Гелевый аккумулятор

Необслуживаемые аккумуляторы представляют собой особый тип свинцово-кислотной батареи. Благодаря их конструкции они не требуют вентиляции, могут устанавливаться в любой ориентации, и им не нужно постоянное обслуживание. Батареи широко используются в больших передвижных электрических устройствах, а также системах, где требуются значительные объемы хранения энергии. При этом они являются более дешевыми, чем другие технологии с низким уровнем обслуживания (Li-Ion).

Гелевые аккумуляторы

Существует два типа таких аккумуляторов:

1. Гелевый аккумулятор, в котором к электролиту добавляется густая кремнеземная пыль, в результате чего образуется замазкоподобный гель;
2. AGM, имеющие стекловолоконную сетку между пластинами аккумуляторных батарей, служащую для содержания электролита.

Оба варианта предлагают преимущества и недостатки по сравнению с обычными аккумуляторами и друг с другом.

Главный принцип работы устройства

Чтобы разобраться, что такое гелевый аккумулятор, надо понять принцип работы необслуживаемых батарей.

В наливных батареях свинцово-кислотные ячейки состоят из двух пластин свинца, находящихся в электролите, – водном растворе серной кислоты с низкой концентрацией. Несколько ячеек соединяются последовательно в одном контейнере. Батарея вырабатывает энергию за счет окисления свинцовых пластин с одновременным повышением рН электролита. Когда аккумулятор заряжен, пластины возвращаются к чистому свинцу, а кислота восстанавливается. Этот цикл не является совершенным – водородный газ часто выходит из электролита прежде, чем он может снова превратиться в воду.

Чтобы предотвратить возможность воспламенения горючего газа до опасного уровня, требуется вентиляция, как самой батареи, так и места, где она находится. Вентиляционные отверстия означают, что электролит может вытекать из батареи, если она опрокинута. Кроме того, постоянная потеря водорода приводит к уменьшению количества воды в электролите, аккумуляторы требуется доливать.

Принцип работы наливной и гелевой батарей

В устройстве гелевых аккумуляторных батарей и AGM научились избегать этих проблем, обезвоживая электролит. При этом водород улавливается вблизи пластин и доступен для повторного объединения при перезарядке аккумулятора. Это значительно снижает потери воды во время повторных циклов заряда-разряда и делает их не требующими обслуживания. Также уменьшается количество образования водорода до такой степени, что не нужна вентиляция. Можно обеспечить герметичность гелевых АКБ, что позволяет использовать их в произвольной ориентации, не опасаясь разлива электролита.

Во время быстрой подзарядки электролит может кипеть и нагнетать давление в корпусе, или накопление газа может быть слишком быстрым для рекомбинации. Такие эффекты требуют регулировочного клапана. Обычно это односторонний клапан, открывающийся только в случае возрастания давления. Но даже его открытие не вызовет вытекания электролита из-за его связанности.

Основной недостаток конструкции состоит в том, что химические реакции, создающие энергию в GEL батареях, также замедляются. Поэтому они имеют более низкие значения пиковой мощности, чем обычные аккумуляторы. Для  автомобильных стартовых батарей, где шаблоны использования – кратковременные импульсы с большим током (во время запуска), а затем длительные медленные циклы перезарядки, могут использоваться подобные устройства, но при установке на автомашину у гелевого аккумулятора есть плюсы и минусы. Кроме того необслуживаемые батареи используются в мотоциклах, квадроциклах, инвалидных креслах, как устройства циклического действия, и в солнечных батареях, телефонных станциях, как источники непрерывной энергии. Больше подходят для стартовых целей аккумуляторы AGM, которые обеспечивают более высокие значения токов, чем обычные свинцово-кислотные батареи.

Конструкция

В устройстве и гелевого аккумулятора, и AGM есть общие конструктивные узлы:

1. Предохранительный клапан, активирующийся, когда в аккумуляторе начинает создаваться давление газообразного аодорода, в основном из-за перезарядки при избыточном напряжении, превышающем 2,30 В на ячейку. Активация газа позволяет некоторому его количеству выйти, что уменьшает общую емкость батареи;
2. В крышках ячеек обычно содержатся газовые диффузоры, позволяющие безопасно распределять избыток водорода, образующегося во время перезарядки;
3. Ячейки могут изготавливаться из плоских пластин, подобных используемым в обычной свинцово-кислотной батарее, или производиться в виде цилиндрических элементов.

Устройство аккумулятора AGM

Особенности гелевой батареи

В гелевой батарее электролит состоит из жидкой серной кислоты, которая связана с диоксидом кремния. Если гелевые аккумуляторы для авто не находятся в режиме заряда, образуется положительный электрод с сульфатом свинца и отрицательный электрод, на котором накапливается пористый свинец. Во время заряда и разряда генерируется электрическая энергия.

Когда устройства работают, в геле образуются небольшие трещины. Это позволяет кислороду легче достичь отрицательного электрода. Там он сочетается с ионами водорода и превращается в воду. Это приводит к небольшому количеству газа, который легко покидает электрод через клапан. Плотность кислоты здесь не падает настолько сильно, как у батарей AGM.

Общий эксплуатационный срок гелевых аккумуляторов для автомобилей зависит от условий использования, в среднем определяется производителем, как 10 лет.

Заряд гелевых аккумуляторов

Чтобы зарядить гелиевый аккумулятор для авто, потребуется специальное зарядное устройство в зависимости от производителя. Особенно важным является контроллер заряда. Он контролирует процесс зарядки и предотвращает чрезмерное образование газа. Ведь потери от дегазации не могут быть компенсированы добавлением новой дистиллированной воды. При зарядке нельзя допускать, чтобы зарядное напряжение превышало 14,6 В.

Зарядное устройство для гелевого аккумулятора

Рекомендации к выбору зарядного устройства:

1. Лучшими являются зарядные устройства, которые регулируют зарядное напряжение в зависимости от температуры окружающей среды. Так риск будет исключен даже в экстремальном климате. Рекомендуемое напряжение заряда – 14,4-14,6 В;
2. Существуют быстрые и медленные зарядные устройства. Более медленные имеют преимущество в том, что они не так сильно нагружают аккумулятор, что продлевает его эксплуатационный срок. Для контроля уровня заряда используется микропроцессор.

Зарядное устройство для стартерной батареи автомобилей должно обладать зарядным током, минимум в одну десятую от емкости аккумулятора. Если батарея имеет емкость 18 А ч, то ток зарядки должен обеспечиваться в 1,8 А. Это особенно важно при первом заряде. При меньшем зарядном токе батарея не может быть отформатирована.

Зарядка гелевой батареи

Достоинства и недостатки гелевых аккумуляторов

Можно подвести итог, объединив плюсы и минусы гелевого аккумулятора. К несомненным его достоинствам относятся:

1. Он гораздо безопаснее, чем традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы (из-за рекомбинации взрывчатого газа при заряде);
2. Не требует дополнительного обслуживания;
3. Более низкая скорость саморазряда (1-2% в месяц);
4. Продолжительный эксплуатационный срок;
5. Повышенная вибрационная стойкость;
6. Меньше отказов при глубокой разрядке;
7. Может использоваться в соленой воде, что актуально для установки на катера и моторной лодке;
8. Устойчив к утечке и может быть установлен практически в любом месте (поскольку он герметичен);
9. Экологически безопасен;
10. Большее сопротивление концевых полюсов против коррозии;
11. Не страдает сульфатацией пластин из-за кислотной стратификации или потери воды;
12. Незначительные потери емкости при многочисленных зарядах-разрядах.

Недостатки гелевых батарей:

1. Чувствительность к высоким температурам. При повышении температуры выше 50 градусов должно быть предусмотрено дополнительное охлаждение. Недостаточная теплостойкость является причиной того, что автолюбители предпочитают устанавливать их в багажник, а не рядом с горячим двигателем;
2. Отсутствие устойчивости к току короткого замыкания. Даже однократное его воздействие может сильно повредить аккумулятор;
3. Необходимость использования специальных зарядных устройств для контроля тока и напряжения;
4. Ухудшение работы в условиях низких температур из-за замораживания электролита;
5. Высокая стоимость.

Каждый владелец автомобиля решает сам, надо ли покупать гелевый аккумулятор. Это устройства, безусловно, современные и обладающие многими преимуществами, но наличие серьезных недостатков не делает выбор в их пользу однозначным.

Видео