Аккумуляторная батарея agm vrla battery

Новые разработки в области изготовления аккумуляторов, после проведения необходимых испытаний, сразу же внедряются в производство. Это связано с тем, что АКБ является расходной деталью автомобиля. Внутренние элементы батареи работают в условиях агрессивной среды, при этом, на тонкие пластины и сепараторы оказывают разрушительное воздействие вибрация и большой разброс рабочих температур.

Что такое VRLA аккумуляторы

В прошлом, постоянное испарение воды приводило к оголению металлических частей электродов и ещё более интенсивному разрушению свинцовых элементов. Чтобы уменьшить негативное влияние разрушительных факторов современные батареи делают необслуживаемыми, то есть открыть крышку и добавить дистиллированную воду в таких изделиях уже не получится. Наиболее передовой, в этом плане, является технология AGM VRLA.

Технология VRLA расшифровывается, как Valve Regulated Lead Acid, что в переводе означает кислотный аккумулятор со специальным регулировочным клапаном. Выпускаются такие батареи в полностью закрытом корпусе, но благодаря наличию предохранительной системе при возникновении большого внутреннего давления, разрушение аккумулятора не происходит.

Несмотря на наличие связи с атмосферой через клапанное отверстие, обслуживать такую батарею не требуется, ведь испарение жидкости происходит в исключительных случаях. Например, при ежедневной эксплуатации такой запорный механизм остаётся закрытым, но если забыть включённым зарядное устройство на длительный промежуток времени, то совсем незначительная часть воды из электролита может быть выйти через автоматически открывшееся отверстие.

AGM VRLA

Особенности технологии

Батареи с предохранительным клапаном могут быть изготовлены по различным технологиям.

AGM VRLA Battery

VRLA AGM представляют собой герметичные батареи с клапаном, пластины которых изготовлены по AGM-технологии. Такие изделия обладают большим сроком годности благодаря абсорбирующему стекловолоконному слою, который впитывает в себя весь электролит и одновременно поддерживает свинцовые пластины, предохраняя их от осыпания.

VRLA GEL

Это гелевый аккумулятор, то есть внутри банки вместо жидкого раствора серной кислоты, находится желеобразное вещество, которое выполняет функцию электролита. VRLA Battery изготовленные по гелевой технологии также оснащаются клапаном.

Благодаря тому, что гель оказывает меньшее разрушительное воздействие на пластины, а при возникновении избыточного давления в таком аккумуляторе происходит открытие предохранительного устройства, срок эксплуатации изделия может достигать 10 лет.

Учитывая наличие таких важнейших качеств, как высокая надёжность, устойчивость к глубокому разряду и большой срок годности VRLA-аккумуляторы получили распространение во многих сферах хозяйственной деятельности, где требуется надёжный химический источник электроэнергии.

Где применяются VRLA АКБ

Самое широкое применение эта технология производства аккумуляторных батарей получила в машиностроении. Наличие клапана, который открывается только в момент возникновения избыточного давления, позволило отказаться от устаревшего типа корпуса, представляющий собой конструкцию, оснащённую ввинчиваемыми пробками. Отсутствие возможности со стороны водителя открыть доступ к банкам значительно повысило срок годности изделия.

VRLA-аккумуляторы устойчивы к глубоким разрядам, поэтому могут быть использованы не только в качестве стартерных батарей, но и для оснащения устройств бесперебойного питания. По этой же причине такие модели батарей применяются в качестве основного энергоаккумулятора для лодок, оснащённых электродвигателем, машин для гольфа и инвалидных колясок.

VRLA GEL

Как заряжать VRLA батареи

Зарядка VRLA-аккумулятора зависит от того, по какой технологии была изготовлена батарея. Если изделие этого типа имеет электролит в виде геля, то, несмотря на наличие предохранительного клапана, необходимо следить за тем, чтобы газообразование внутри изделия не стало образовываться слишком активно.

В случае, когда восстановление ёмкости такого аккумулятора осуществляется с подачей напряжения более 15 Вольт, произойдёт не только уменьшение объёма электролита, но и отделение желеобразной массы от пластин, что приведёт к неминуемому уменьшению ёмкости батареи и ее смерти. Чтобы уменьшить вероятность выхода из строя этого типа аккумуляторов при зарядке, рекомендуется использовать специальные ЗУ, которые подают электрический ток на клеммы в автоматическом режиме, подстраивая величину силы тока и напряжения в зависимости от заряженности АКБ и её температуры.

Подробная инструкция по зарядке гелевых аккумуляторов тут.

VRLA-аккумуляторы, сделанные по технологии AGM более устойчивы к погрешностям при зарядке, но чтобы максимально продлить срок службы такой батареи не рекомендуется превышать следующие показатели:

• Напряжение заряда — 14,8 В.
• Зарядный ток – 10% от ёмкости батареи.

При восстановлении работоспособности аккумуляторной батареи таким образом, продолжительность подключения к зарядному устройству должна составить около 10 часов.

Как и при зарядке гелевых изделий AGM-аккумуляторы, оснащённые предохранительным клапаном, можно восстанавливать с помощью автоматических ЗУ. Такие устройства потребуют минимального контроля со стороны человека.

У Вас был или есть Аккумулятор VRLA? Тогда расскажите в комментариях о своих впечатлениях о нем, это очень поможет остальным автолюбителям и сделает материал более полным и точным.

AGM аккумуляторами сегодня уже никого не удивить. Технология AGM (расшифровывается, как Absorbed Glass Mat) к настоящему времени уже хорошо отработана. Все крупные и средние компании, выпускающие автомобильные аккумуляторы, уже её освоили. Известные бренды обязательно имеют в своей продуктовой линейке семейство AGM батарей. Эти модели позиционируются в качестве аккумуляторов для автомобилей с двигателями «Старт-Стоп», а также имеющими много электрооборудования на борту. AGM аккумуляторы совершеннее свинцово-кислотных АКБ с жидким электролитом, но вытеснить с рынка они их не смогли. Причина – высокая стоимость AGM. В этом материале мы разберём технологию и конструкцию аккумуляторных батарей AGM, их плюсы и минусы, а также особенности эксплуатации.

Технология и принцип работы AGM аккумуляторов

Перед тем как пояснить технологию Absorbed Glass Mat, стоит пару слов сказать об истории возникновения этих АКБ.

Немного истории

Технология Absorbed Glass Mat была запатентована в 1980 году. В 1985 году её внедрили для военных самолётов, где от аккумуляторов требовалась высокая мощность, надёжность и безопасность. Однако первые прототипы аккумуляторных батарей AGM и GEL стали появляться значительно раньше.

Первая AGM батарея была создана компанией Gates Rubber Corporation в 1972 году. Она получила название Cyclon. Теперь современные модификации этого аккумулятора выпускаются EnerSys. Cyclon имел спиральные электроды из тонкой свинцовой фольги. После этого некоторые производители воспользовались новой технологией для создания моделей аккумуляторов с плоскими электродами.

В середине 1980-х годов компании Tungstone и Chloride из Великобритании выпустили модели аккумуляторов AGM с заявленным сроком службы 10 лет. Ёмкость этих моделей была до 400 Ач. Их сертифицировали для использования в телекоммуникационном оборудовании.

Примерно в то же время Gates Rubber Corporation приобретает фирму Varley (Великобритания), которая специализировалась на выпуске АКБ авиационной и военной техники. Специалисты Varley адаптировали модель Cyclon для промышленного производства мощных батарей с прямоугольными электродами. Затем их стали использовать в разных моделях авиалайнеров, среди которых Harrier и AV8B, BAe 125 и 146, некоторые модификации F16. Они стали альтернативой Ni-Cd, используемым до этого.

Первой компанией в США, кто стал выпускать AGM аккумуляторы для коммерческого использования, была Concorde. Её специалисты разработали технологию AGM Concorde Sun-Xtender, которая применима к большинству выпускаемых сегодня моделей.

В 1990-х и 2000-х годах количество электрооборудования на транспортных средствах стало стремительно увеличиваться. Стало понятно, что стандартные свинцово-кислотные батареи (WET) исчерпали свои возможности для удовлетворения возросших требований. Автомобильные аккумуляторы требовали разработки новой конструкции и химических веществ.

Эти аккумуляторные батареи относятся к группе VRSLAB (герметичная свинцово-кислотная батарея с клапанным регулированием). Чаще её можно встретить под названием VRLA (свинцово-кислотная с регулируемым клапаном). Встречается также название SLA (герметичная свинцово-кислотная) или просто необслуживаемые АКБ.

Принцип работы и особенности

Среди аккумуляторов VRLA можно выделить три типа.

• Герметичные VR-батареи с жидким электролитом.
• Absorbed Glass Mat.
• Гелевый аккумулятор.

В этой статье мы рассмотрим только модели Absorbed Glass Mat. Их часто называют гелевыми, но это неправильно. Гелевые, которые также называют «силиконовыми батареями», имеют электролит, связанный в гель посредством оксида кремния.

Технология AGM имеет другой принцип. В этих батареях между пластинами электродов помещают тонкий слой стекловолокна. Он пропитан электролитом примерно на 95% максимального объёма, который волокно может удерживать в себе. Стекловолокно укладывают между пластинами, немного сжимают и припаивают для удержания его на месте. Благодаря плотной упаковке стекловолокна и электродных пластин, АКБ имеет высокую устойчивость к вибрации.

Вплетённые тонкие волокна стекла увеличивают площадь поверхности, которая удерживает электролит в течение всего срока эксплуатации. Эти волокна не подвержены воздействию кислоты из электролита. Стекловолокно увеличивается в объёме на 2–5% после пропитки электролитом.

Среди особенностей AGM аккумуляторных батарей следует отметить низкое внутреннее сопротивление. Благодаря этому, они могут выдавать постоянный ток даже в разряженном состоянии. Кроме того, они имеют длительный срок службы, даже при постоянных глубоких разрядах. В то же время они не требуют регулярного подзаряда, как свинцово-кислотные с жидким электролитом.

Это объясняется тем, что они существенно меньше подвержены сульфатации. Батареи AGM могут довольно долго находиться в разряженном состоянии, а для WET – это губительно. Стоит добавить к этому низкий саморазряд и стабильную работу в условиях низких температур.

Между глубиной разряда и сроком службы AGM батареи есть зависимость. При более глубоких разрядах жизненный цикл аккумулятора сокращается. Отсюда такой разброс по заявленному сроку эксплуатации – от 500 до 1300 циклов.

Что касается электрохимических процессов в батареях AGM, то они аналогичны WET аккумуляторам. В процессе разряда свинец и кислота из электролита реагируют с образованием сульфата свинца и воды. При последующей зарядке сульфат свинца и вода обратно преобразуются в свинец и серную кислоту. Отличия заключаются в работе аккумуляторов при превышении зарядного тока.

В аккумуляторных батареях VRLA выделяющиеся газы (водород и кислород) удерживаются внутри. Но только до тех пор, пока давление остаётся в безопасных пределах. В нормальном режиме работы газы рекомбинируются внутри корпуса батареи. В некоторых случаях для этого используется катализатор. В результате доливка воды не требуется. Но при сильном зарядном токе давление превышает допустимый безопасный предел и открываются предохранительные клапаны для сброса избыточного давления.

Причём вышедший в результате сброса давления кислород и водород в AGM батареях нельзя возместить доливкой дистиллированной воды. Стоит также отметить, что связанный в стекловолокне электролит несколько препятствует электрохимическим реакциям, генерирующим электрический ток. В результате АКБ типа VRLA имеют меньший пусковой ток, чем у WET. Поэтому они чаще применяются там, где цикл разряда идёт медленнее, а не импульсно высоким током, как в случае запуска двигателя автомобиля.

Стоит помнить, что AGM аккумуляторы, как и WET, требуют вентиляции в процессе работы. Это необходимо, чтобы не увеличивалась концентрация водорода и кислорода. Иначе может произойти воспламенение и взрыв. Помимо этого батареи Absorbed Glass Mat требуют адекватного охлаждения.

Конструкция

Аккумуляторные батареи VRLA, одной из разновидностей которых являются AGM, могут иметь конструкцию двух видов:

• с плоскими электродами;
• с электродами в форме спирали (рулон).

• с прямоугольными электродами 1─2 фунта на кв. дюйм;
• со спиральными ─ 40 фунтов на кв. дюйм.

Клапаны оснащаются диффузорами газа, позволяющими безопасно рассеивать газообразный водород.

В отличие от стандартных WET батарей, которые работают только с вертикальным расположением пластин, AGM допускается монтировать в любом положении. Разливы кислоты не страшны, поскольку её нет.
Вернуться к содержанию

Эксплуатация и обслуживание

Зарядка

Как уже говорилось при высоком зарядном токе в свинцово-кислотной АКБ начинается разложение (гидролиз) воды. Для моделей AGM это становится проблемой, поскольку возместить потери доливкой воды нельзя. Поэтому для аккумуляторов этого типа зарядка ведётся при постоянном напряжении. Это наиболее эффективный вариант для VRLA.

Автомобильные AGM аккумуляторы номиналом 12 В можно длительное время безопасно заряжать при напряжении 2,35 вольта на один элемент. Температура при этом должны быть не более 25 C. Большинство производителей рекомендуют прекратить заряд, когда температура достигает отметки 49 градусов Цельсия.

Нужно помнить, что быстрый заряд (скорость выше, чем скорость восстановления номинальной ёмкости АКБ за три часа) постоянным током может превысить возможность аккумуляторного элемента проводить рекомбинацию кислорода и водорода.

Применение

Теперь стоит немного подробнее сказать о сферах применения AGM аккумуляторов.

АКБ этого типа широко распространились в современных мотоциклах, вездеходах и прочей мототехнике. Это объясняется тем, что их можно устанавливать в любом положении и нет угрозы розлива кислоты под действием вибрации, резких поворотов, аварий и т. п.

Что касается легковых автомобилей, то AGM используются лишь в моделях сегмента люкс из-за своей высокой стоимости. По умолчанию автомобильные производители устанавливают их на модели, имеющие системы «Старт-Стоп» и рекуперацию тормозной энергии. При этом управление зарядом АКБ в бортовой сети должен управлять компьютер для исключения перезаряда.

Ещё одно направление – это инвалидные коляски с электроприводом. Они используются внутри помещений. Поэтому требуется низкие выделения газа и кислотных паров, а ещё лучше, их полное отсутствие. VRLA удовлетворяют этим требованиям. AGM батареи можно встретить в источниках бесперебойного питания (ИБП) для различной компьютерной техники.

Можно также отметить их использование в авиамоделировании. Там они успешно применяются наряду с литиевыми батареями. AGM аккумуляторы по-прежнему используются в военной и авиационной технике, для которой они изначально и разрабатывались. Мелкая морская и речная техника также использует эти АКБ. Например, питание троллинговых моторов для рыбацких лодок, водные мотоциклы и т. п.

Ниже приведены ещё некоторые важные направления применения AGM батарей:

• телекоммуникационное оборудование;
• блоки управления производственным оборудованием;
• различное автономное оборудование, где раньше использовались другие типы АКБ.

Преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки AGM аккумуляторов обычно рассматриваются в свете сравнения со стандартными свинцово-кислотными АКБ. Поэтому далее, если что-то написано лучше или хуже, то сравнение идёт именно с ними. Ниже приведена таблица с основными плюсами и минусами технологии Absorbed Glass Mat.

Как видите, AGM аккумуляторы не являются лечением всех «болезней» свинцово-кислотных АКБ с жидким электролитом. Конструкция и устройство позволяют использовать их в некоторых случаях более эффективно, чем WET. А также они в ряде устройств могут заменить вредные Ni─Cd батареи. Но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения на рынке, а просто заняли определённые ниши.

VRLA это регулирующий клапан свинцово-сурьменного аккумулятора, что означает, что аккумулятор герметичный.

Газ выходит через предохранительные клапаны только в случае перезарядки или поломки ячейки.

VRLA аккумуляторы имеют исключительное сопротивление к утечке, и могут использоваться в любом положении.

AGM это абсорбирующий стеклянный слой. В этих аккумуляторах электролит поглощается в стекловолокна между пластинами капиллярным действием. Как объясняется в нашей книге «Безграничная энергия», AGM аккумуляторы более подходящие для поставки высокого напряжения в непродолжительное время (старт двигателя), чем гелиевые аккумуляторы.

3. Герметичные (VRLA) гелиевые аккумуляторы

Здесь электролит собирается в гель. Гелиевые аккумуляторы вообще имеют более длинный срок службы и лучший цикл емкости, чем AGM аккумуляторы.

4. Низко Саморазгрузка

Из-за использования свинцово-кальциевых сеток и материалов высокой чистоты, Victron VRLA аккумуляторы могут храниться в течение длительных периодов времени без зарядки. Норма саморазрядки – меньше чем 2 % в месяц при 20°C. Саморазрядка удваивается для каждого увеличения в температуре на 10°C.

Поэтому Victron VRLA аккумуляторы могут храниться в течение года без перезарядки, если хранить в прохладных условиях.

5. Восстановление глубокой разрядки

Victron VRLA аккумуляторы имеют исключительное восстановление разрядки, даже после глубокой или длительной разрядки. Однако стоит отметить, что повторная глубокая разрядка будет иметь очень отрицательное влияние на срок службы всех свинцово-кислотных аккумуляторов, аккумуляторы Victron не исключение.

6. Характеристики разрядки аккумулятора

Номинальная емкость аккумулятора Victron равна 10 часам разрядки, другими словами: поток разрядки 0,1 С. Эффективная емкость уменьшается с увеличением тока разрядки (см. табл. 1). Пожалуйста, обратите внимание, что сокращение емкости будет даже быстрее в случае постоянной нагрузки, например инвертора.

Время разрядки (постоянное напряжение)

Гель Срок службы %

Таблица 1: Эффективная емкость как функция времени разрядки,

Наш аккумулятор AGM глубокого цикла имеет превосходное высокое напряжение и поэтому рекомендуется для работ с большим потреблением энергии, например старт двигателя. Благодаря его конструкции, гелиевый аккумулятор имеет более низкую эффективную емкость при высоких токах разрядки. С другой стороны, гелиевые аккумуляторы имеют более длинный срок службы.

7. Влияние температуры на срок службы

Высокая температура имеет очень отрицательное влияние на срок службы. Срок службы аккумуляторов Victron как функция температуры показан в таблице 2.

Средняя рабочая температура

Таблица 2: срок службы аккумуляторов Victron в режиме наполнения

8. Влияние температуры на емкость

Как показано на графике ниже, емкость уменьшается резко при низких температурах.

На рис 1 Capacity – Емкость

Рис. 1: Влияние температуры на емкость

9. Жизненный цикл аккумуляторов Victron

Срок службы аккумулятора из-за разрядки и перезарядки. Количество циклов зависит от глубины разрядки, как показано на рисунке 2.

глубокий цикл AGM аккумуляторов

глубокий цикл гелиевых аккумуляторов

продолжительность жизни гелиевых аккумуляторов

На рис. 2 Number of cycles – количество циклов

Рис. 2 Жизненные циклы

ГЛУБОКИЙ ЦИКЛ AGM АККУМУЛЯТОРОВ – ГЛУБОКИЙ ЦИКЛ ГЕЛИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ – СРОК СЛУЖБЫ ГЕЛИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

10. Аккумулятор, заряжающийся в случае использования цикла: характеристика 3-х стадийной зарядки

Наиболее общая кривая зарядки подходит для аккумуляторов VRLA в случае циклического использования – характеристика 3-х стадийной зарядки, посредством чего постоянная текущая стадия сопровождается двумя постоянными стадиями напряжения (поглощение и наполнение), смотрите рис. 3

Рис. 3. Кривая трех стадийной зарядки

В течение поглотительной стадии напряжение зарядки сохраняется на относительно высоком уровне, чтобы полностью зарядить аккумулятор в течение разумного времени. Третья и последняя фаза – это фаза наполнения: напряжение понижено до резервного уровня, достаточного для компенсации саморазгрузки.

Недостатки традиционной характеристики трех стадийной зарядки:

· В течение стадии зарядки ток сохраняется постоянным и часто на высоком уровне, даже после выработке газов (14,34 V для 12 V аккумулятора), напряжение было превышено. Это может привести к чрезмерному газовому давлению в аккумуляторе. Некоторое количество газа выделится через клапаны безопасности, сокращая срок службы.

· После этого поглотительное напряжение применяется в течение фиксированного периода времени, независимо от того, как глубоко был разряжен аккумулятор до этого. Полный поглотительный период после небольшой разрядки слишком перезарядит аккумулятор, снова срок службы. (из-за ускоренной коррозии положительных пластин).

· Исследование показало, что срок службы аккумулятора может быть увеличен, при уменьшении напряжение наполнения ниже уровня, когда аккумулятор не используется.

Рис. 4. Четырех стадийная адаптивная зарядная кривая.

11. Зарядка аккумулятора: более длинный срок службы аккумулятора Victron при 4-х стадийной адаптивной зарядке

Victron развивает адаптивную характеристику зарядки. Адаптивная 4-х стадийная кривая зарядки – результат нескольких лет исследований и испытаний.

Адаптивная кривая зарядки Victron решает 3 главных проблемы 3-х стадийной зарядки:

• Режим безопасности аккумулятора

Чтобы предотвратить чрезмерное выделение газов, Victron изобрел «Режим безопасности аккумулятора». Этот режим ограничивает норму увеличения напряжения, как только было достигнуто напряжение выделения газов. Исследование показало, что это уменьшает внутреннее выделение газов до безопасного уровня.

• Переменное поглотительное время

Основанное на продолжительности зарядной стадии, зарядное устройство вычисляет, как долго оно будет сохранять аккумулятор в режиме поглощения. Если зарядное время короткое, это означает, что аккумулятор уже был заряжен, и время поглощения будет коротким. Более длинное зарядное время приведет к более длинному поглотительному времени.

После завершения поглотительного периода аккумулятор должен быть полностью заряжен, и напряжение понижено до уровня наполнения или резервного уровня. Если нет никакой разрядки в течение следующих 24 часов, напряжение уменьшается далее, и аккумулятор входит в режим хранения. Более низкое напряжение хранения уменьшает коррозию положительных пластин.

Раз в неделю напряжение зарядки увеличивается до поглотительного уровня в течение короткого периода, чтобы дать компенсацию саморазрядки (режим освобождения аккумулятора).

12. Аккумулятор заряжается в случае резервного использования: Постоянное наполнение напряжения, заряжающее аккумулятор, когда он не сильно разряжен, может использоваться кривая зарядки с 2 стадиями. В течение первой стадии аккумулятор заряжается при ограниченном потоке. Как только заданное напряжение было достигнуто, аккумулятор сохраняется в этом напряжении. Этот метод зарядки используется для аккумуляторов стартера в транспортных средствах, и в источниках бесперебойного питания (UPS).

13. Оптимальное зарядное напряжение аккумулятора Victron VRLA
Рекомендуемое зарядное напряжение для 12 V аккумулятора показано в следующей таблице.

14. Влияние температуры на зарядное напряжение

Зарядное напряжение должно быть уменьшено с увеличением темперы. Температурная компенсация требуется, когда температура аккумулятора будет меньше чем 10°C/50°F или больше чем 30°C/85°F в течение длительных периодов времени. Рекомендуемая температурная компенсация для аккумуляторов Victron VRLA – 4 mV на ячейку (-24 mV / ° C для 12 V аккумулятора). Средний температурный показатель компенсации 20°C / 70°F.

15. Зарядный ток

Зарядный ток не должен превышать 0.2 С (20А для 100 Аh аккумулятора).

Температура аккумулятора увеличится больше чем на 10°C, если зарядный ток превышает 0.2 С, поэтому температурная компенсация требуется, если зарядный ток превышает 0.2 C.