Аккумуляторные свинцово-кислотные батареи. Технологии AGM и Gel.

Свинцово-кислотный аккумулятор — тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса (от 500 циклов и более), высокой удельной мощности.

Свинцово-кислотные с жидким электролитом.

Плюсы использования свинцово-кислотных аккумуляторов:

Широкая распространенность технологии - такие батареи достаточно легко купить за приемлемые деньги (где-то в районе 1000-1500 USD за 8КВт*ч аккумуляторную батарею), и этот параметр часто перевешивает все минусы свинцово-кислотных аккумуляторов
Низкий саморазряд батареи - в 5-8 раз меньше, чем у никель-кадмиевых батарей
Хорошая переносимость мощностных нагрузок
Относительная дружественность к окружающей среде - вторичная переработка свинцово-кислотных аккумуляторов хорошо отработана

Минусы использования свинцово-кислотных аккумуляторов:

Низкая плотность энергии в аккумуляторе, в связи с чем вес батареи выше, чем у большинства других батарей
Проблема толерантности к глубокому разряду - при разряде свыше 80% резко снижается продолжительность жизни батареи. Рекомендуемые 60% разряда (при которых достигается до 1500 цилов разряда-заряда) еще больше усиливают проблему низкой плотности энергии.
Проблема обслуживания для вентилируемых батарей - требуется постоянный контроль уровня электролита раз в неделю, зарядка в специальном хорошо проветриваемом помещении
При заряде теряется до 30% затраченной электроэнергии
Нельзя оставлять сильно разряженную батарею на морозе
Трудно прогнозировать выход из строя аккумулятора
При больших токах разряда стоит проблема неполной одномоментной отдачи заряда батареей

ТЕХНОЛОГИИ СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ БАТАРЕЙ

Для того, чтобы достичь герметичности и устранить необходимость в обслуживании аккумуляторов для ИБП производители применяют две различные технологии: AGM (Absorptive Glass Mat) и GEL (Gelled Electrolite). Обе технологии обеспечивают рекомбинацию газов для сохранения объема электролита и его "связывание" во избежание выплескивания.

Свинцово-кислотные АКБ по технологии AGM.

AGM (Absorbent Glass Mat) — это технология изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов, созданная инженерами Gates Rubber Company в начале 1970-х годов. Отличие батарей AGM от классических в том, что в них содержится абсорбированный электролит, а не жидкий, что даёт ряд изменений в свойствах аккумулятора.

Аккумуляторы, производимые с использованием технологии AGM, изготавливаются в спиральной или плоской конфигурации. Серия продукции со спиральной конструкцией блоков производится в основном в Северной Америке, а с плоской конфигурацией электродов — и в Северной Америке, и в Европе. Спиральные элементы обладают большей площадью поверхностного контакта, что даёт возможность кратковременно выдавать бóльшие 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 и могут использоваться для поставки автопроизводителям в качестве компонентов OEM. 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.

Плюсы AGM аккумуляторов:

Аккумулятор, произведённый по технологии AGM, имеет перед классическими аккумуляторами ряд преимуществ, полученных за счёт такой технологии. В частности, устойчивость к вибрации, отсутствие необходимости обслуживать, установка практически в любом положении (установка вверх дном не рекомендуется из соображений безопасности ввиду верхнего расположения клапанов). Некоторые производители заявляют увеличенную производительность таких АКБ или высокий пусковой ток.

Конструкция, не требующая обслуживания.
Конструкция герметизированная и имеет клапанную регулировку, предотвращает утечку кислоты и коррозию клемм.
Более безопасная работа: при правильной зарядке батарей исключается возможность выделения газов и опасность взрыва.
Герметизированная конструкция позволяет устанавливать батарею почти в любом положении (вверх дном не рекомендуется).
Уверенная работа при низких температурах в зависимости от технологии до −30 °С (ниже возможна кристаллизация электролита разряженной батареи и как следствие снижение срока службы ввиду повреждения активной поверхности).
Увеличенный срок службы в условиях повышенной вибрации.

Минусы AGM аккумуляторов:

Большой вес (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)
Для их зарядки требуются специальные зарядные устройства
Не должны храниться в разряженном состоянии, напряжение каждого из элементов батареи не должно упасть ниже 1,8 В (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)
Крайне чувствительны к превышению напряжения заряда. (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)
Дают заметное падение напряжения на морозе при нагрузке (вопреки заблуждению, распространенному в интернете). (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)
Они обеспечивают число полных (70 %) циклов разряда до 500 — подходит для резервного питания. 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.

Свинцово-кислотные АКБ по технологии GEL («гелевые»).

В гелевых аккумуляторах жидкий электролит доведен до желеобразной, вязкой консистенции путем добавления в него соединений кремния. В результате электролит не выплескивается при тряске, и не вытекает при незначительных повреждениях корпуса. Эта технология появилась первой, именно поэтому многие по старинке все герметичные необслуживаемые аккумуляторы называют гелевыми. Распространено также бытовое название "гелИевые аккумуляторы", что в корне не верно. Газ гелий не имеет никакого отношения к аккумуляторным батареям.

Благодаря вязкому состоянию в гелевых АКБ происходит рекомбинация газов:

В результате химической реакции вода в батарее распадается на водород и кислород.

Ионы водорода и кислорода остаются в замкнутом пространстве батареи и, перемещаясь по микропорам и трещинам в геле, соединяются и снова образуют воду.

Вода впитывается гелем, восстанавливается первоначальный объем электролита.

В итоге мы имеем батарею, в которую не нужно доливать воду, поскольку она практически не испаряется. Кроме того, не происходит газовыделение, поэтому АКБ может использоваться в жилых помещениях.

Плюсы GEL аккумуляторов:

выдерживают большое число циклов заряда-разряда;
полностью восстанавливают емкость после глубокого разряда;
менее чувствительны к «плохому» заряду от нестабильной сети;
выдерживают разряд из недозаряженного состояния без потери емкости;
могут работать в циклическом режиме;
лучше переносят работу и в холоде, и при высокой температуре;
практически исключены тепловые пробои между пластинами.

Минусы GEL аккумуляторов:

Длительная эксплуатация возможна лишь при чётком выполнении правил использования. Особенно это касается зарядки АКБ.
Высокая точность напряжения при зарядке. Как следствие, требуется специальное зарядное устройство с возможностью регулировки напряжения
Высокая стоимость по сравнению со стандартными АКБ с жидким электролитом.