Устройство гелевых GEL аккумуляторов

Гелевые или GEL аккумуляторы, как это часто бывает, впервые были применены в военной промышленности в семидесятых годах прошлого столетия. От традиционных батарей их отличает состояние электролита. Серно-кислотная среда в гелевых АКБ заполняет все свободное пространство корпуса, но, главное, находится в желеобразном состоянии (гель). Гель имеет в своей массе многочисленные каналы и поры, в которых происходит восстановление воды из молекул водорода и кислорода, высвобождающихся в виде газа при заряде батареи. Данный процесс происходит с эффективностью 99%, поэтому в корпусе GEL аккумуляторов предусмотрен клапан, сбагривающий при определенном давлении избыточное кол-во газа. При правильной эксплуатации гелевой батареи частота и объем таких выбросов ничтожно малы. Поэтому данный вид аккумуляторов не требует обслуживания и может быть установлен в салон автомобиля, причем в любом положении. Благодаря достаточно густому состоянию электролита снижается требования к прочности пластин, поэтому электроды гелевого АКБ состоят из более чистого свинца легированного кальцием и оловом, что снижает внутреннее сопротивление аккумулятора и образование газов.

Плюсы:

• относительно низкое внутреннее сопротивление
• самая лучшая устойчивость к глубоким разрядам. Эффект сульфатации пластин сведен к минимуму (от 600 и выше полных циклов разрядов)
• возможна установка в любом положении
• отсутствие вредных испарений
• необслуживаемые

Минусы:

• требует качественные зарядные устройства, обеспечивающие стабильное напряжение и малые токи зарядки. Перезаряд выводит батарею из строя и совершенно недопустим.
• не может отдавать большие токи при низких температурах
• самая высокая цена среди свинцово-кислотных аккумуляторов

«Гелевые» аккумуляторы у всех на слуху, но на самом деле в автомобильной сфере они практически не применяются. «Гелевыми» АКБ в 99% случаев ошибочно называют AGM батареи.

Гелевые аккумуляторы обычно применяют как источники бесперебойного питания для жилых помещений и офисов, в промышленности и в военной сфере, но не как автомобильные батареи. Так случилось, что «гелевыми» у нас на Руси ошибочно называют аккумуляторы, созданные по технологии AGM. Обычно даже продавцы в магазинах автозапчастей не знают о том, что именно гелевые АКБ практически не встречаются в автомобильной индустрии, и все, что продается с приставкой «гелевый» - это на самом деле AGM аккумуляторы, о которых пойдет речь дальше.

Особенность AGM аккумуляторов на примере: Stinger.

Секрет аккумуляторов AGM (Absorbent Glass Mat), к которым относятся аккумуляторы для автозвука Stinger - высокотехнологичные стекловолоконные сепараторы, которые выполняют не только функцию диэлектрика, но и служат резервуаром для электролита. Электролит отсутствует в свободном пространстве и удерживается в жидком состоянии в сепараторе благодаря капиллярному эффекту. Благодаря разным размерам пор и каналов в стекловолоконном сепараторе по-мимо электролита присутствует свободное пространство, необходимое для эффективной рекомбинации газов.

Секрет AGM аккумуляторов Stinger - высокотехнологичные стекловолоконные сепараторы, которые удерживают электролит в своих порах, выполняют функцию диэлектрика и позволяют более плотно компоновать свинцовые пластины.

Двойная функция сепаратора позволяет более плотно компоновать свинцовые пластины, что позволяет создавать аккумуляторы с высокой энергоемкостью при допустимых для автолюбителей размерах. К тому же, такое плотное строение снижает требования к прочности электродов. Поэтому в аккумуляторах AGM применяется свинец высокой степени отчистки с минимальным добавлением легирующих компонентов. Для нас, как любителей автозвука, это означает одно – у AGM аккумуляторов самое низкое внутренне сопротивление (от 2 мОм), самое быстрое время заряда и самые большие токи разряда. При этом устойчивость к глубокому разряду почти такая же, как и у гелевых аккумуляторов.

Строение AGM аккумуляторов Stinger

Плюсы:

• самое низкое внутреннее сопротивление (от 2мОм! Почти как у конденсатора!) избавит от губительных просадок напряжения. Это самый важный показатель для любителей автозвука
• самое малое время восстановление заряда (благодаря тому же внутреннему сопротивлению) позволит через два-три часа снова наслаждаться всей мощью аудиосистемы
• высокая устойчивость к глубоким разрядам. От 400 полных разрядов и выше в зависимости от емкости
• отсутствие вредных испарений
• герметизированная конструкция (как и у гелевых с клапаном высокого давления) расширяет границы фантазии в разработке структуры и оформления аудиосистемы в автомобиле, а, главное, позволяет размещать источник питания непосредственно возле усилителей звука, например под сиденьем или в полу
• необслуживаемые

Минусы:

• также как и гелевые аккумуляторы AGM батареи требуют к себе особые условия заряда - стабильное напряжении и малые токи заряда
• цена высокая, но ниже чем у гелевых такой же емкости на 10-15%

Обязательно нужно отметить, что существует масса AGM аккумуляторов, предлагаемых различными производителями и их характеристики значительно разняться. Мало того, во многих автомобилях уже с завода, устанавливается штатный AGM аккумулятор (обычно в автомобилях премиум класса или с системой старт-стоп). И тут важно понимание, что многие производители, конструируя свои батареи, стараются придать им несколько повышенную живучесть по отношению к традиционным батареям, совершенно не думая о потребностях автозвука.

Существует масса AGM аккумуляторов, но только Stinger производит аккумуляторы для автозвука, где требуются сверх устойчивость к глубоким разрядам и крайне низкие показатели внутреннего сопротивления.

Нам, любителям автозвука, нужно выжать максимум из своей аудиосистемы и Stinger accessories знает об этом, поэтому AGM аккумуляторы Stinger остаются единственными батареями, которые сконструированы с учетом всех особенностей области применения – самое минимальное внутреннее сопротивление среди всех батарей, максимальное количество допустимых циклов полных разрядов, широкий выбор емкостей и размеров.

Модельный ряд аккумуляторов Stinger.

Вывод

Совершенно очевидно, что обычный свинцово-кислотный аккумулятор с жидким электролитом едва ли подходит в качестве источника питания автомобильной аудиосистемы. Причина тому – высокое внутреннее сопротивление, неспособность “выдержать” более 5 глубоких разряда, возможность только вертикального положения установки и вредные испарения. На данный момент только две технологии отвечают всем необходимым требованиям, учет которых необходим для создания воистину качественных аудиосистем – это GEL и AGM. Обе технологии позволяют устанавливать аккумуляторы в любом положении и в замкнутом пространстве, например, в салоне авто. И GEL и AGM аккумуляторы обладают беспрецедентной устойчивостью к глубоким разрядам. По сути, полная разрядка - это их штатный режим работы. В этом показателе AGM аккумуляторы проигрывают гелевым, однако, для нас, как любителей автозвука, более важен другой параметр – внутреннее сопротивление, в котором AGM батареям Stinger нет равных.

Также себя хорошо зарекомендовали среди AGM такие фирмы, как: Optima, Hawker, Odyssey, Delta, Bosch, Exide…

ТЕХНОЛОГИИ BOSCH: EFB

Процесс постоянного совершенствования технических параметров продукции является нормой для немецкого концерна BOSCH, что особенно актуально в эпоху растущих требований к источникам энергии. Поэтому появление новой серии автомобильных аккумуляторов, изготовленных с применением инновационной технологии EFB, можно считать закономерным.

Что такое EFB?

Технология реализована на базе традиционного решения в виде метода серебряного легирования пластин электродов, и называется Enhanced Flooded Battery. Взяв за основу аккумулятор S5, немецкие инженеры существенно доработали сам принцип расположения электродов. Теперь они помещаются в тонкую оболочку, представляющую собой специальное волокно. Как и в случае с AGM, эта оболочка призвана впитывать в себя электролит и удерживать его частицы на своей поверхности. То есть, за счет данного фактора обеспечен постоянный контакт пластины с раствором серной кислоты и дистиллированной воды.

Что это значит? Итогом использования технологии Enhanced Flooded Battery является соблюдение оптимального баланса между стоимостью, производительностью, ресурсом и многими другими параметрами. Таким образом, технологически и технически батареи EFB практически аналогичны АКБ AGM, но стоят значительно дешевле. В линейке аккумуляторов BOSCH по технологии EFB изготавливаются аккумуляторы серии S5 EFB

Сфера применения EFB?

Мы не зря затронули тему области использования таких аккумуляторов, потому что даже при значительном снижении цены по сравнению с батареями серии AGM, их цена выше, чем весьма надежных и производительных АКБ традиционного типа, изготовленных по кальциевой или гибридной технологии. Разумеется, это не дает возможности говорить о массовости применения таких решений в обычных условиях.

Но деньги на разработку Enhanced Flooded Battery были потрачены не случайно. Это батареи, предназначенные для комплектации автомобилей, оборудованных системами СТАРТ-СТОП. По всем характеристикам они являются лучшим решением задачи обеспечения электропитания бортовой сети и стартера. Почему? Судите сами:

Аккумуляторы EFB прекрасно переносят многочисленные и часто повторяемые циклы разрядки, чередующиеся с зарядкой. Напомним, что система СТАРТ-СТОП предполагает остановку и пуск двигателя даже при кратковременной стоянке, например, на светофоре. Разумеется, эксплуатировать обычный свинцово-кислотный аккумулятор в таком режиме долго не получится.

• Аккумуляторные батареи EFB обладают высоким ресурсом, не ограниченным стандартными 3-5 годами, как это часто бывает в случае с батареями, изготовленными по устаревшим технологиям. Они способны прослужить в 2-3 раза дольше.
• Наконец, АКБ EFB дешевле, чем их аналоги серии AGM, они не требуют обслуживания, абсолютно безопасны и не восприимчивы к критическим разрядам. Словом, такие батареи отвечают самым строгим требованиям к автомобильным аккумуляторам современного типа.

Автомобили, укомплектованные системами СТАРТ-СТОП, постепенно осваивают наш рынок, следовательно, спрос на АКБ EFB будет и он превысит все ожидания, ведь эти аккумуляторы действительно стоят своих денег.

Интересные факты.

- Различные типы аккумуляторов обладают разными особенностями, которые не позволяют однозначно назвать «лучший» тип аккумулятора. Можно говорить только о лучшей применимости различных типов аккумуляторов в разных условиях. Так, например, современные «кальциевые» аккумуляторы обладают низким саморазрядом, не требуют обслуживания, однако не терпят глубоких разрядов, например, при коротких поездках в зимние морозы, или длительной стоянке автомобиля. В то же время, для «обслуживаемых» (практически не производятся) и «малообслуживаемых» аккумуляторов глубокий разряд не столь губителен, зато такие типы аккумуляторов требуют доливки дистиллированной воды (при исправном электрооборудовании и среднем пробеге — примерно 1 раз в 4—7 месяцев).

- С понижением температуры падает способность аккумулятора «принимать заряд». Поэтому короткие поездки в зимние морозы, особенно с включёнными фарами, могут довольно быстро привести к полному разряду даже абсолютно исправного аккумулятора. Это приводит не только к невозможности запуска мотора, но и к сокращению срока службы аккумулятора, особенно «кальциевого».

- При температуре окружающего воздуха –10 °C зарядные характеристики аккумулятора, не имеющего обогрева, из-за охлаждения ухудшаются, а при температуре ниже –30 °C заряд от штатного генератора автомобиля практически отсутствует. Температура электролита в аккумуляторе, установленном на автомобиле, на 5—7 °C выше температуры окружающей среды и изменяется вслед за ней с запаздыванием на 4—5 часа. В режиме длительного движения за 10—12 часов температура электролита в не обогреваемых аккумуляторных батареях повышается на 2—3 °C, а при наличии обогреваемого отсека для аккумуляторных батарей на 5—7 °C. Поэтому, для надёжной эксплуатации в условиях низких температур применяются конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом.

- Зимой аккумулятор рекомендуется периодически снимать с автомобиля и заряжать зарядным устройством после согревания на воздухе до положительной температуры. Согревать холодный аккумулятор в горячей воде нежелательно по причине возможного частичного осыпания активной массы пластин из-за быстрых температурных деформаций.

- Существует мнение о недопустимости установки на автомобиль аккумулятора с повышенной ёмкостью, так как при большей ёмкости автомобильная АКБ якобы не будет успевать заряжаться. Однако, энергия, потраченная на пуск двигателя, не зависит от ёмкости, поэтому при исправном генераторе будет восполнена в автомобильной АКБ за одно и то же время. Также опасение у некоторых вызывает возможность сгорания стартера, однако потреблённый стартером ток зависит не от ёмкости автомобильной АКБ, а только от его внутреннего сопротивления и условий пуска. Для районов с суровыми зимами рекомендуется установка автомобильной АКБ повышенной ёмкости. При этом аккумулятор способен будет отдать больший ток при пуске, увеличивается количество попыток пуска, уменьшается относительный разряд батареи, что увеличивает надёжность и продлевает срок службы. Однако, у менее ёмкого аккумулятора скорее всего просадка напряжения в момент пуска двигателя больше, чем у более ёмкого, а значит и возможный максимальный ток тоже меньше, чем у более ёмкого, так что, возможно, доля правды в этом мифе всё-таки присутствует. Однако, следует иметь в виду, что аккумулятор большей ёмкости (нежели штатный) требует и большего времени для полной зарядки, если он сильно разряжен. А это случается зимой довольно часто, так как такой аккумулятор позволяет долго крутить стартер. Также, чем больше ёмкость, тем желательнее больший зарядный ток. Особенностью свинцово-кислотных аккумуляторов является то, что они сильно снижают свой ресурс, если заряжены не на 100 %, вследствие возникающей необратимой сульфатации. Поэтому, если в зимнее время аккумулятор с большей ёмкостью будет всё-таки сильно разряжен долгими попытками пуска, то вероятность выхода его из строя будет выше из-за нехватки времени на полный восстановительный заряд, что в ряде случаев усугубится также недостаточно сильным током, выдаваемым штатным генератором, особенно в режиме холостого хода. Следовательно, для продления ресурса аккумулятора большей ёмкости зимой следует его периодически снимать, отогревать и заряжать. Иначе, постоянно недозаряженный аккумулятор прослужит недолго, и единственным плюсом его применения будет увеличенное время прокрутки мотора и величина стартового тока, которые начнут неуклонно уменьшаться вследствие сульфатации, вплоть до полной непригодности аккумулятора. Также следует учитывать, что аккумулятор существенно бо́льшей ёмкости будет иметь бо́льшие габаритные размеры и может не поместиться в отсеке для аккумуляторной батареи.

- Крайне нежелательно заменять аккумулятор при работающем двигателе, поскольку связанные с отключением и подключением аккумулятора скачки напряжения могут вывести из строя электрооборудование автомобиля. При необходимости замены аккумулятора при работающем двигателе, для минимизации скачка напряжения необходимо перед отключением аккумулятора включить в автомобиле максимальное количество электроприборов (фары, мотор «печки», магнитолу, обогрев заднего стекла и т. д.). Подключение каждой клеммы должно производиться быстро, без многократного касания клеммой вывода аккумулятора. Обороты двигателя не должны превышать холостых. В идеале отключаемый/подключаемый аккумуляторы и клеммы автомобиля необходимо временно соединить параллельно проводами, после чего отсоединить все провода от отключаемого аккумулятора, установить подключаемый, надеть на него клеммы, и в самом конце отсоединить временные провода от клемм автомобиля и от подключённого аккумулятора. Таким образом достигается заведомо постоянное соединение какого-либо из аккумуляторов, и практически нивелируются нежелательные скачки напряжения.

- При севшем аккумуляторе, т. н. «прикуривание» от другой автомашины необходимо осуществлять с тщательным соблюдением определённого набора правил, определяемых производителем автомобиля. Нарушение этих правил может оказаться причиной выхода из строя оборудования или даже взрыва автомобильной АКБ.

- Раньше многие советовали в холодное время перед пуском двигателя «погреть» батарею включением фар. Когда-то такой прием активно рекомендовался в литературе. Но последние проведенные исследования показали, что никакого реального эффекта при этом нет. Нагреться автомобильный аккумулятор все равно не успевает, а вот емкость гарантированно теряет.

- Зачем нужен индикатор-глазок? Этот индикатор позволяет примерно оценить плотность и уровень электролита, чтобы выяснить, нуждается ли автомобильный аккумулятор в подзарядке. По большому счету, это игрушка, поскольку глазок находится только в одной банке из шести. Однако многие серьезные производители в свое время были вынуждены вводить его в конструкцию, поскольку отсутствие глазка воспринималось потребителями как недостаток.

Можно ли оценить состояние автомобильного аккумулятора по напряжению на клеммах?

Приблизительно можно. При комнатной температуре полностью заряженная батарея, отключенная от нагрузок, должна выдавать не менее 12,6–12,7 В.