AGM аккумулятор: устройство, применение и принцип работы

Принцип работы гелиевых и AGM аккумуляторов

Gel- и AGM- батареи – это «рекомбинационная» батарея. Т.е. выделяемый положительными пластинами свинцово-кислотной батареи кислород впитывается отрицательными пластинами. Это подавляет образование водорода на отрицательных пластинах. Вместо этого образуется вода, тем самым сохраняя уровень влажности внутри батареи. Никогда не следует ее открывать или доливать, т.к. это «отравит» батарею дополнительным кислородом из воздуха. Вскрытие батареи автоматически разрушает ее!

Оба типа батарей считаются «кислотно-обедненными». «Кислотно-обедненное» состояние гелиевых и АGМ-батарей защищает пластины во время тяжелых глубоких разрядов (т.е. энергия (сульфат) в кислоте используется перед энергией с пластин ). Гелевые батареи более обеднены и предоставляют большую защиту пластинам , т.о. они лучше подходят для супер-глубоких разрядов.АGМ-батареи идеальны для применения в условиях высокого напряжения, значительной мощности и очень холодных сред.( тесты журнале «За рулем» ……..)

В чем разница между и Gel- и AGM- батареи и обычными ЖЭБ (батареи с жидким электролитом)?

1. У ЖЭБ- батарей нет специальных клапанов (VRLA) работающих при избыточном давлении в батарее и открывающихся при ее перезарядке , т.к. они не используют принцип рекомбинации.
2. Они содержат жидкий электролит, который может пролиться в результате пробития или наклона батареи и вызвать коррозию. Установка допускается только «в прямом» положении.
3. ЖЭБ-батареи теряют мощность и разрушаются если:

• оставлены в разряженном состоянии на какое-либо время (из-за сульфатации). Особенно характерно для сурьмянистых и гибридных типов;
• Продолжительная переразрядка опасна из-за осыпание активного материала. Особенно характерно для автомобильных стартерных батарей.

Технология Gel- и AGM-акумуляторы позволила увеличить срок службы в три раза по сравнению с ЖЭБ-батареями,а срок хранения – в семь!

Как Gel- и AGM- батареи заряжаются? Нужны ли особые меры предосторожности?

Несмотря на то, что наши Gel- и AGM- батареи великолепно выдерживают подзарядку благодаря их низкому внутреннему сопротивлению, любая батарея получит повреждения в результате длительного пере- или недозаряда. Снижается мощность и срок службы. Перезаряд особенно вреден для Gel- и AGM- батарей из-за их герметичной конструкции. Перезаряд высушивает электролит, т.к. водород и кислород выводятся из батареи через регулирующие клапана, т.о. снижается срок службы.

Gel- и AGM- батареи идеально заряжаются на транспортном средстве( скорость заряда увеличивается в 7 раз) и в большинстве случаев не требуется их дополнительная подзарядка (при условии исправности электрооборудования).
При зарядке батареи вне транспортного средства требуется использовать специальное зарядное устройство.Напряжение заряда для 12-вольтовых AGM- батарей составляет 14,4В ( максимально допустимое – 14,6В при 20*С) , для Gel- батареи – 13,8В (максимально допустимое – 14,1В при 20*С).

На всех аккумуляторах Deka режимы заряда батареи указаны на этикетке.

По опрделению, батарея может хранить только определенное кол-во электричества. Чем ближе батарея приближается к уровню полного заряда, тем медленнее ее надо заряжать. При этом температура так же оказывает свое влияние на процесс подзарядки. При полном соответствии напряжения и температуры батарея будет заряжаться с идеальной интенсивностью.

Внимание! Зарядники постоянного тока нельзя применять для подзарядки Gel- и AGM- батареи.

AGM АКБ

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 аккумулятор: описание технологии и выбор моделей

Свинцовые батареи AGM (Absorbent Glass Mat – “впитывающая стеклоткань”) – это дальнейшее улучшение технологии аккумуляторных батарей, классических сернокислотных АКБ. Благодаря своим преимуществам, они заняли прочное место в ряду уже известных типов батарей.

Моноболочная герметичная батарея AGM

Что такое AGM свинцовый аккумулятор

В традиционных аккумуляторах электролит в элементе батареи (банке) содержится в жидком состоянии. AGM батареи используют вместо наливной жидкости материал из специального стекловолокна с высокой пористостью. Размеры пор в ней порядка десятых долей микрона. Такая жидкость не плещется внутри банок при толчках и не вытекает при наклонах. В то же время обеспечивается ионная проводимость при малом внутреннем сопротивлении, как и в обычных аккумуляторах. Причем внутреннее сопротивление аккумуляторов AGM ниже, чем у обычных.

Аккумуляторы по технологии AGM применяют для пуска автомобильных двигателей, устройств бесперебойного питания, аппаратуры связи, дежурного освещения и т.д. До недавнего времени использовались в электротранспорте.

Вид элемента с наполнителем в разрезе

Стекловолоконная набивка элементов заполнена электролитом не полностью, остается некоторое пространство для рекомбинации электролизных газов. Если ток заряда немного превышает паспортные значения, эти газы выделяются (водород и кислород при перезаряде) в незначительном количестве. Однако, этого хватает, чтобы вздулся и сломался корпус. Поэтому в батарее установлен предохранительный клапан.

Такие батареи относятся к типу VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid – свинцово-кислотные с клапаном защиты). Клапан выпускает избыток газа и закрывается. В зависимости от конструкции корпуса батареи клапан может быть общим для всех отсеков или на каждом элементе есть свой.

Система клапанов для сброса газов

Расположение электродов в АКБ обычно плоское. Это пакет параллельных пластин, разделенных непроводящими сепараторами. AGM аккумулятор может быть выполнен и с цилиндрическим, точнее, спиральным расположением электродов. Это вдвое повышает наибольшее рабочее давление внутри элемента, которое может, в этом случае, достигать 2.7 кг/см 2 . Спиральное расположение было запатентовано в США и до сих пор владелец не продал лицензию в Европу или Азию, так что на российском рынке такие аккумуляторы практически не найти.

Несмотря на это, батареи с плоским расположением электродов имеют свои плюсы. У них более продолжительный срок службы. Ток, отдаваемый плоскими банками, ниже, чем у цилиндрических, примерно в полтора раза. Однако и в этом случае, такой аккумулятор способен давать ток в 500-900 Ампер. (Сравните с 200-300 А для заливной стартерной батареи.) Повышенный ток, отдаваемый в нагрузку, объясняется меньшей, чем у наливных банок поляризацией, электродов.

Явление поляризации состоит в том, что электроды покрываются мельчайшими пузырьками газа, из-за этого понижается площадь контакта с электролитом и, естественно, снижается ток. Обычно поляризация начинает проявляться не сразу, а спустя несколько секунд после подачи большой нагрузки. Так что, если двигатель “не подхватил”, то приходится ждать некоторое время.

В аккумуляторах, сделанных по технологии AGM, волокнистая набивка моментально впитывает пузырьки газа. Это происходит за счет капиллярных сил, можно сказать, что наполнитель “вытирает” пластины от пузырьков. Поэтому высокая токовая отдача значительно продлена по времени, сравнительно с чисто жидким вариантом элемента. В этом состоит основная фишка аккумуляторов AGM. Вряд ли стоит уточнять, как это сказывается при заводке авто.

Тем не менее, не стоит верить утверждениям относительно чудесных свойств AGM в зимний период. Низкая температура действует на такие батареи по всем законам физической химии и ничуть не улучшает их свойства по сравнению с классическими банками.

Плюсы и минусы

• в 1.5 раза больший ток;
• работа в наклонном положении;
• не вытекает кислота;
• не требуется доливать электролит.

Недостатки – такие же как у всех свинцовых батарей: большой вес (примерно на 30% тяжелее обычных), сравнительно невысокая емкость (по сравнению с литиевыми), низкая экологичность, как у всех свинцовых аккумуляторов.

Аккумуляторы различных конструкций

Как выбрать?

При выборе аккумулятора AGM нужно исходить из пускового тока, которого требует стартер у покупателя. Поскольку аккумулятор AGM дороже обычного, его приобретение должно быть оправдано. Если на автомобиле стоит дизельный двигатель, и он хранится в гараже при температуре не ниже -20°C то тогда стоит покупать. Жителям теплых краев такая батарея, конечно, тоже не помешает, но можно обойтись и без нее.

При пуске от AGM в среднем отбирается не больше 1% заряда, так что этот аккумулятор будет подходящим тем, кто вынужден часто глушить и заводить двигатель.

Режимы эксплуатации аккумуляторов AGM

Для правильной эксплуатации необходимо понимать, как заряжать аккумулятор. Аккумуляторная батарея может находиться в одном из трех состояний:

Состояние заряда тоже подразделяется на несколько этапов, что вызвано химическими особенностями процесса заряда:

• заряд повышенным током;
• заряд нормальным током;
• подзаряд;
• хранение (при подключенном ЗРУ).

При разряде AGM элементы способны отдавать заметно больше ампер-часов чем обычные аккумуляторы.

Важно! Заряд AGM-аккумуляторов должен производиться постоянным напряжением, верхний предел которого ограничен. Иначе, как минимум, сильно понизится срок службы батареи. Напряжение зарядного устройства должно быть стабилизировано. При длительном хранении полезно постоянно подзаряжать АГМ аккумулятор специальным зарядным устройством.

Причина таких предосторожностей заключается в том, что в электрохимическом ряду напряжений свинец стоит рядом с водородом, и достаточно +0.12 В превышения напряжения над указанным, и начнет выделяться водород. Особенно это проявляется к концу заряда. Если же просто “ввалить ему напругу” как делают мужики в гаражах, то избыток водорода просто разорвет микропористую набивку. И качество аккумулятора резко упадет. Жидкостному аккумулятору “кипение” электролита ничем не угрожает, но AGM – совсем другое дело.

Обычное зарядное устройство заряжает батарею примерно на 70%. Для полного заряда, близкого к 90% от номинальной емкости, применяют 3-ступенчатый режим заряда с помощью специализированных ЗРУ (float charger).

График тока и напряжения при зарядке AGM

На рисунке показаны процессы заряда (красная линия графика) и разряда (синяя линия). Символ С20 означает режим разряда батареи в часах: 20 часов. Соответствующий ток мы можем получить, зная емкость батареи. Пусть для примера, емкость аккумулятора, написанная на этикетке: 80 A/ч. При С20 ток будет равен 80/20 = 4 А.

Заряд в 3 стадии начинается стабилизированным током, величиной в четверть от номинальной емкости. Для батареи 80 А/ч это 20 А (не более 28 А). Температура не должна превышать 35°C, иначе срок службы батареи сокращается. Устройство следит за напряжением, и когда оно достигнет 2,45 В на банку, переключается в режим стабилизации напряжения. Ток заряда постепенно уменьшается. Когда он установится около 0,5 А, устройство переключается в режим хранения (компенсации саморазряда, float) и стабилизирует напряжение на уровне 2,3 В на банку.

Обычно автомобилисты пренебрегают “тонкостями”, и теряют на этом деньги, часто покупая новые аккумуляторы.

Уход за батареей AGM

Это не совсем верно, что такие аккумуляторы не требуют ухода, потому что они необслуживаемые. Периодически нужно снимать аккумулятор, при необходимости подзаряжать его, и тщательно протирать корпус, особенно в тех местах, где выходят клеммы. Грязь, и обязательное присутствие там влаги и соли приводит к значительному саморазряду аккумулятора. Кроме того, при очистке корпуса можно вовремя заметить трещину в корпусе и избежать попадания кислоты на кузовные части автомобиля.