Технология AGM в аккумуляторных батареях

Технология Absorbent Glass Mat (AMG) предложена специалистами Gates Rubber Company в 1972 году. Ее особенность состоит в применении абсорбированного электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах.

Аккумуляторы AGM имеют свойства, которые не позволяют производить их зарядку по технологии аналогичной с обычными аккумуляторами, они имеют особенный режим эксплуатации.

Поэтому, если в базовой комплектации автомобиля установлен аккумулятор AGM, необходимо его заменять на батарею, изготовленную по такой же технологии. В противном случае, бортовой компьютер автомобиля может обычную свинцово-кислотную батарею определить, как «незаряженную», или даже не увидеть ее вообще.

AGM аккумуляторы — что это такое

Абсорбция (от латинского absorbere — поглощать) – поглощение сорбата сорбентом. В качестве сорбата в аккумуляторах AGM выступает электролит, в качестве сорбента – сепараторы из стекловолокна.

Говоря простым языком, стекловолокно поглощает кислотный электролит, в жидком виде электролит в аккумуляторах AGM уже не содержится. И это не единственное достоинство таких аккумуляторных батарей.

Читайте также: Как настроить динамометрический ключ щелчкового типа

Сепаратор из стекловолокна удерживает кислотный электролит за счет капиллярных сил. Кроме этого, для более лучшей адсорбции в электролит иногда добавляют присадки.

Видео — тип аккумулятора AGM что это такое:

Мелкие поры сепаратора заполняются электролитом, более крупные служат для рециркуляции газов. За счет этого понижается количество газов, покидающих батарею в процессе длительной работы.

Аккумуляторы AGM имеют плоскую и спиральную конфигурацию. Технология размещения пластин в аккумуляторе плоского типа изображена на рисунке:

Технология спиральных блоков SpiraCell была запатентована Johnson Controls Company. В настоящее время производство таких батарей осуществляется только с разрешения этой компании, в основном в Северной Америке.

Вид такой спиральной батареи в разрезе:

К технологическим особенностям относится и то, что пластины изготавливаются из чистого свинца без вредных примесей сурьмы. Это также способствует более быстрому процессу заряда.

Видео — распил спиральной батареи Optima Yellow Top:

В процессе заряда, особенно при его окончании, на отрицательных пластинах выделяется большое количество водорода, не успевающее регенерировать во внутреннем объеме аккумулятора. Для вывода его в пространство вне АКБ применяются специально разработанные для этого типа батарей клапаны:

Читайте также: Манометр для шин, код товара: 47670, артикул: AG010042

Устройство гелевого аккумулятора

Ключевая особенность гелевого аккумулятора – это именно его электролит: в отличие от других типов, здесь в раствор серной кислоты введен диоксид кремния, превращающий жидкость в гелеобразную субстанцию. В результате электролит может удерживаться между пластинами в любом положении АКБ и одновременно служит своеобразным демпфером вибраций: удары и тряска такой батарее практически не страшны, в то время как в традиционных АКБ приходится использовать упругие пластиковые сепараторы.

Важное отличие гелевых аккумуляторов – в их нулевом газовыделении, что достигается легированием отрицательных пластин кальцием (во время циклов заряда-разряда происходит рекомбинация водорода). Загущенный электролит не требует наличия между пластинами пространства для отвода водорода, выделяющегося при зарядке, и это определяет сразу два ценных момента:

1. Во-первых, возможность разместить пластины с минимальным зазором позволяет либо снизить габариты аккумулятора, либо увеличить его емкость и токоотдачу.
2. Во-вторых, это делает возможным полную герметизацию батареи – точнее говоря, каждая банка снабжается клапаном, настроенным на определенное давление, необходимое для запуска реакции рекомбинации водорода. В нормальных условиях эксплуатации клапана всегда закрыты, что позволяет считать гелевые аккумуляторы герметичными, но при резком росте газообразования (перезаряд) клапана открываются, предохраняя корпус от разрушения.

При плотной компоновке банки необязательно использовать классическую конструкцию с двумя параллельными пластинами в каждой банке. Многие производители гелевых батарей сворачивают пластины в спираль, что позволяет максимально эффективно использовать пространство – такие источники энергии можно сразу узнать по цилиндрическим обводам банок.

Преимущества технологии AGM

Преимущества батарей этого типа:

• отсутствует необходимость обслуживания;
• конструкция герметична (относительно, есть клапан выброса газов), нет вероятности повреждения клемм и кузова при испарении кислотных паров;
• в момент возможной аварии не происходит выливание электролита, минимальна вероятность взрыва батареи;
• герметичность конструкции дает возможность крепления АКБ практически в любом положении, за исключением «вверх дном»;
• стабильная работа при понижении температуры до минус 30 градусов Цельсия (не рекомендуется использовать слабо заряженную АКБ при более низких температурах, это связано с опасностью кристаллизации электролита в сепараторах);
• АКБ с технологией AGM менее чувствительны к сильным вибрациям;
• способность в три-четыре раза больше выдерживать процессы полного разряда-заряда, чем обычные батареи;
• повышенная скорость заряда (до двух раз);
• способность длительное время находится при полуразряде без изменения электрохимических свойств;
• повышенный срок службы;
• более низкая цена, чем у аккумуляторов по технологии GEL (они относятся к такому же типу АКБ Valve-Regulated Lead–Acid battery VRLA).

Не случайно до сих пор некоторые военные самолеты (B-52, F-18) комплектуются аккумуляторами AGM.

Какой аккумулятор лучше выбрать: гелевый или AGM

Перед покупкой батареи AGM для использования в качестве тягового аккумулятора для транспорта необходимо учитывать рассмотренные выше недостатки. Прежде всего, ресурс такой батареи будет ниже, чем у гелевых аккумуляторов. Если для батарей GEL 300 циклов – гарантированный показатель, для АГМ все те же 300 циклов являются полным ресурсом.

Другими словами, срок службы аккумуляторов AGM при циклической работе до 40% меньше, чем у гелевых аккумуляторов. По этой причине разницу в стоимости (AGM дешевле на 30-35%) в полной мере перекрывает сниженный ресурс данных аккумуляторов при одинаковых режимах работы. Получается, если нужен тяговый аккумулятор, предпочтительнее сразу смотреть на более дорогой гелевый АКБ.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как восстановить аккумулятор автомобиля. Из этой статьи вы узнаете о том, как выполняется десульфатация аккумулятора, а также что нужно учитывать во время выполнения данной процедуры.

Однако для источников бесперебойного питания аккумуляторы AGM являются лучшим решением. Дело в том, что они в условиях «буферного режима» способны сохранять емкость много лет. В результате получается так, что AGM аккумуляторы зачастую используются в источниках бесперебойного питания.

В свою очередь, гелевые аккумуляторы повсеместно встречаются на электротранспорте. При этом дешевые свинцово-кислотные, кальциевые и подобные им АКБ для электротранспорта не подходят по причине отсутствия необходимой герметичности.

Как заряжать AGM аккумулятор

Существует несколько способов зарядки AGM аккумуляторов, которые можно разделить на: многоступенчатая (двух- либо трехступенчатая) зарядка и одноступенчатая зарядка.

Трехступенчатая

Трехступенчатую зарядку производят большинство производителей. Суть ее состоит в том, что первоначально АКБ заряжается от источника напряжения 14,2 – 14,8 Вольта током, соответствующим 10 – 30% от емкости аккумулятора. Это так называемый основной цикл

. Во время основного цикла батарея восполняет до 80% емкости. Например, если АКБ имеет емкость 100 ампер-часов, выбирается ток заряда 10 Ампер (10%), то до 80% емкости он зарядится примерно за 8 часов.

Читайте также: Украшаем фары самодельными «ангельскими глазками»

Затем следует накопительный цикл

, напряжение источника уменьшается приблизительно на 0,3 Вольта. В это время батарея восполняет заряд до 100% (приблизительно за 3-4 часа).

Третий этап – плавающий заряд

(хранение). Он происходит при напряжении источника 13,2 – 13,8 Вольта.

Двухступенчатая

Двухступенчатый заряд рекомендован производителями во время эксплуатации АКБ. Он аналогичен трехступенчатому, за исключением процедуры третьего этапа.

Одноступенчатая

Одноступенчатый заряд производится только в режиме быстрой зарядки током 10 – 30% от величины емкости аккумулятора от источника напряжения 13,3 – 13,8 Вольт.

Многие автолюбители измеряли напряжение на АКБ во время работы двигателя автомобиля, то есть в момент заряда от генератора. На некоторых автомобилях оно может достигать до 15 Вольт и выше. Понятно, что устанавливать аккумуляторы AGM на такие авто не следует.

Зарядку аккумуляторов лучше производить на специальных устройствах, например Hyundai HY 1500 Expert:

В процессе заряда необходимо контролировать температуру корпуса АКБ, которая не должна превышать 50 градусов Цельсия, напряжение заряда (ни в коем случае не более 15,2 Вольта, это может ускорить гидролиз, привести к увеличению концентрации кислоты).

Восстановление и обслуживание АГМ-аккумулятора

При неправильной эксплуатации AGM-батарея может быстро выйти из строя. Методы восстановления автомобильного аккумулятора описаны ниже.

1. Долив дистиллированной воды. Если АКБ регулярно перегревается при зарядке, то маты высыхают за счет электролиза. Долить воду через пробки в банках не получится, т.к. батарея полностью герметична. Чтобы восстановить уровень электролита, нужно просверлить в каждом элементе АКБ отверстие небольшого диаметра и ввести дистиллированную воду через шприц. Для отверстий нужно изготовить пробки, которые предупредят утечку электролита. Ставить АКБ на подзарядку рекомендуется через 1-2 суток после заливки. При ремонте батареи нужно надеть защитную одежду, очки и перчатки.
2. Одновременное подключение аккумуляторов. Автоматические ЗУ могут не среагировать на неисправную батарею, поэтому некоторые автомобилисты подключают одновременно реанимируемую АКБ и рабочий аккумулятор. Если неисправная батарея начала потреблять ток, то рабочая после установки режима накопления отключается. Реанимация аккумулятора продолжается в щадящем режиме. Длительная подзарядка сразу двух АКБ запрещена.
3. Ступенчатая зарядка ручным и автоматическим ЗУ. Вместо одновременного подключения на начальном этапе реанимации АКБ можно использовать ручную подзарядку при токе 1-2% от емкости, постепенно увеличивая силу тока от 0,5 до 14,8 А. Доведя до штатного режима, можно подключить аккумулятор к автоматическому ЗУ. Восстановление рекомендуется проводить импульсным током. В многофункциональных устройствах при глубоком разряде режим импульсной зарядки активируется автоматически.

Из-за повышенных требований к эксплуатации АГМ-аккумуляторы не рекомендуется приобретать с рук без предварительного наблюдения за процессом подзарядки.

При эксплуатации автомобиля необходимо контролировать напряжение батареи. Не допускается полный разряд АКБ и снижение U до 12 вольт. Если накопитель используется после длительного хранения или сезонного отстоя машины, то перед выездом нужно проверить заряд.

Главная операция в технологии ухода за аккумуляторной батареей – подзарядка. Удаленно ее невозможно произвести без специального зарядного устройства, подающего определенное напряжение и ток на клеммы АКБ. Для каждого типа источников питания существует индивидуальная методика зарядки, предусматривающая строго нормированные режимы. АГМ изделие тоже можно восстановить, разработаны даже схемы, раскрывающие суть правильного процесса подзарядки.

Недостатки[ | ]

• Большая масса (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)
• Для их зарядки требуются специальные зарядные устройства [2]
• Не должны храниться в разряженном состоянии, напряжение каждого из элементов батареи не должно упасть ниже 1,8 В[3] (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)
• Крайне чувствительны к превышению напряжения заряда (свыше 2,53 В для одного аккумулятора). Относится ко всем необслуживаемым свинцово-кислотным батареям, но AGM особенно, из-за отсутствия «запаса» электролита в силу конструктивных особенностей.
• Дают заметное падение напряжения на морозе при нагрузке, как и все свинцово-кислотные аккумуляторы.
• Они обеспечивают число полных (70 %) циклов разряда до 500 — подходит для резервного питания[3]. В зависимости от марки и модели, число циклов варьируется от 100 до 4000.
• Оксид свинца, содержащийся в них, токсичен, что делает их опасными для окружающей среды (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам).
• Более высокая цена по сравнению с аккумуляторами с жидким электролитом, но более низкая, чем у аккумуляторов, изготовленных по технологии GEL (у которых электролит желеобразный). Последние имеют ряд преимуществ[3].

Необслуживаемые аккумуляторы: Жидкостные, Гелевые и AGM

Такие аккумуляторы бывают различных типов: Жидкостные, Гелевые и AGM. Начнем с того, что это все кислотные аккумуляторы и принцип их работы не отличается от друг от друга.

12-ти вольтовый Аккумулятор состоит из шести ячеек, в которых находятся электродные блоки, состоящие из пластин (решеток) положительных и отрицательных с нанесенной на них активной массой и разделенных между собой сепаратором, все это залито электролитом. Процесс образования (выработка) электричества происходит при химическом взаимодействии между активной массой, нанесенной на решетки и электролитом.

Основное принципиальное отличие Обычных жидкостных, Гелевых (GEL) и VRLA или SLA созданных по AGM технологии батарей заключается в физическом состоянии электролита:

• Обычные аккумуляторы имеют — жидкий электролит.
• Гелевые (GEL) — загущенный электролит до нетекучего состояния с помощью специальных присадок.
• VRLA или SLA, произведенные по AGM технологии — электролит абсорбирован (впитан) в сепаратор.

Решетки электродов, удерживающие активную массу, легируют сурьмой и мышьяком. Добавки улучшают технологичность литья, повышают твердость и коррозионную стойкость электродов. В то же время сурьма способствует повышенному расходу воды и снижению ЭДС батареи в процессе эксплуатации.

Дальнейшее развитие привело к снижению доли сурьмы в составе сплава, из которого льют решетки. Это привело к появлению малообслуживаемых аккумуляторов (малосурьмянистые технологии), так же увеличился срок службы батареи. Затем из отрицательных пластин сурьму вытеснил кальций. Появились «Гибридные» аккумуляторы стали требовать долива еще реже.

Применение кальция в положительных и отрицательных пластинах (кальциевые технологии) привело к появлению батарей, теоретически не требующих долива на протяжении всего срока эксплуатации. Однако такие батареи выходят из строя от глубоких разрядов. Чтобы повысить стойкость, в свинцово-кальциевый сплав положительных пластин стали добавлять серебро. Применение лабиринтных крышек и пробок, конденсирующих остатки испарения воды и возвращающих ее обратно в аккумулятор, привело к появлению полностью необслуживаемых батарей в течение всего срока их жизни.

Гелевые аккумуляторы появились с началом освоения космоса. Гель, получающийся в результате добавления в серную кислоту двуокиси кремния, позволяет добиться полной герметичности батареи, так как все газовыделение происходит внутри пор в массе геля. Таким батареям нет равных по стойкости к глубоким разрядам, они намного долговечнее традиционных. Но распространения у автомобилистов гелевые аккумуляторы не получили по причине очень высоких требований к бортовому электрооборудованию и из-за резкого падения пускового тока на холоде.

Наиболее современная технология (AGM) вновь вернулась к жидкой кислоте, но теперь электролит удерживается в порах сепаратора из ультратонких стеклянных волокон. Такая конструкция позволяет не только герметизировать корпус, но и сохранить работоспособность батареи даже в случае повреждений наружной оболочки. AGM-батареи нечувствительны к колебаниям температуры, очень стойки к глубоким разрядам, долговечны, виброустойчивы и могут работать хоть лежа на боку, но боятся перезаряда.

ОСОБЕННОСТИ ГЕЛЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

Гелевый электролит заполняет пространство между пластинами аккумулятора, но сепаратор не исключается. Рекомбинация газов в гелевых аккумуляторах имеет эффективность до 97%. Гель эффективнее фиксирует материал пластин, снижая их износ в режимах глубоких разрядов, поэтому циклический ресурс гелевых аккумуляторов в 2-3 раза выше, чем у обычных, поэтому их целесообразно применять в тех случаях, где такое применение (циклический режим с глубоким разрядом) востребовано. Гелевые аккумуляторы также могут эксплуатироваться в любом положении (кроме перевернутого), имеют несколько меньший саморазряд, поэтому гелевые аккумуляторы предпочтительно использовать в тех режимах, где разряд производится малым током на протяжении длительного времени.

В гелевом электролите ионы имеют худшие показатели подвижности (в силу большей плотности среды), что отрицательно сказывается на динамических разрядных и зарядных характеристиках гелевых аккумуляторов. Более того, может наблюдаться временный провал в напряжении при резком увеличение нагрузки, что может приводить к неадекватному поведению оборудования; поэтому следует с осторожностью применять гелевые аккумуляторы в системах управления током и т.п. устройствах с коммутацией быстроизменяющихся токов. Гелевые батареи очень чувствительны к качеству зарядки аккумуляторы с гелем внутри можно применять лишь там, где бортовая электрика позволяет очень точно поддерживать режим заряда. Куда там, на отечественных автомобилях даже с исправным реле-регулятором напряжение «гуляет» с 13 до 16 вольт! Да и на большинстве иномарок немногим лучше. А уж если реле-регулятор из строя выйдет, то гелевый аккумулятор можно сразу выбрасывать. Не зря же на нем написано: напряжение заряда не более 14,4 В. Если больше, то гель тает как холодец в тепле и обратно уже не восстанавливается. И вот еще что: у настоящих гелевых батарей, конечно, может быть огромный ток, но только летом. Гель и так вязкий, а на морозе он совсем застывает. В результате характеристики падают наполовину и больше.

Зарядка гелевых аккумуляторов ограничивается очень малыми токами, в противном случае возникает опасность «вспучивания» геля избыточными газами из-за меньшей эффективности рекомбинации и ограниченной теплопроводности. Гелевые аккумуляторы предпочтительней питать от зарядных устройств с высоким качеством напряжения (стабильность, минимум пульсаций) во избежание перезаряда и перегрева, они не переносят даже кратковременных коротких замыканий — любое КЗ (например, при установке аккумулятора Вы случайно замкнули на долю секунды два полюса металлическим гаечным ключом) моментально выводит аккумулятор из строя.

Читайте также: Сколько подливать воды в аккумулятор. Что доливать в аккумулятор — воду или электролит? Долить электролит в гелевый аккумулятор

Высокие вибрации приводят к разжижению геля и стеканию его с пластин. Как видим, гелевые аккумуляторы «лушче» (если так можно сказать), только в плане повышенного циклического ресурса и меньшего % саморазряда. К тому же такой тип батарей самый дорогой.

СВИНЦОВО—КИСЛОТНЫЕ, ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ, КЛАПАННО-РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ (VRLA или SLA)

• VRLA
  (Valve Regulated Lead Acid) в переводе с английского — Клапанно-Регулируемые Свинцово-Кислотные;
• SLA
  (Sealed Lead Acid) — Герметизированные Свинцово-Кислотные;
• AGM
  (Absorbent Glass Mat) — это технология изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов, созданная инженерами Gates Rubber Company в начале 1970-х годов. Пористый сорбент из стекловолокна (AGM) — впитывающий сепаратор, использующийся между пластинами в VRLA-батарее.

Особенность аккумуляторов типа VRLA — отсутствие необходимости долива воды в течение всего срока службы и практически полное отсутствие выделения газов (водорода и кислорода) — продуктов электролиза воды, входящей в состав электролита. Поэтому их нередко называют герметизированными необслуживаемыми. Незначительное обслуживание, тем не менее, необходимо: прежде всего, визуальный осмотр, протирание от пыли, подтяжка соединений и контроль напряжений.

Благодаря особенностям конструкции и составу материалов пластин, сепараторов и электролита продукты электролиза воды — молекулы водорода и кислорода — в аккумуляторах данного типа рекомбинируют, превращаясь в молекулы воды и возвращаясь в состав электролита.

Коэффициент рекомбинации при нормальных условиях эксплуатации достаточно высок и может достигать >99 %. Поэтому лишь очень незначительная часть непрорекомбинировавших газов накапливается внутри корпуса аккумулятора и затем при превышении заданного уровня давления стравливается в атмосферу через специальные клапаны.

Преимущества:

• Устойчивость к вибрации, возможность установки в любом положении и в отсутствии необходимости обслуживать, высокий пусковой ток.
• Конструкция не требующая обслуживания.
• Конструкция герметична и имеет клапанную регулировку, предотвращает утечку кислоты и коррозию клемм.
• Более безопасная работа: при правильной зарядке батарей исключается возможность выделения газов и опасность взрыва.
• Герметичная конструкция позволяет устанавливать батарею почти в любом положении (однако установка вверх дном не рекомендуется).
• Уверенная работа при низких температурах (ниже − 40*С), низкий саморазряд (всего на 15 — 20% за год простоя), полная необслуживаемость и долгий, до 12 — 15 лет, срок службы.
• Повышенная виброустойчивость увеличивает срок службы.
• Они обеспечивают число полных (70%) циклов разряда около 500 раз.

• Не должны храниться в разряженном состоянии, напряжение не должно упасть ниже 10,8 В. Крайне чувствительны к превышению напряжения заряда. Для заряда батарей изготовленных по технологии AGM, желательно использовать специальное зарядное устройство с соответствующими параметрами заряда, отличными от заряда классических аккумуляторов с жидким электролитом. AGM-батареи не такие «капризные» как гелевые, но тоже требуют внимания к состоянию генератора и реле-регулятора. Дело в том, что в аккумуляторах этого типа конструктивно очень мало электролита, и если он выкипит, то долить невозможно.
• Высокая цена.

Аккумуляторы, производимые с использованием технологии AGM, изготавливаются в спиральной или плоской конфигурации. Спиральные элементы обладают большей площадью поверхностного контакта, что даёт возможность кратковременно выдавать большие токи и быстрее заряжаться. Однако обратной стороной является уменьшение удельной ёмкости аккумулятора (соотношение электрической ёмкости и размеров) по сравнению с плоской конфигурацией. Обе технологии являются перспективными. В настоящий момент наиболее распространены автомобильные аккумуляторы AGM с плоской конфигурацией блоков. Спиральные блоки SpiraCell запатентованы компанией Johnson Controls для серии Optima и не могут использоваться без её разрешения, в отличие от плоских блоков. У спиральных батарей выше характеристики токоотдачи и меньшее внутреннее сопротивление из-за большей рабочей поверхности пластин при тех же внешних габаритах батареи. Простым языком говоря, они мощнее.

Свинцовые аккумуляторы со связанным электролитом, изготовленные по технологии AGM, появились около 40 лет назад — их изобрели для работы в буферном режиме в стационарных системах бесперебойного электроснабжения. Такие батареи хороши с точки зрения безопасности, поскольку практически не выделяют в атмосферу образующиеся при зарядке газы. В 90-х годах прошлого века технология AGM прижилась в автоспорте. Во-первых, вновь из-за безопасности — теперь уже благодаря полностью герметичному корпусу аккумулятора, исключающему вытекание электролита при аварии. А во-вторых, из-за компактности — благодаря малому сопротивлению не изолирующих, а пропитанных электролитом сепараторов большой пусковой ток они выдают при меньшей емкости, то есть с меньшим количеством пластин в пакете. На обычных автомобилях AGM-аккумуляторы появились больше десяти лет назад. В настоящий момент автомобильные стартерные батареи AGM используются в качестве источника питания системы «Старт-Стоп», которой оснащается ряд моделей автомобилей ведущих производителей из-за возможности быстро и отдавать, и принимать большое количество энергии, способности безболезненно выдерживать глубокие разряды (при периодических разрядах больше 50% АGМ — батарея прослужит вчетверо дольше обычной) и не деградировать при частых циклах разрядов-зарядов. Ведь стекловолоконные маты вдобавок ко всему механически удерживают активную массу на пластинах, не давая ей осыпаться. Именно поэтому на машинах с системой «Старт-Стоп» подобный аккумулятор способен проработать четыре-пять лет, а не два-три года, как обычный «жидкий».

Ещё почитать:
Гель или AGM? Аккумуляторы GEL, AGM и особенности их обслуживания