На протяжении более чем века свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АКБ) продолжают оставаться актуальными в силу дешевизны, неприхотливости и почти полного отсутствия «эффекта памяти». Но им был свойственен существенный недостаток — из-за необходимости отвода газов, выделяемых при работе, корпус аккумулятора невозможно сделать полностью герметичным. По этой причине, а также из-за использования жидкого электролита, свинцово-кислотные аккумуляторы критичны к положению в пространстве. Эксплуатировать их можно только в одном, строго определенном положении.
12-вольтовая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея
Для применения на спутниках и космических кораблях ничего лучше, чем свинцово-кислотные АКБ, тоже не нашли, но встал вопрос — как добиться работы в любом положении и как обеспечить герметичность корпуса? В рамках работы над данным проектом появились две технологии — AGM аккумуляторы, где электролитом пропитан специальный сепаратор из стекловолокна, и так называемые гелевые аккумуляторы (иначе именуемые GEL — Gelled ELectrolite), о которых пойдет речь в статье. Как и многие «космические» изобретения, гелевые и AGM аккумуляторы со временем стали применяться в обыденной жизни. Да, раз уж речь зашла о высоких технологиях, следует предостеречь от применения неправильного термина «гелиевые аккумуляторы», широко распространенного среди обычных пользователей. Никакого гелия в этих аккумуляторах нет, а понятие «гель» означает желеобразную массу и хорошо известно нам на бытовом уровне. С первого взгляда, все очень просто — в электролит добавляется вещество (обычно это соединение кремния), которое вызывает его загущение до состояния желе, практически не обладающего текучестью. Но такое решение радикально улучшает параметры аккумулятора. При этом сохраняется преемственность с прежними аккумуляторами — ЭДС одной ячейки по-прежнему равен 2,1 В.
Аккумуляторы с гелевым электролитом Fiamm серии SMG Endurlite (OPzV Gel) — слева и серии SMG12V Endurlite (Gel) — справа
Что такое гелевый АКБ, его конструкция, характеристики, срок службы
Гелевый аккумулятор – это свинцово-кислотный источник питания, в котором электролит между пластинами находится в абсорбированном, гелевом состоянии. Gel-технология подразумевает полную герметизированность и необслуживаемость этого источника питания, принцип работы которого ничем не отличается от остальных видов аккумуляторов.
Конструкция гелевых АКБ
В привычных свинцово-кислотных аккумуляторах электролит представлен в виде смеси дистиллированной воды и серной кислоты. Gel-технология отличается тем, что кислотный раствор в АКБ находится в виде геля. Такая структура электролита достигается путём добавления в состав силиконового наполнителя, сгущающего смесь.
Несколько высокопрочных пластмассовых цилиндрических блоков, соединённых между собой, образовывают корпус гелевого источника питания.
Основные элементы источника питания:
- положительные и отрицательные электроды;
- пористые пластины-сепараторы;
- электролит;
- клапаны;
- клеммы;
- корпус.
Принцип работы гелевого источника питания аналогичен этому процессу в обычных свинцово-кислотных АКБ — заряженный источник отдает заряд. Во время этого процесса напряжение падает, а плотность электролита уменьшается.
Характеристики Gel-аккумуляторов
Выбирая новый гелевый источник питания, необходимо обратить внимание на следующие параметры:
- Ёмкость — измеряется в ампер/часах. Показывает, в течение какого времени источник питания может отдавать энергию силы тока в 1А.
- Максимальный ток заряда — максимально допустимое значение тока при зарядке АКБ.
- Максимальный ток разряда, он же пусковой ток, показывает значение максимальной силы тока, которую АКБ может обеспечить на протяжении 30 секунд.
- Рабочее напряжение на клеммах — 12В.
- Вес источника питания зависит от его ёмкости и варьируется от 8,2 кг (26 Ач) до 52 кг (260 Ач).
Маркировка гелевых АКБ
Немаловажным параметром выбора нового источника питания является дата его производства. Формат обозначения этой информации зависит от производителя. Разберём основные примеры:
- Optima: на пластике выдавлены цифры: первая — год, следующие — день выпуска. Например: 3118 означает 2013 год, 118 день. На некоторых моделях дату производства можно найти на наклейке: верхний ряд — месяц, нижний — год.
- Delta: на наклейке с набором цифр и букв нас интересуют первые четыре знака. Первый (буква) — год начиная с 2011 (А).
Второй (буква) — месяц начиная с января (А).
Третий и четвёртый (цифры) — день месяца
- Varta: в производственном коде четвёртая цифра — год выпуска, пятая и шестая — месяц (17-январь, 18-февраль, 19-март, 20-апрель, 53-май, 54-июнь, 55-июль, 56-август, 57-сентябрь, 58-октябрь, 59-ноябрь, 60-декабрь).
Срок службы гелевых аккумуляторов
Срок службы гелевого аккумулятора, который сообщают производители — около 10 лет. Однако стоит понимать, что он может меняться в зависимости от условий эксплуатации.
На уменьшение срока службы Gel-аккумулятора влияют слишком низкие (менее −30 °C) и слишком высокие (более +50 °C) температуры. Это связано с тем, что в таких условиях электрохимическая активность источника питания то падает, то возрастает. Стоит отметить, что повышение температуры влечёт за собой ускорение коррозийности пластин. Постоянный недозаряд АКБ также ведёт к уменьшению срока годности батареи. Вместе с тем чрезмерные заряды отрицательно сказываются на продолжительности эксплуатации.
Для того чтобы пользоваться гелевым источником питания максимально долго, рекомендовано не допускать глубоких разрядов и хранить АКБ непродолжительное время в сухих помещениях с температурным режимом от −35 °C до +50 °C.
Производители
- Deka;
- Varta;
- Bosch;
- Optima;
- Delta;
Компания VARTA ULTRA DYNAMIC
Гелевые аккумуляторы от компании Varta это изобретение немецких инженеров. Им удалось сделать батарею надежной. Электролит в их модели способен впитываться в отдельный сепаратор и сразу превращаться в гель. Такой АКБ может работать в любом положении. Правда есть один недостаток, это потеря мощности при низких температурах. Плюс высокая стоимость.
АКБ от фирмы Optima Yellow Top
Это разработка американских ученых. Они научились по-особому укладывать пластины. За счет этого производимые элементы питания уменьшились в размерах. Их можно узнать по цилиндрическим банкам. Такие акб с малой емкостью имеют пусковой ток до 765 А. Хорошо выдерживают большие нагрузки. Стоимость на такие батареи варьирует в районе 20 000 р.
Гелевый АКБ DELTA GX 12-60
Производитель обещает высокий срок службы до 10 лет. Выдерживает температурные перепады от -40 до +40 градусов Цельсия.
Производство гелевых аккумуляторов
Для получения густого наполнителя в его состав добавляют частицы кремния или наполнитель на основе стекловолокно. Как создаются такие АКБ в действительности является секретной информацией. Так сказать, коммерческой тайной. Ниже в ролике о них немного говорится.
Видео о гелевых аккумуляторах
Сколько стоит гелевый аккумулятор?
Расценки зависят от характеристик. На современные рынки маленькие акб батареи можно встретить и по цене 600 рублей. Максимальный предел стоимости доходит до 80 000 р. За эти деньги можно приобрести полноценный мотоцикл.
Отзывы о гелевых аккумуляторах
В интернете по этому чуду техники есть как положительные, так и отрицательные отзывы. Некоторые из них связаны с жалобами на гельку. Но кто знает может быть эти владельцы грубо нарушили правила эксплуатации. Например заряжали высоким током или сильно морозили его. Вот он им и не понравился.
Пару скриншотов с отзывами
Плюсы и минусы гелевых аккумуляторов
К достоинствам гелевых аккумуляторов стоит отнести:
- продолжительный срок эксплуатации (около 10 лет);
- большое количество циклов зарядов-разрядов;
- до 400 полных разрядов;
- нет необходимости срочно заряжать источник питания в случае его глубокого разряда;
- небольшие потери ёмкости в случае простоя АКБ (около 20% в год);
- прочность и надёжность этого вида источников питания за счёт качественных комплектующих;
- высокая эффективность при малом внутреннем сопротивлении;
- не требуют обслуживания;
- отличаются безопасностью эксплуатации за счёт непроницаемости корпуса.
Вместе с тем стоит сказать и о некоторых недостатках аккумуляторов, изготовленных с помощью gel-технологий:
- При зарядке источника питания следует контролировать подаваемое напряжение. Если превысить допустимое значение, то начнётся процесс разрушения компонентов.
- Чувствительность гелевых АКБ к низким температурным режимам из-за застывания электролита и ухудшения его свойств.
- Чувствительность батарей к коротким замыканиям.
- Высокая стоимость по сравнению со свинцово-кислотными АКБ.
Сфера применения
Гелевый аккумулятор в автомобиле
Несмотря на усовершенствованные технические характеристики, превосходящие ранее используемые аналоги, гелевый модели имеют компактные размеры. Не так давно применяют спиральный вид компоновки в этих приборах. Где пластины выполнены винтообразно. А сепаратор вместе с электролитом сосредоточены в центре всей этой спиральной конструкции.
Преимущества аккумуляторов с гелевым наполнением делает их использование ценным для авто, которые участвуют в ралли, или же часто эксплуатируемых в неблагоприятных погодных условиях.
Учитывая постоянство подачи электропитания, надежность приборов, данные батареи служат отменным источником энергии, улучшающей работу аудиосистем. А из-за отсутствия в составе АКБ газа, их можно разместить непосредственно в салоне авто. Это, в свою очередь, снизит затраты владельца транспорта на закупку большого количества проводки.
Выбирая наилучший вариант, стоит обращать внимание на производителей. Проверенные компании всегда выгладят наиболее привлекательными для покупателей. Одной из характерных особенностей, которую некоторые считают недостатком гелевых аккумуляторов, считается высокая стоимость.
Сравнение: какой аккумулятор лучше, гелевый или кислотный?
Если с плюсами гелевых аккумуляторов все понятно, то что же можно сказать о свинцово-кислотных?
Они проверены временем и их положительные стороны давно известны:
- низкая стоимость;
- приемлемый срок службы около 5 лет;
- устойчивость к перезарядам;
- простота обслуживания и зарядки.
Сравнение показывает, что обычный аккумулятор немногим уступает gel-технологиям. Из основных преимуществ гелевой технологии можно выделить более продолжительный срок эксплуатации, меньшие потери во время простоя автомобиля и устойчивость к глубоким разрядам.
Сравнение: какой АКБ лучше, гелевый или AGM?
AGM-аккумуляторы отличаются наличием электролита не в жидком виде и не в гелевом — кислотный раствор наполняет стеклоткань, которая располагается между пластинами. Благодаря довольно компактному расположению материала, размеры agm-батарей позволяют существенно увеличить ёмкость источника питания. Эти АКБ характеризуются низким внутренним сопротивлением, что позволяет говорить о максимально быстром заряде источника питания и быстром разряде за счёт возможности выдавать большие токи. AGM аккумуляторы выдерживают свыше 200 полных разрядов. Единственной рациональной причиной отказаться от гелевых АКБ в пользу AGM может стать необходимость высоких пусковых токов для завода машины в морозы. По остальным параметрам АГМ технологии существенно проигрывают гелевым.
История развития
Обратимся немного к истории создания GEL-аккумуляторов. Как и многие другие современные передовые технологии гелевые батареи пришли в автомобилестроение из военной промышленности, а точнее, из авиации. Дело в том, что АКБ с жидким электролитом невозможно применять на самолетах, так как при совершении различных маневров электролит может просто вытечь. Также батареи должны выдерживать частые перепады температуры. Выходом стали АКБ с электролитом в гелевом состоянии. Только не нужно путать понятия «гелевый» и «гелиевый», так как последний подразумевает применение газа гелия, а не вязкую субстанцию.
Гелевый АКБ
Начало создания гелевых АКБ относится к послевоенным годам в Германии. Сын аптекаря Яков Зонненшайн подрабатывал фотографом. Для вспышки ему приходилось таскать тяжелый аккумулятор с жидким электролитом, который постоянно расплескивался и портил одежду. Ему пришла идея загустить жидкость, добавив силикагель и формалин. Формалин выступал в роли стабилизатора, а силикагель – загустителя. Затем появилась , которая долгое время была монополистом и единственным производителем батарей данного типа.
Зарядка гелевых аккумуляторов
Гелевые аккумуляторы довольно восприимчивы к силе тока и напряжению, поэтому зарядка такого источника питания требует регулировки данных характеристик. Устройства, которыми традиционно заряжают свинцово-кислотные АКБ для зарядки Gel-аккумулятора не подойдут. Поэтому вопрос о том, как правильно заряжать гелевый аккумулятор, стоит подробно рассмотреть подробнее.
Как правильно зарядить гелевый АКБ?
Чтобы правильно зарядить gel-батарею необходимо использовать силу тока равную 10% от ёмкости аккумулятора. Например, АКБ 60 Ач надо заряжать током в 6 ампер. Для срочной подзарядки можно использовать 30%, то есть 18А максимум для указанной ёмкости. На корпусе АКБ есть наклейка, на которой указан рекомендованный максимальный ток зарядки для определённой модели — Max initial current (№1 на фото ниже)
Важно и значение напряжения — оно не должно превышать 14,5В. В противном случае внутри батареи начнётся процесс разрушения — гель будет становиться более жидким и утратит свои свойства. Рекомендованное значение напряжения при зарядке указывается производителями на наклейке после слов Cycle use (№ 2 на фото выше). В таком режиме для полного заряда аккумулятора потребуется 10–12 часов.
Обращаем ваше внимание, для гелевых аккумуляторов предусмотрена возможность режима зарядки для сохранения энергии. Такой способ используется в рамках обслуживания источника питания и рекомендован для периодической подзарядки АКБ. Каким напряжением можно заряжать источник питания для поддержания его работоспособности, указано также на наклейке в строке Standby use (№ 3 на фото выше).
Какая нужна зарядка для гелевых аккумуляторов?
Современный рынок предлагает большое количество всевозможных зарядных устройств для аккумуляторов. Однако стоит помнить, что только свинцово-кислотные могут заряжаться от любого оборудования.
Гелевые источники питания требовательны к напряжению и силе тока, поэтому использование нерегулируемых зарядок может испортить АКБ. Давайте разберёмся, какое зарядное устройство необходимо для обслуживания гелевого аккумулятора.
- Отключение тока после того, как закончится зарядка и защита от перегрева.
- Стабильность напряжения.
- Температурная компенсация — параметры зарядки должны корректироваться в зависимости от температуры аккумулятора и окружающей среды.
- Регулировка тока.
При резком изменении напряжения, превышении силы тока или температуры гелевый источник питания выходит из строя.
Производители рекомендуют осуществлять зарядку источника питания поэтапно:
- с увеличением напряжения;
- снижение тока зарядки;
- минимальные значения тока и напряжения.
Таким образом, для зарядки гелевых аккумуляторов необходимы импульсные зарядные устройства, которые позволяют регулировать силу тока и напряжение, а также имеют функцию отключения тока.
Восстановление
Для того чтобы оживить такую АКБ, нужно снять крышки с батарейных отсеков и начать заливать в каждую банку дистиллированную воду. Невзирая на то, что эти аккумуляторы относят к категории необслуживаемых, всегда есть возможность снять их крышки. Воду доливайте с помощью шприца, по два миллилитра в каждую «банку». Спустя полчаса уберите резиновой грушей излишки воды — она должна немного покрывать пластины. Закройте батарею, поставьте наверх груз (чтобы колпачки не выбило большим давлением) и приступайте к зарядке.
Реанимировать АКБ можно с помощью подачи напряжения более 14 вольт. Чтобы восстановить ее, в начале зарядки понадобится напряжение, как минимум, в 15 вольт. Необходимо держать ее на зарядке около 14 часов, предварительно дождавшись того момента, когда она начнет потреблять ток. В случае, если АКБ не реагирует на напряжение в 15 вольт, его можно поднять до 30. Когда батарея, наконец, «раскачается», через два или три таких цикла заряжайте ее обычным способом — током в 10 процентов от ее емкости, убавив напряжение до 14 вольт.
Тем не менее, многие специалисты не советуют восстанавливать аккумуляторы этого типа. Часто эффект лишь временный.
Зарядка для гелевых АКБ своими руками
Если у вас есть определённые навыки и желание собрать зарядку для аккумулятора самостоятельно, то вы можете сделать это с помощью представленной схемы и видео.
Более подробно о том, как собрать зарядное устройство на микросхеме L200C аккумулятор самостоятельно написано в этот статье: https://rustaste.ru/improvised-charger-for-gel-batteries-l200c.html
GEL-батареи
Эти АКБ отличаются еще большим ресурсом работы. В некоторых случаях их можно заряжать/разряжать до тысячи раз, при этом устройство не потеряет своей емкости. Многие думают, что GEL – это гелий. Однако это не так. Это именно гель. В этой конструкции в качестве сепаратора между свинцовыми пластинами применяется силикагель. Им еще на этапе изготовления АКБ засыпают все свободное место в корпусе. Когда силикагель перейдет в максимально твердое состояние, в нем образуются поры. В последних будет находиться и удерживаться электролит в виде геля.
Обслуживание: как восстановить гелевый аккумулятор, замена электролита
Если вы обслуживаете источник питания согласно рекомендациям производителя, то скорее всего он беспроблемно отслужит свой срок эксплуатации и не потребует дополнительных действий. Если источник питания вздулся или разрушились пластины, то мы рекомендуем не заниматься его восстановлением, а приобрести новый. В каких случаях можно попытаться оживить гелевый АКБ?
Если вы заметили потерю ёмкости у вашего аккумулятора, то, возможно, произошло высыхание гелевого компонента. В таком случае необходимо восстановить водный баланс элемента с помощью дистиллированной воды. Далее мы поэтапно расскажем, как это сделать.
- Снимите пластиковую крышку.
- Удалите резиновые заглушки на банках.
- Возьмите шприц и наберите 1–2 кубика дистиллированной воды.
- Влейте воду в каждую банку.
- Оставьте батарею на несколько часов, чтобы гель пропитался водой.
- Если воды недостаточно — долейте; если есть излишки — удалите их шприцем.
- Проверьте уровень напряжения на клеммах.
- Верните заглушки на место и закройте аккумулятор крышкой.
- Поставьте батарею на зарядку.
Также оживление аккумулятора может понадобиться при сильной сульфации пластин, которая образовывается во время эксплуатации батареи. Есть два способа десульфации:
- С помощью химического состава Трилон В. Его необходимо приобрести, развести в указанной пропорции и залить в предварительно осушенный аккумулятор. Обращаем ваше внимание, в гелевых аккумуляторах не всегда есть возможность удалить электролит в виде геля полностью. После десульфации с помощью Трилона В понадобится промыть внутренности дистиллированной водой, снова залить гелевый электролит в аккумулятор, предварительно приготовив раствор. Как видите, способ довольно хлопотный и требует знаний и навыков.
- С помощью импульсных токов различной амплитуды. Во время данной операции импульсные токи разрушают сульфат свинца. Стоит отметить, что гелевые аккумуляторы, как говорилось выше, крайне отрицательно воспринимают резкие перепады напряжения и повышенные токи. Пользователи, опробовавшие этот метод, говорят о том, что не всегда получается достичь поставленной цели. Объясняется это тем, что кроме сульфата свинца разрушаются и сами пластины, а это влечёт потерю ёмкости.
Как видите, способы восстановления аккумуляторов существуют, однако, они не очень подходят для гелевых источников питания. Мы рекомендуем не пытаться реанимировать гелевый АКБ, а приобрести новый.
Можно ли в гелевый аккумулятор залить электролит или воду?
В рамках обслуживания гелевых аккумуляторов в них можно доливать дистиллированную воду тем способом, который мы описали выше. Обычную воду из-под крана в источники питания наливать не рекомендовано – в ней слишком много примесей, которые будут мешать протеканию правильно реакции.
Электролит в чистом виде в гелевые АКБ не заливают. Можно попробовать сделать абсорбированный электролит, однако, за результаты такого эксперимента мы не ручаемся.
Гелевые аккумуляторы для автомобилей довольно популярны благодаря отсутствию необходимости их обслуживания. Как видите, эксплуатация этих источников питания крайне проста. Однако многих отпугивает их высокая стоимость. При должном обслуживании — своевременном подзаряде, соблюдении условий хранения — эта батарея прослужит долго, а восстановление ёмкости не займёт много времени и сил. Как вы ухаживаете за гелевым АКБ? Приходилось ли сталкиваться с проблемами во время зарядки или восстановления? Поделитесь своим опытом с нашими читателями.
Пару слов об гель — электролите
Знаете, многие меня спрашивают — а что такое этот гель? Как в нем находится электролит? Или это сам гель – электролит?
Если честно – то информации в свободном доступе не так много, понять принцип можно, однако это коммерческая тайна, но что-то мне удалось найти.
В этих аккумуляторах используется обычный кислотный электролит – только он «заперт» в геле, как я уже подчеркнул выше (основа двуокиси кремня).
Если конструкцию разобрать на составляющие, то становится понятно:
Это своего рода «губка», в которой находится электролитическая жидкость, но она там заперта, то есть не может испариться, не может замерзнуть и т.д. Но она прекрасно прилегает к пластинам АКБ, что дает защиту и быстрый заряд – несомненный плюс.
С этой жидкостью разобрались, хотя информация может быть не 100 процентной, но суть остается такова. Все же если инфа была бы в открытом доступе — наш рынок бы просто завалили китайские гелевые аккумуляторы, но сейчас такого «бума» нет, значит пока тайна.
