Плюсы и минусы гелевых аккумуляторов

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
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
Аккумуляторы с гелевым электролитом Fiamm серии SMG Endurlite (OPzV Gel) — слева и серии SMG12V Endurlite (Gel) — справа

Плюсы гелевых аккумуляторов

Отсутствие текучести

Гель как бы облекает свинцовые пластины, тем самым предотвращая их осыпание. В результате исключено внутреннее короткое замыкание, также уменьшается саморазряд. Но, самое главное, выделяемые газы практически полностью остаются внутри геля в виде пузырьков с последующей внутренней рекомбинацией, что позволяет сделать корпус аккумулятора полностью герметичным. На самом деле, чтобы избежать возможного «вздувания» аккумулятора, в корпусе предусматривают несколько односторонних клапанов, через которые, тем не менее, гель вытечь не может. Это и обеспечивает возможность эксплуатации аккумулятора в любом положении, хотя гелевые аккумуляторы для широкого применения эксплуатировать в положении «вверх ногами» относительно основного все же не рекомендуется. Благодаря герметичности конструкции больше не нужно подливать дистиллированную воду, поэтому для AGM и GEL аккумуляторов есть общее название «необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы».

Отсутствие текучести геля обеспечивает и безопасность в случае разрушения корпуса аккумулятора. В этом случае кислота не вытечет наружу. Данное обстоятельство особенно важно для транспортных средств на электрической тяге.

Возможность полной разрядки

Свинцово-кислотные и AGM аккумуляторы нельзя доводить до полного разряда, так как при этом на свинцовых пластинах появляются кристаллы окисного сернокислого свинца. Данное соединение не проводит электричество и его очень сложно удалить с пластин с целью восстановления работоспособности аккумулятора.

Нахождение же электролита в желеобразной форме предотвращает образование кристаллов окисного сернокислого свинца, поэтому гелевые аккумуляторы можно полностью разряжать, не опасаясь их выхода из строя. Другой вопрос, что, без лишней надобности лучше все же так не делать, поскольку полная разрядка гелевого аккумулятора снижает срок его службы.

Длительный срок службы

Количество циклов заряда-разряда гелевого аккумулятора при полном разряде составляет около 350, при разряде на 50% от номинальной емкости — около 550, при разряде на 30% — около 1200. Правильно эксплуатируемая гелевая батарея прослужит не менее 7 лет.  Для сравнения — обычные кислотно-свинцовые аккумуляторы служат порядка 2 лет, AGM — около 5 лет.

Структура гелевого электролита в аккумуляторной батареи Fiamm SMG
Структура гелевого электролита в аккумуляторной батареи Fiamm SMG замедляет высыхание элемента, поэтому расчётный срок службы элементов 2В составляет 18 лет

Минусы гелевых аккумуляторов

Стоимость

Значительным недостатком GEL аккумулятора является его цена. При сопоставимой емкости она примерно в 3 раза больше, чем у AGM и в 5 раз больше, чем у традиционного кислотно-свинцового аккумулятора. Но данный недостаток полностью компенсируется более высоким сроком службы.

Чувствительность к превышению напряжения

Недостатком, связанным с принципом работы гелевого аккумулятора, является его чувствительность к превышению напряжения выше определенного уровня при зарядке. Например, аккумуляторную батарею с номинальным напряжением 12,6 В, нельзя заряжать под напряжением выше, чем 14,5 В. При значительном увеличении напряжения при заряде наблюдается изменение структуры электролита в сторону большей текучести. По этой причине нельзя устанавливать, например, автомобильные гелевые аккумуляторы в старые модели, где напряжение бортовой сети меняется в широких пределах. Такие аккумуляторы пригодны только для современных моделей автомобилей, где напряжение бортовой сети стабилизировано. И, естественно, недопустимо заряжать гелевый аккумулятор от зарядного устройства, не предназначенного специально для таких батарей.

Ограничения по току зарядки

Необходимость сохранения желеобразной структуры электролита ограничивает и ток зарядки GEL аккумуляторов. И, хотя такие аккумуляторы превосходят по скорости зарядки традиционные свинцово-кислотные, они отстают от AGM аккумуляторов. Существует простое правило для GEL аккумуляторов — оптимальный ток зарядки в амперах численно равен 10% от емкости, выраженной в ампер-часах. Максимально допустимый ток зарядки указывается в технических характеристиках аккумулятора, обычно он примерно в 3 раза больше оптимального.

Длительное короткое замыкание способно привести к «вздуванию» корпуса гелевого аккумулятора и полному выходу его из строя. Впрочем, короткое замыкание противопоказано и другим типам кислотно-свинцовых аккумуляторов.

Температура эксплуатации гелевых аккумуляторов

GEL аккумулятор можно хранить и эксплуатировать, пока не произойдет замерзание электролита. В зависимости от модели аккумулятора, нижняя граница температуры находится в пределах от -50 до -30 C. Но на морозе гелевые АКБ ведут себя иначе, чем традиционные свинцово-кислотные, все зависит от типа нагрузки.

Гелевые аккумуляторы в альтернативной энергетике
Гелевые аккумуляторы являются оптимальным решением для использования в альтернативной энергетике

Если речь идет о равномерной по времени нагрузке, а также изменяемым в широких пределах уровне заряда аккумулятора, что характерно, например, для систем альтернативной энергетики, то GEL на морозе демонстрирует преимущество как относительно традиционных свинцово-кислотных, так и AGM аккумуляторов.

В свинцово-кислотных и AGM аккумуляторах плотность электролита сильно зависит от уровня заряда, в процессе разряда может произойти замерзание электролита, что в конечном счете ведет к физическому разрушению корпуса. У гелевых аккумуляторов зависимость плотности электролита от уровня заряда выражена намного слабее, так что такой аккумулятор спокойно можно хранить на морозе даже в полностью разряженном состоянии.

Но при снижении температуры у GEL в гораздо большей степени, чем у других свинцово-кислотных аккумуляторов, падает пусковой ток. Поэтому, при использовании таких аккумуляторов в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания известны случаи, когда двигатель на сильном морозе не заводился.

Применительно к повышенным температурам гелевые аккумуляторы имеют преимущества, обусловленные их герметичной конструкцией — не надо доливать часто испаряющуюся воду. В том случае, если температура превышает максимально допустимое значение (зависит от конкретной модели, выпускаются GEL аккумуляторы, специально рассчитанные на эксплуатацию в условиях высоких температур), будет происходить разжижение электролита и процесс этот, увы, необратимый.

Применение гелевых аккумуляторов

Рассматриваемый тип аккумуляторов оптимален для использования в системах альтернативной энергетики. Аккумуляторы могут работать в условиях изменения уровня заряда в широких пределах, в том числе и при отрицательных температурах. Отсутствие необходимости в обслуживании позволяет применять GEL аккумуляторы в уличных светильниках с автономным питанием от солнечных и батарей и ветряков.

Другое направление использования гелевых аккумуляторов в быту и промышленности, где они почти вне конкуренции — источники бесперебойного питания. Особенно большую выгоду применение таких аккумуляторов дает при питании телекоммуникационного оборудования, так как аккумуляторы включаются в буферном режиме, при котором GEL технология обеспечивает срок службы на уровне 10 — 15 лет. Шкафы с гелевыми аккумуляторами при питании аппаратуры связи, характеризующейся равномерной по времени нагрузкой, можно размещать на улице без дополнительного климатического оборудования.

Смотрите также: двухвольтовые аккумуляторы с гелевым электролитом FIAMM SMG Endurlite (OPzV Gel) для объектов связи, альтернативной и общей энергетики, нефтегазовой отрасли

В Китае сейчас массово выпускаются недорогие компактные электромобили для поездок в пределах города или ближайших пригородов. Для накопления энергии в таких транспортных средствах часто используются гелевые аккумуляторы, поскольку они дешевле литий-ионных и не требуют дополнительных мер безопасности.

GEL аккумулятор FIAMM для мотоциклов
GEL аккумулятор FIAMM, специально разработанный для использования в мотоциклах

В двухколесном транспорте гелевые АКБ используются только в пусковых системах двигателей внутреннего сгорания у мотоциклов. Для питания электромоторов они в данном случае слишком тяжелые и поэтому проиграли конкуренцию LiFePo аккумуляторам.

Современной тенденцией развития водного транспорта является использование лодок на электрическом ходу. Как правило, в них установлены GEL аккумуляторы — на период завершения навигации батареи можно положить на хранение в неотапливаемый ангар, не заботясь о подзарядке.

Выбор гелевой аккумуляторной батареи

При выборе гелевых аккумуляторов следует, в первую очередь, обращать внимание на следующие параметры:

  • номинальное напряжение;
  • номинальная емкость;
  • максимальный ток нагрузки;
  • рабочий диапазон температур, либо рекомендуемая сфера применения;
  • рекомендуемый режим заряда-разряда (буферный/циклический);
  • длительность рекомендуемого цикла разряда.

При эксплуатации конкретной модели GEL аккумулятора, когда режим в точности соответствует рекомендуемому производителем, аккумулятор будет радовать вас надежностью и большим сроком службы.

Если вам нужна профессиональная консультация по аккумуляторным батареям, просто отправьте нам сообщение!


 


Заказать звонок

- Email
- Confirm
Имя *
Телефон *
Комментарий
Согласие на отправку персональных данных *

* - Обязательное для заполнения