Гелевый аккумулятор температура эксплуатации

Информационный сайт о накопителях энергии

Современные накопители энергии могут использовать щелочные и кислотные электролиты в гелеобразном, жидком и сухом виде. Кислотный свинцовый аккумулятор существует уже век, но актуальности не утратил. Появились новые технологии. В частности, если электролит с помощью специальной химической присадки превратить в гель, получится гелевый аккумулятор.

Срок эксплуатации гелевых аккумуляторов

С использованием электролита в виде геля возрос срок эксплуатации батарей. Во-первых, вещество получается гелеобразным после застывания. Заливается в банки жидкий электролит. Он полностью обволакивает пластины электродов из чистого свинца, обеспечивая создание стабильного заряда на поверхности.

Гель одновременно является диэлектриком, предупреждая короткое замыкание в банке. На пластинах не происходит коррозии и сульфатирования. Выделяемый во время электролиза газ, остается в толще геля, и образует воду, так нужную для упругости и плотного прилегания геля. Все эти дополнительные свойства кислотного аккумулятора увеличивают срок службы аккумуляторов.

Однако система отлично работает в определенных условиях. Гель – структура искусственная. Для ее поддержания требуются особые условия:

• При температуре эксплуатации начиная от 40 0 гель начинает деструкцию, а при 60 0 становится текучим. Масса в гелевых аккумуляторах начинает медленно оплывать с электродов, превращаясь в жидкость. Изменения необратимые.
• Если аккумулятор долго держать на морозе выше -30 0 , гелевая масса превратится в кристаллы чешуйкам. Растаявшая, она станет жидкостью.
• На каждом изделии стоит величина предельного напряжения, до которого гель сохранит структуру. Превышение напряжения спровоцирует интенсивное газоотделение, нагрев, и масса разрушится.

Из сказанного следует, главным врагом гелевого аккумулятора является высокая и низкая температура. Перезаряд способствует разрушению именно из-за вскипания в банках.

Гелевые тяговые аккумуляторные батареи предназначены для эксплуатации на лодочных моторах, мотоциклах, в складском хозяйстве на погрузчиках и штабелерах. Основное их достоинство – терпимость к глубокой разрядке в силу особенностей конструкции.

Эксплуатация гелевых аккумуляторов для инвалидных колясок

В инвалидных колясках устанавливают стационарные ИПБ. Их специфика как раз отвечает условиям эксплуатации. Характеристики на изделие, выданные производителями для буферного использования, отличаются в случае циклического применения. Режим эксплуатации «заряд-разряд-заряд» для гелевых аккумуляторов тяжелый, поэтому не все изделия подходят к установке на коляски. Лучшими для колясочников считают модели гелевых аккумуляторов LEOCH серий LPCG и LPGS, для тяжелых режимов, гелевые, производитель Китай.

Коляска использует два аккумулятора, напряжением 12 В соединенные последовательно. Чем тяжелее батареи, тем большей емкостью они обладают. Подбирать нужно изделия в паре, с одинаковыми параметрами, а лучше, из одной партии.

Для того чтобы эксплуатация гелевых батарей не принесла разочарования, следует соблюдать определенные правила. Перед первым использованием емкость обоих изделий необходимо выровнять, работают они в последовательной схеме, отключаются по «слабейшему».

Специалисты предлагают заряжать аккумуляторы еженощно, независимо от того, сколько использовалось энергии. Аккумулятор вынесет тем больше циклов заряда, чем меньше диапазон разряда.

Оставляя коляску без использования на длительное время, аккумуляторы нужно зарядить полностью и отсоединить одну из клемм, тем самым разорвав цепь.

Видео

Предлагаем видео с обзором гелевого аккумулятора

Технологии в производстве аккумуляторных батарей постоянно развиваются. Они становятся все более мощными и надежными. Применение GEL-технологии позволило создать гелевый АКБ, который по многим параметрам превосходит обычные свинцово-кислотные с жидким электролитом внутри. На автомобилях подобные устройства применяются уже достаточно давно и многие автолюбители высоко оценили их эффективность.

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 фирма «Зонненшайн», которая долгое время была монополистом и единственным производителем батарей данного типа.

Устройство гелевых аккумуляторов

Принцип работы гелевых АКБ ничем не отличается от обычных свинцово-кислотных батарей, но они превосходят их по многим параметрам. Хотя у них есть свои особенные условия эксплуатации. Гелевый аккумулятор имеет большую емкость, долговечность и способен отдавать большой пусковой ток при запуске двигателя.

В них также применяются свинцовые пластины и электролит, которые вступают друг с другом в реакцию. Только электролит находится не в жидком состоянии, а в виде геля. Для этого добавляется специальный силиконовый состав.

Гелевый аккумулятор имеет герметичный корпус, то есть является необслуживаемым. Корпус состоит из шести отсеков или банок. Для пластин применяется только свинец высокой очистки. Сам электролит в виде геля выполняет функцию сепаратора или диэлектрика, который разделяет плюсовые и минусовые пластины. Положительные и отрицательные пластины располагаются параллельно. В процессе эксплуатации он затвердевает, исключая осыпание свинцовых пластин. Этим также объясняется устойчивость к полному разряду. Все шесть банок сверху соединяются перемычками.

Таким образом, составными элементами гелевых АКБ являются:

• высокопрочный и герметичный пластиковый корпус;
• отрицательные и положительные электроды внутри;
• электролит;
• клапаны для отвода газов;
• клеммы.

Работа гелевых аккумуляторов

Благодаря низкому внутреннему сопротивлению гелевые АКБ способны быстро заряжаться и также отдавать большой пусковой ток. Пластины из свинца высокой очистки плотно обволакиваются густым электролитом. Это не дает осыпаться активной массе и препятствует образованию соединений сульфата свинца, как это происходит в обычных свинцово-кислотных батареях.

В процессе работы аккумулятора происходит химическая реакция между пластинами и электролитом, в результате которой вырабатывается необходимый электрический ток. Когда аккумулятор стоит без дела, то происходит процесс сульфатации (образования сульфата свинца), но в гелевых аккумуляторах он происходит очень медленно. За год теряется около 20% заряда. При правильной эксплуатации гелевый аккумулятор исправно прослужит до десяти лет.

Особенности эксплуатации гелевых АКБ

Хотя электролит и находится в состоянии геля внутри батареи, он также может кипеть и выделять газы. Для этого и предназначены клапаны, которые при необходимости сбрасывают давление. Кипение электролита может произойти из-за высокой нагрузки на АКБ (например, большой ток от генератора автомобиля). Если защитного клапана нет, то батарея может просто вздуться и разрушится. Нужно регулярно следить за уровнем и режимом заряда батареи.

Также гелевые аккумуляторы очень чувствительны к режиму заряда. Повышенное напряжение и сила тока при заряде устройства и при эксплуатации может вывести его из строя. Именно поэтому для гелевых АКБ нужны специальные зарядные устройства, которые настраиваются на определенную силу тока.

Гелевые АКБ хорошо показывают себя при низкой температуре в холодное время года. Устройство стабильно держит заряд и не разряжается, как это часто происходит с жидкими свинцово-кислотными батареями. Но снижается способность давать большой пусковой ток для старта. Электролит просто может затвердеть при очень сильном морозе от -30°C и ниже. Также гелевые АКБ бояться перегрева от внешних источников тепла, например, от мотора.

Гелевые АКБ выдерживают больше сеансов заряда-разряда. Это делает такие устройства уникальными по характеристикам. Даже при большой потере заряда батарея восстанавливается и работает дальше, поэтому срок ее эксплуатации в два раза больше. Гелевый аккумулятор прекрасно держит заряд. Может храниться до трех лет без подзарядки практически в любом положении кроме перевернутого.

Также GEL-устройства чувствительны к короткому замыканию в цепи. Даже небольшой перепад может вывести аккумулятор из строя.

Срок службы устройства около 10 лет, но на него напрямую влияют условия эксплуатации. Постоянные слишком высокие или низкие температуры, недозаряд или перезаряд устройства уменьшают его.

Отличие гелевых от AGM аккумуляторов

Отдельно стоит сказать про различия между GEL и AGM аккумуляторов. Очень часто их путают между собой, хотя они имеют различия в конструкции и в характеристиках. AGM в сокращении означает Absorption Glass Matt (абсорбированные стекловолоконные пластины или элементы).

И в гелевых, и в AGM электролит находится в твердом состоянии, но в последних применяются в качестве сепараторов стекловолокно, которое пропитано электролитом. Стекловолокно также исключает замыкание между пластинами и их осыпание. В стекловолокно добавляется алюминий, чтобы уменьшить внутреннее сопротивление. Также пластины и стекловолоконные сепараторы могут быть скручены в спираль, что повышает виброустойчивость и эффективность.

Особенности зарядки

Ввиду высокой чувствительности к перепадам напряжения, для зарядки гелевых АКБ используются специальные устройства. У них есть возможность регулировки напряжения и силы тока. Чтобы не допустить перезаряд, эти приборы имеют функцию выключения при полном заряде батареи. Есть защита от перегрева, учет окружающей температуры, стабильное напряжение. Зарядные устройства для GEL-аккумуляторов могут иметь все эти функции или ограничиваться некоторыми из них.

Зарядное устройство для гелевого АКБ OPTIMA

Для зарядки нужно выставлять силу тока, которая будет равна 10% от емкости батареи. Например, при емкости 60 А/ч необходимо выставить ток 6 ампер. Значение емкости конкретного аккумулятора можно посмотреть на корпусе. Обычно там же указывается и другая важная информация. Длительность зарядки составляет около 10-12 часов. Для быстрой зарядки можно увеличить ток на 30% от емкости, но это не рекомендуется. Напряжение не должно превышать показатель 14,4 В. Если будет больше, то внутри начнется процесс разрушения. Гель просто станет таять и стечет вниз от пластин, что снизит работоспособность.

Преимущества и недостатки

Гелевые АКБ имеют немало плюсов, среди них:

• длительный срок эксплуатации (около 10 лет);
• больше циклов разряд/заряд и порядка 400 полных разрядов;
• хранение АКБ без большой потери емкости до 3 лет;
• высокая эффективность;
• безопасность, т.к. электролит не вытекает;
• прочный и герметичный корпус, возможность эксплуатации в разных положениях.

Но есть и свои некоторые недостатки:

• нужно контролировать напряжение и силу тока при зарядке, не допускать замыкания в цепи;
• электролит чувствителен к сильным морозам;
• высокая цена в сравнении с обычными свинцово-кислотными батареями, в три-четыре раза дороже обычных.

Гелевые аккумуляторы прекрасно показали себя в работе. Это отметили многие водители. Но есть и свои недостатки в виде высокой цены и капризов в эксплуатации. Если эти недостатки будут устранены, получится идеальный аккумулятор. Но и сейчас при правильном уходе и обслуживании они будут эффективно работать на протяжении многих лет.

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 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 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.

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, 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!

«>