих типов АКБ. Если система автономная, то при использовании АКБ AGM ее КПД будет выше, чем у такой же системы с АКБ GEL, т.к.

для заряда АКБ GEL требуется больше времени и мощности, которых может не хватать в пасмурные зимние дни.

При отрицательных температурах гелевый аккумулятор сохраняет больше емкости и считается более стабильным, но как показывает практика, в пасмурную погоду при слабых токах заряда и отрицательный температурах, гелевый аккумулятор не будет заряжаться из-за высокого внутреннего сопротивления и «задубевшего» гелевого электролита, в то время как аккумулятор AGM будет заряжаться при малых токах зарядки.

Специальное техническое обслуживание батарей AGM не требуется. АКБ изготовленные по технологии AGM не требуют обслуживания и дополнительной вентиляции помещения. Недорогие АКБ AGM прекрасно работают в буферном режиме с глубиной разряда не более 20%. В таком режиме служат до 10-15 лет.

Если же их использовать в циклическом режиме и разряжать хотя бы до 30-40%, то их срок службы существенно сокращается. АКБ AGM часто используются в недорогих бесперебойниках (UPS) и небольших автономных солнечных энергосистемах. Тем не менее, в последнее время появились AGM батареи, которые рассчитаны на более глубокие разряды и цикличные режимы работы.

Конечно, по своим характеристикам они уступают АКБ GEL, но прекрасно работают в автономных  солнечных системах энергоснабжения. Но главная техническая особенность AGM аккумуляторов, в отличие от стандартных свинцово-кислотных АКБ, — возможность работы в режиме глубокого разряда. Т.е.

они могут отдавать электрическую энергию на протяжении длительного времени (часы и даже сутки) до состояния, когда запас энергии падает до 20-30 % от первоначального значения. После проведения зарядки такого аккумулятора он практически полностью восстанавливает свою рабочую емкость. Конечно, совсем бесследно такие ситуации проходить не могут.

Но современные AGM аккумуляторы выдерживают от 600 и выше циклов глубокой разрядки.

Кроме того, у AGM батарей очень малый ток саморазряда. Заряженная батарея может храниться неподключенной долгое время. Например, за 12 месяцев простоя заряд аккумулятора упадет всего до 80% от первоначального. AGM аккумуляторы обычно имеют максимальный разрешенный ток заряда 0,3С, и конечное напряжение заряда 15-16В.

Такие характеристики достигаются не только за счет конструктивных особенностей AGM технологии.

При изготовлении батарей используются более дорогие материалы с особыми свойствами: электроды изготавливаются из особо чистого свинца, сами электроды делают более толстыми, в электролит входит серная кислота высокой степени очистки.

Технология GEL

Технология GEL — ( Gel Electrolite) В жидкий электролит добавляют вещество на основе двуокиси кремния (SiO2), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. Этой массой и заполнено пространство между электродами внутри аккумулятора. В процессе химических реакций в толще электролита возникают многочисленные газовые пузыри. В этих порах и раковинах происходит встреча молекул водорода и кислорода, т.е. газовая рекомбинация.

В отличие от AGM технологии гелевые аккумуляторы ещё лучше восстанавливаются из состояния глубокого разряда, даже в том случае, когда к процессу заряда не приступили сразу же после зарядки батарей.

Они способны перенести более 1000 циклов глубокой разрядки без принципиальной потери своей емкости.

Так как электролит находится в густом состоянии, то он менее подвержен расслоению на составные части воду и кислоту, поэтому гелевые аккумуляторы лучше переносят плохие параметры тока подзаряда.

Пожалуй, единственный минус гелевой технологии – цена, она выше, чем у AGM батарей такой же емкости. Поэтому использовать гелевые аккумуляторы рекомендуется в составе сложных и дорогих систем автономного и резервного электроснабжения.

А так же в случаях, когда отключения внешней электрической сети происходят постоянно, с завидной цикличностью. АКБ GEL лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Также, они лучше переносят сильные морозы.

Снижение емкости при понижении температуры аккумуляторов также меньше, чем у других типов аккумуляторов.

Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения, когда батареи работают в циклических режимах (заряжаются и разряжаются каждый день) и нет возможности поддерживать температуру аккумуляторов в оптимальных пределах. Почти все герметичные аккумуляторы могут устанавливаться на боку.

Гелевые аккумуляторы тоже отличаются по назначению — есть как общего назначения, так и глубокого разряда. Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.

Гелевые аккумуляторы. Преимущества и недостатки

Где применяются гелевые аккумуляторы

Гелевые аккумуляторы широко используются в различных приборах благодаря ряду существенных преимуществ по сравнению с другими видами батарей. Гелевые аккумуляторы используются:

• в городском транспорте;
• на железной дороге;
• в противопожарных и охранных системах;
• в компьютерном оборудовании;
• в системах отопления и водоснабжения.

Основное отличие гелевых аккумуляторов

В обычных  аккумуляторах используется жидкий электролит. В состав гелевых аккумуляторов входит гель из жидкого электролита со специальным стабилизатором.  

Гелевые аккумуляторы имеют ряд преимуществ и ряд недостатков по сравнению с обычными АКБ.

Плюсы гелевых аккумуляторов:

• не требует постоянного обслуживания;
• могут работать в любом положении;
• остаются работоспособными при повреждении корпуса;
• имеют большой срок эксплуатации;
• имеют высокий пусковой ток.

Минусы гелевых аккумуляторов:

• боятся сильного перезаряда,
• плохо работают при низких температурах;
• имеют более высокую стоимость;
• требует специальных устройств для контроля процесса заряда.

Типы гелевых аккумуляторов

Гелевые аккумуляторы производятся по двум технологиям: GEL и AGM

Аккумуляторы GEL могут работать до 10 лет и более. Они гарантированно выдерживает до 1000 циклов разрядки — зарядки. Гелевые АКБ не боятся глубокого разряда  и не требует подзарядки сразу после израсходования  энергии.

Аккумуляторы GEL имеют хорошую рекомбинацию газов в процессе работы, но малая часть газов выходит в окружающую среду. Конструктивно для получения геля  в электролитическую массу вводится двуокись кремния, которая способствует ее «загустению».

Аккумуляторы AGM имеют практически полную рекомбинацию газов в процессе работы. В ходе осуществления химической реакций выделяемые газы (водород, кислород) практически не выделяются во внешнюю среду, а остаются  в порах стекловолокна.

А в процессе зарядки аккумулятора они возвращаются в электролит.  Аккумуляторы AGM могут осуществлять  до 500 циклов полной зарядки и разрядки. Конструктивно для удержания электролита в таких АКБ используются специальные впитывающие маты.

Все гелевые аккумуляторы имеют ряд особенностей при использовании, о которых необходимо знать для эффективной эксплуатации и длительной службы технических устройств.

Пять важных свойств гелевых аккумуляторов

Контроль уровня заряда геоевых АКБ

Иногда потребители считают, что закипают только обычные батареи. Однако такое происходит и с гелевыми аккумуляторами, только выглядит это по-другому. Гель, в отличие от жидкости, кипит почти без образования газа.

При использовании приборов с гелевыми аккумуляторами необходимо следить, чтобы нагрузка на АКБ не превышала допустимую. В противном случае может запуститься процесс кипения.

Кипение происходит в несколько этапов:

• на металлических пластинах появляются пузырьки газа;
• пузырьки группируются, не поднимаясь на поверхность, при этом давление внутри гелевого аккумулятора увеличивается;
• когда давление достигает критической отметки, срабатывает защитный механизм, открывается клапан, и газ с хлопком вырывается на поверхность.

Если гелевый АКБ не снабжен защитным клапаном для выхода лишнего газа, устройство может взорваться. Поэтому требуется контролировать уровень и режим заряда.

Контроль процесса заряда гелевых АКБ

Гелевые аккумуляторы имеют повышенную чувствительность к нарушению режимов заряда. Гелевые АКБ могут быстро приходить в негодность при частом превышении силы тока или напряжения заряда.

Для предотвращения быстрого износа гелевого ФКБ рекомендуется применять  зарядные устройства, которые спроектированы с учетом особенностей батарей такого вида. Существуют специальные приборы, такие как SKAT-UTTV.

Этот прибор применяется для многоступенчатого заряда, тренировки и восстановления гелевых аккумуляторов.

Контроль температуры при работе гелевых АКБ

Важное свойство гелевого аккумулятора — низкая способность работать при отрицательных температурах окружающей среды, по сравнению с обычными батареями. Необходимо создавать правильный температруный режим для эффективной работы.

Электронная система защиты гелевых АКБ

Гелевые аккумуляторы часто сгорают от короткого замыкания, если на оборудование не установлена электронная защита от короткого замыкания  в сети. Источники бесперебойного питания, работающие на гелевых аккумуляторах, должны быть надежно защищены от замыканий.

Увеличение срока службы гелевых АКБ

Гелевые аккумуляторные батареи рассчитаны на больший срок эксплуатации, большее количество циклов заряда-разряда.

Чтобы гелевый аккумулятор отслужил положенный срок, надо содержать и пользоваться им в соответствии с инструкцией. Важно не подвергать его загрязнениям и регулярно производить тренировку аккумулятора.

Тренировку гелевых аккумуляторов лучше осуществлять на специальном оборудовании для тренировки АКБ.