Agm аккумулятор как устроен

Гелевые аккумуляторы. Обзор технологии

Февраль 2006

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.

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.

Что такое AGM аккумулятор?

Как устроен обычный свинцово-кислотный аккумулятор, многие автомобилисты хорошо знают. Не будем расписывать данную технологию во всех деталях, поскольку на нашем сайте Vodi.su данной тематике посвящено несколько статей. Расскажем лишь об основных принципах.

Свинцово-кислотная батарея имеет следующую конструкцию:

• пластиковый корпус, состоящий из отсеков — банок;
• в каждой банке в роли катода и анода выступают свинцовые пластины;
• электрический ток протекает в водной среде с растворенным в ней электролитом.

При такой конструкции необратимо происходят процессы коррозии и сульфатации пластин, хотя для их защиты применяют небольшие добавки мышьяка и сурьмы. Тем не менее именно сульфатация пластин является основной причиной выхода АКБ из строя. А по мере появления ржавчины уменьшается значение пускового тока, быстрее выкипает электролит. В результате АКБ разряжается гораздо быстрее и единственно верным решением становится замена аккумулятора.

Пути решения проблемы быстрого разряда

Инженеры пытаются всяческими способами решить проблему недолговечности АКБ. Как мы писали ранее на Vodi.su, средний срок службы свинцовой батареи составляет 4 года. Уже сегодня есть и широко применяются технологии, способные отодвинуть данную временную рамку, а также улучшить показатели АКБ. Например, для гоночных авто используют никель-кадмиевые АКБ, которые также применяют в авиации. Электромобили оснащаются никель-металл-гидридными АКБ, в военной сфере и космонавтике используют серебряно-цинковые, серебряно-кадмиевые и даже никель-водородные батареи. Но все они построены по одному принципу — жидкий электролит и металлические пластины.

Довольно неплохо себя зарекомендовали два относительно новых вида аккумуляторов:

В гелевых АКБ в состав электролита добавляют кремний, из-за чего он приобретает гелеобразную консистенцию. Данные аккумуляторы намного лучше традиционных по ряду причин: электролит не испаряется, пар остается в порах геля, выдерживают многократные глубокие разряды, пластины не подвержены коррозии и осыпанию.

AGM — это особая технология, суть ее состоит в том, что электролит находится в порах стекловидного материала наподобие минеральной ваты. Данная аббревиатура расшифровывается как Absorbent Glass Mat, то есть электролит абсорбирован в стекловолокне. Данная технология была придумана еще в начале 1970-х годов.

Технология AGM и ее преимущества

В разрезе такая батарея напоминает сэндвич-панель — между металлическими пластинами находится слой стекловолокна. Что интересно, в США AGM АКБ имеют спиральную конфигурацию, то есть напоминают в разрезе рулет. При такой конструкции они быстрее заряжаются и способны выдавать больший пусковой ток, но страдает емкость, то есть при равных нагрузках разряжаются быстрее.

Основные преимущества AGM аккумуляторов:

• более прочные, с легкостью переносят вибрации;
• стоят дороже свинцово-кислотных батарей, но дешевле гелевых;
• не боятся глубокого разряда;
• срок службы может превышать десятки лет, производитель готов дать гарантию на 10-12 лет;
• выдают стабильное напряжения при температурах до -30°С, но оно может быть заметно ниже номинального.

Нашли широкое применение в основном в качестве источников бесперебойного питания. В зависимости от энергоемкости способны поддерживать автономную работу оргтехники от нескольких минут (UPS) до десяти часов.

Плюсы и минусы

Сегодня многие интернет-магазины предлагают возможность купить AGM аккумуляторы. Это необслуживаемые батареи производства, как правило, Varta, Bosch, Delta Battery, Venture, Stinger Power. Помимо выше перечисленных преимуществ можно выделить еще и такие пункты:

• высокая отдача;
• быстрая зарядка — даже в условиях города им вполне хватает подзарядки от генератора;
• не подведут в морозы;
• нет риска вытекания электролита и образования его паров.

Одним словом, казалось бы, что можно купить такой стекловолоконный аккумулятор и ездить с ним десять лет, не зная проблем. Но имеются существенные минусы, которые делают не слишком эффективным их применение именно на транспорте.

Ну, во-первых, это цена. Просто введите в интернете запрос типа «AGM аккумуляторы для авто», и увидите, что стоят они в несколько раз дороже обычных свинцово-кислотных батареек. Во-вторых, они уступают гелевым АКБ в том плане, что не способны длительное время работать в режиме полного разряда-зарядки. Их нельзя долго хранить в разряженном состоянии. Если же при зарядке будет превышена емкость на 30% и более, то АКБ попросту вспенится.

В-третьих, они обойдутся дороже в обслуживании, так как для их зарядки нужно специальное устройство. Их вес больше, чем у обычных АКБ. Ресурс работы таких АКБ на транспорте варьируется в пределах 300-500 циклов глубокого разряда с последующей зарядкой.

В продаже есть как стартерные, так и тяговые AGM АКБ. Первые обеспечивают надежный пусковой ток. Их даже специально используют для запуска ДВС в сильный мороз. Вторые применяются для стабильного обеспечения током всей электросети автомобиля.

Стоит отметить, что однозначных мнений о том, стоит ли заменить свинцовую батарею на AGM, мы не нашли. В принципе, если финансы для вас не вопрос, то лучше выбрать именно гелевые АКБ, о которых положительно отзываются все эксперты, и их ресурс работы на 30-40% выше, чем у AGM.

AGM технология

Технология AGM или Absorbent Glass Mat появилась в 1980-х годах и первоначально использовалась для нужд военной авиации, но спустя 40 лет все изменилось. Теперь AGM аккумуляторы применяются в автомобилях с режимом «start-stop», а также для авто с высоким уровнем электропотребления.

Как устроен AGM аккумулятор?

В отличие от WET аккумуляторов, в AGM моделях полностью отсутствует жидкий электролит. Диффузия ионов происходит внутри сепараторов, которые изготовлены из очень тонкого стекловолокна и волокон бумаги, пропитанных электролитом.

При этом количество электролита для «пропитки» строго рассчитано – он заполняет маленькие структурные ячейки, в то время как крупные остаются свободными. Это строение позволяет освобожденным в процессе реакции кислороду и водороду свободно циркулировать до тех пор, пока они снова не преобразуются в воду.

Поэтому AGM аккумуляторы относятся к классу Valve-Regulated Lead-Acid Battery: их корпус герметичен, все газы остаются внутри и на коробке есть специальный клапан, который сбрасывает давление при перезаряде.

У AGM моделей есть два типа конструкции:

• С плоскими блоками. Они похожи на классические WET аккумуляторы, отличаются только соответствующей маркировкой и большим весом.
• Со спиральными блоками цилиндрической формы. Часто используются для питания внедорожников, имеющих лебедки.

Существенной разницы между этими видами конструкций нет, это просто вариации форм-фактора.

Преимущества технологии AGM

AGM аккумуляторы являются необслуживаемыми, и в этом их главный плюс. Вам не нужно контролировать уровень электролита, поэтому доливы дистиллированной воды ему не нужны.

Другие преимущества AGM аккумуляторов в основном объясняются «связанным» состоянием электролита. За счет этого АКБ можно установить в любом положении (кроме верхом вниз), он не чувствителен к экстремальным температурам и работает от -30 до +70 градусов, а также абсолютно герметичен и может использоваться внутри помещений.

Кроме того, электролит в виде пропитки позволяет AGM аккумуляторам очень долго держать минимальные параметры внутреннего сопротивления, что положительно влияет на токопроводимость устройства и скорость его зарядки.

Поскольку AGM технология предусматривает плотную компоновку пластин и сепараторов, такие аккумуляторы уверенно работают даже в условиях сильной вибрации и ударных нагрузок. И это является причиной следующего преимущества – длительного срока службы (около 10 лет).

И финальный пункт – устойчивость к глубоким разрядам. Если сравнивать Absorbent Glass Mat модели с WET аккумуляторами, то первые могут разрядиться до 30-40% без существенного сокращения емкости. А вот классические модели теряют 10-15% емкости при разряде ниже 50%.

Недостатки технологии AGM

Недостатков у AGM аккумуляторов не так много – это сравнительно высокая стоимость (по сравнению с классическими WET АКБ) и чувствительность к перезаряду. Также некоторые пользователи отмечают большой вес Absorbent Glass Mat аккумуляторов.

AGM аккумулятор — технология, преимущества и недостатки.

В начале 70-х годов ХХ века исследования в области создания более практичных и безопасных аккумуляторных батарей завершились разработкой технологии AGM (Absorbent Glass Mat), в которой вместо жидкого кислотного электролита применили абсорбированный электролит.

Технология AGM

В отличии от гелевых технологий, в этой технологии в качестве сепаратора для удержания электролита используются пластины из сверхтонких стеклянных волокон, образующих неоднородную пористую систему, между которыми циркулируют электролит и газы. Причем электролит связывается в мелких порах сепаратора за счет капиллярного эффекта, а газ блуждает через более крупные поры по объему батареи. При первичном заполнении аккумулятора количество электролита дозируется таким образом, чтобы заполнить только мелкие поры, что дополнительно сокращает расход электролита. Конструктивно сепаратор может выполняться в виде пластин и спирали. Спиральная технология запатентована компанией Johnson Controls и может применяться только в серии Optima. Такие блоки выпускаются только в Америке. У спиральных аккумуляторов с технологией AGM увеличена площадь сепаратора, что позволяет получать от такой батареи большие кратковременные токи и меньшее время заряда. Однако, такие батареи имеют меньшую удельную емкость за счет большего соотношения объем/электрическая емкость.

Преимущества AGM аккумуляторов и технологии

• • Аккумуляторные батареи с такой технологией не требуют обслуживания в течение всего срока службы за счет полной герметизации при изготовлении.
• • Клапанная регулировка и герметичность исключают утечку электролита и коррозию контактов, причем батарея сохраняет работоспособность даже при повреждениях корпуса.
• • Герметичность корпуса обеспечивает возможность эксплуатации батареи в любом –положении. Однако, не рекомендуется ставить батарею вверх дном, т.к. регулировочные клапаны оказываются снизу.
• • Соблюдение рекомендуемого режима заряда батареи делает процесс подзарядки безопасным и исключает выделение кислотных испарений и возможность взрыва.
• • Батареи сохраняют работоспособность в широком диапазоне температур выше 30 °С. Из-за кристаллизации электролита при меньших температурах происходит разрушение контактных поверхностей электродов, что сокращает срок службы и емкость батареи.
• • Батареи сохраняют рабочие характеристики при длительной эксплуатации
  в условиях сильной вибрации, что характерно для авто и железнодорожного транспорта.
• • Важнейшим преимуществом батарей с технологией AGM считается стойкость к глубокой разрядке. Это обеспечивается за счет более плотной упаковки сепараторов и электродов, удержания электролита в порах сепаратора и отсутствия испарения электролита и, как следствие, окисления поверхности электродов.

Недостатки батарей с технологией AGM

Поскольку в качестве электролита используется кислотный раствор, то для батарей присущи все недостатки обычных кислотно-свинцовых аккумуляторов:

• • большая масса батареи, экологическая вредность за счет использования кислоты и свинца;
• • ограниченное число циклов полный заряд/разряд — от 100 до 4000 (зависит от типа батареи);
• • чувствительность к перенапряжению при зарядке связана с меньшим объемом электролита, чем в обычных батареях, поэтому необходимо соблюдать режим заряда АКБ и правильно подбирать зарядное устройство.