Глубокий разряд гелевого аккумулятора

Существует множество мифов о свойствах и об эксплуатации гелевых и AGM аккумуляторов. Тем не менее, это всего-лишь более современные модификации жидкостных свинцово-кислотных АКБ, и то, что известно про обычные автомобильные аккумуляторы, в большей степени относится и к их гелевым и АГМ собратьям.

Конечно есть и отличия, а связаны они с разной плотностью кислоты и с различными типами сепараторов свинцовых пластин. Кроме того, в большинстве автомобильных аккумуляторных батарей толщина свинцовых пластин гораздо меньше и соответственно они меньше весят.

Далее мы приводим ответы на часто задаваемые вопросы по этой теме:

Что такое полный разряд аккумулятора или разряд в ноль?

Полный разряд — это неконтролируемый разряд АКБ до напряжения 0 (ноль) Вольт.

Разряд в ноль приводит к необратимой сульфатации и значительной потере емкости любого свинцового аккумулятора независимо от его типа. В большинстве случаев при разряде в ноль происходит полная необратимая потеря емкости и остается только утилизировать или продать скупщикам свинца такую аккумуляторную батарею.

К полному разряду зачастую приводит ситуация, когда на время длительного отсутствия нормальной эксплуатации забывают отключить всё, что подключено к плюсовой клемме АКБ. В результате отсутствия периодической подзарядки от сети, генератора или от солнечных батарей, даже небольшой ток от подключенного к АКБ оборудования приводит к неконтролируемому снижению напряжения ниже критического значения 10,5 Вольт.

Применительно к солнечным электростанциям, данная ситуация может возникнуть, если на зиму оставить подключенным контроллер заряда, а солнечные батареи засыпет снегом. Это приведет к тому, что в отсутствии подзаряда от солнечных батарей, собственное потребление контроллера медленно приведет к полному разряду АКБ.

Чтобы не допустить такой ситуации, перед тем как оставить солнечную электростанцию на даче на зиму, рекомендуется дождаться полного заряда АКБ, после чего отключить СБ от контроллера и отключить контроллер и всё остальное от плюсовой клеммы АКБ.

Что такое аккумулятор глубокого разряда и в чем отличие разряда на 100% от разряда в ноль?

Аккумуляторами глубокого разряда можно назвать любые гелевые или AGM АКБ, поскольку они обеспечивают в среднем от 200 до 400 циклов разряда на 100%.

При этом, чем больше масса аккумулятора при одинаковой емкости, тем больше в нем свинца и тем большее кол-во циклов он сможет проработать. Поэтому, выбирая аккумуляторную батарею для целей глубокого разряда (для электропогрузчиков, инвалидных электроколясок, детских электромобилей, лодочных электромоторов, солнечных электростанций), рекомендуется покупать модель с наибольшей массой.

Разряд на 100% (глубокий разряд) — это разряд АКБ до напряжения 10,5 Вольт, а не до ноля Вольт.

Вредно ли короткое замыкание гелевого аккумулятора?

Гелевые аккумуляторы при коротком замыкании способны выдавать очень большие токи (от сотен до тысяч Ампер в зависимости от емкости).

Общие положения

Свинцово-кислотные аккумуляторы изготовлены по технологии с внутренней рекомбинацией воды, поэтому не требуют обслуживания в течение всего срока службы. В качестве электролита используется загущенная серная кислота в виде геля, что обеспечивает устойчивость аккумуляторов к глубоким разрядам и высокую температурную стабильность.

Расчетный срок службы составляет 12 лет.

Гелевые аккумуляторы предназначены для работы, как в буферном, так и в циклическом режимах.

Конструкция:

• Полностью герметичная конструкция, утечка электролита невозможна.
• Система внутренней рекомбинации газа, нет необходимости в доливе воды.
• Моноблоки снабжены регулирующими клапанами для обеспечения выпуска газа, при превышении внутреннего давления выше допустимого уровня.
• Нет ограничений на перевозку воздушным, железнодорожным или автотранспортом.

Конструкция гелевого аккумулятора

Химическая реакция и механизм рекомбинации:

Химическая реакция, протекающая в аккумуляторе при заряде/разряде, описывается формулой:

PbO₂ + 2H₂SO₄ + Pb Разряд/Заряд PbSO₄ + 2H₂O

При заряде кислород, проходя через сепаратор от положительной пластины, вступает в реакцию с активным веществом отрицательной пластины с образованием оксида свинца:

2Pb + O₂ —> 2PbO

Оксид свинца, в свою очередь, вступает в реакцию с серной кислотой:

2Pb + 2H₂SO₄ —> 2PbSO₄ + 2H₂O

Сформировавшийся на отрицательной пластине сульфат свинца восстанавливается кислородом до свинца с образованием серной кислоты:

2PbSO₄ + 2H₂ —> 2Pb + 2H₂SO₄

Если упростить описанные выше уравнения, то получается следующее:

2H₂ + O₂ —> 2H₂O

Разрядные характеристики

На рисунке ниже приведены кривые разряда гелевых аккумуляторов постоянным током до определенного конечного напряжения. Разряд до напряжения ниже указанного снижает емкость и срок службы свинцово-кислотных батарей.

Разрядные кривые постоянным током при 25°С

Заряд

Правильный заряд является одним из важнейших условий успешной работы свинцово-кислотных батарей с автоматическим регулированием внутреннего давления. Правильный выбор зарядного устройства влияет самым непосредственным образом на производительность и срок службы батарей.

Заряд постоянным напряжением

Заряд постоянным напряжением – наиболее часто применяемый метод. На рисунке ниже показаны зарядные характеристики гелевого аккумулятора при заряде их постоянным напряжением 2,40 В/ячейку при начальных значениях тока 0,3 СА.

График заряда постоянным напряжением при 25°С

• Для гелевых аккумуляторов диапазон зарядного напряжения буферного режима установлен в диапазоне 2,23–2,28 В/эл-т (при 25°С).
• Для циклического режима диапазон зарядного напряжения установлен в диапазоне 2,38–2,42 В/эл-т (при 25°С).
• Аккумуляторы гелевые не требуют уравнительного заряда. Буферного напряжения достаточно, чтобы поддержи-вать моноблоки в полностью заряженном состоянии.

Гелевые аккумуляторные батареи можно купить в интернет-магазине Реалсолар:

Аккумулятор Delta
GEL 12-100

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 100Ач 12В

Аккумулятор Delta
GEL 12-200

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 200Ач 12В

Аккумулятор Delta
GX 12-100

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 100Ач 12В

Аккумулятор Delta
GX 12-200

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 200Ач 12В

Двухстадийный заряд при постоянном напряжении

Этот метод является одним из наиболее эффективных и рекомендуется для быстрого заряда свинцово-кислотных батарей с автоматическим регулированием внутреннего давления и поддержания их в полностью заряженном состоянии (буферный режим). Характеристики зарядного устройства для двухстадийного заряда постоянным напряжением приведены на рисунке ниже:

Зарядные характеристики двухстадийного зарядного устройства

На стадии «А» ток ограничен величиной 0,3 СА, а напряжение на клеммах батареи растет. На стадии «В» зарядный ток начинает падать, а напряжение стабилизируется на уровне 2,40 В/эл-т. На этой стадии уровень заряда аккумулятора достигает 80%. При достижении зарядным током уровня «точки переключения Y» зарядная цепь переключается на стадию «С», где зарядное напряжение падает с 2,40 до 2,25 В/эл-т, а ток плавно снижается практически до нуля. Зарядное устройство переходит в буферный режим.

Напряжение заряда зависит от температуры окружающей среды и должно регулироваться в соответствии с графиком показанном на рисунке ниже:

Зависимость зарядного напряжения от температуры окружающей среды

Напряжение заряда (на элемент) в буферном режиме вычисляется по формуле:
U_заряда = 2,25 + (25 – (t + grad t +1)) · 0,0033
Напряжение заряда (на элемент) в циклическом режиме вычисляется по формуле:
U_заряда = 2,40 + (25 – (t + grad t +1)) · 0,005

где t – температура окружающей среды, °С
grad t – температурный градиент аккумуляторного шкафа, °С. При установке на открытые стеллажи grad t = 0.

Хранение и срок службы

Гелевые аккумуляторы могут храниться без подзаряда в течение 1 года в сухом помещении при температуре окружающей среды от –35° до +60°С.

Гелевые аккумуляторы рассчитаны на работу в буферном режиме работы в течение пяти лет (при 25°С). На рисунке ниже показана зависимость доступной емкости гелевого аккумулятора от времени. Газы, генерируемые внутри аккумулятора, непрерывно рекомбинируют и возвращаются в водную составляющую электролита. Потеря емкости и конец службы аккумуляторов наступают в результате постепенной коррозии электродов.

Срок службы в буферном режиме работы

Срок службы аккумуляторов в циклическом режиме работы зависит от целого ряда факторов.

Наиболее существенными из них являются рабочая температура окружающей среды, скорость разряда, глубина разряда и способ заряда. На рисунке ниже показано влияние глубины разряда на количество циклов работы гелевых аккумуляторов при циклическом режиме.

Срок службы в циклическом режиме работы

По мере повышения температуры электрохимическая активность аккумулятора возрастает, а при понижении – падает. Поэтому при увеличении температуры окружающей среды емкость аккумулятора увеличивается, а при понижении температуры – уменьшается. Рисунок ниже демонстрирует влияние температуры на доступную емкость гелевых аккумуляторов.

Зависимость емкости от температуры окружающей среды при различных токах разряда

Температура окружающей среды является важным фактором, влияющим на срок службы аккумуляторов. При повышении температуры увеличивается скорость коррозии пластин, вследствие чего уменьшается срок службы. На рисунке ниже показана зависимость срока службы гелевых аккумуляторов от температуры окружающей среды.

Зависимость срока службы в буферном режиме от температуры окружающей среды

Свинцово-кислотные аккумуляторы обладают саморазрядом, вследствие чего при хранении их доступная емкость со временем уменьшается.

Этот процесс описан графиком на рисунке:

Зависимость емкости от времени хранения

Если аккумуляторы хранились в течение длительного периода времени, необходимо перед пуском в эксплуатацию провести их подзарядку.
При сроке хранения до 6 месяцев подзарядка должна осуществляться в течение 4-6 часов постоянным током 0,1 СА, либо 15-20 часов постоянным напряжением 2,40 В/эл-т.
При сроке хранения свыше 6 месяцев подзарядка должна осуществляться в течение 8-10 часов постоянным током 0,1 СА, либо 20-24 часов постоянным напряжением 2,40 В/эл-т.

Рекомендации по монтажу:

• Аккумуляторы предназначены для установки на изолированных стеллажах или в специальных батарейных шкафах в вертикальном положении. Допускается установка аккумуляторов в горизонтальном положении при вертикальном расположении пластин. Помещения не требуют принудительной вентиляции.
• Если отнивелированность элементов не обеспечивается непосредственно самим способом установки, то необходимо с помощью чалика (нивелировочного шнура) отнивелировать элементы. Расстояние между соседними боковыми стенками двух моноблоков (монтажная длина) задается длиной перемычек. При относительно длинных рядах монтируемых моноблоков рекомендуется начинать нивелировку монтажной длины с середины монтируемого ряда моноблоков, для того чтобы можно было в оба конца сглаживать набегающие допуски. Рекомендуемая минимальная величина воздушного зазора между аккумуляторами составляет от 5 до 10 мм.
• Взаимоподключение единичных аккумуляторов осуществляется с помощью жестких изолированных перемычек, которые привинчиваются к полюсам или гибких кабельных перемычек. Перемычки привинчиваются с помощью динамометрического ключа. Осуществлять следующий крутящий момент 20 Нм ± 1 Нм.
• Если используются две или более групп батарей, соединенных параллельно, то провода, кабели и шины, посредством которых эти батареи подключаются на нагрузку, должны быть одинаковой длины и обладать одним и тем же сопротивлением.

Последовательность монтажа аккумуляторов в батарею:

• Соедините положительную клемму первого аккумулятора с отрицательной клеммой второго аккумулятора. Таким образом, соедините все аккумуляторы в группе (под группой понимается набор аккумуляторов на одном ярусе или в одном ряду стеллажа).
• Соедините аналогично п.1 аккумуляторы в остальных группах (если таковые имеются).
• Подключите «земляной» вывод зарядного устройства или нагрузки к отрицательной клемме (если «земля» – отрицательная) последнего аккумулятора или последней группы.
• Если имеются группы, соедините их между собой, начиная с последней (подключенной к «земляному» выводу).
• В заключение, подключите положительную клемму первого аккумулятора или первой группы к положительному выводу зарядного устройства или нагрузки.
• После окончания монтажных работ аккумуляторы необходимо пронумеровать, а наружные поверхности клемм, перемычек и узлов соединения смазать тонким слоем технического вазелина или синтетического солидола.

Рекомендации по эксплуатации:

Свинцово-кислотные гелевые аккумуляторы предназначены для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, в том числе в помещении с технологическим оборудованием и обслуживающим персоналом, при температуре от -20°С до +60°С. Диапазон температуры хранения аккумуляторов от –35°С до +60°С.

Аккумуляторы поставляются предприятием-изготовителем в заряженном состоянии, заполненные электролитом и готовыми к эксплуатации.

Не рекомендуется установка аккумуляторов вблизи источников тепла. Поскольку аккумуляторы могут генерировать воспламеняющиеся газы, запрещается их установка вблизи оборудования, которое может давать электрический разряд в виде искр.

Запрещается установка и эксплуатация аккумуляторов в атмосфере, содержащей пары органических растворителей или адгезивов или контакт с ними.

Чтобы максимально повысить срок службы аккумуляторов, среднее значение тока пульсаций любого происхождения, протекающего через аккумулятор, не должно превышать 0,1 СА, а стабилизация зарядного напряжения должна быть в пределах 1%.

Очистку корпуса аккумуляторов всегда рекомендуется производить с помощью кусочка ткани, смоченного водой. Никогда не используйте для этих целей масла, органические растворители, такие как бензин, разбавители для краски и др.

Запрещается разбирать аккумулятор. В случае попадания электролита в глаза или на кожу, необходимо сразу промыть пораженный участок сильной струей чистой проточной воды и немедленно обратиться к врачу.

Прикосновение к токопроводящим частям аккумулятора может повлечь за собой электрический удар. Работу по проверке или обслуживанию аккумуляторов необходимо проводить в резиновых перчатках.

Использование разнородных аккумуляторов (различных емкостей, с различной историей применения, различной давностью изготовления и происходящих от разных изготовителей), может нанести ущерб, как самой батарее, так и связанному с ней оборудованию.

Как восстановить гелевый аккумулятор? Такой вопрос возникает у собственников автомобилей, скутеров, прочей техники через 3–4 года из-за стремительной потери емкости и испарения влаги из электролита. Чаще всего вышедшие из строя АКБ заменяют новыми. Частично изношенные батареи подлежат восстановлению. Перед тем как начать процесс «реанимации» источника питания, нужно обратить внимание на ряд моментов.

Принципиальные отличия гелевых аккумуляторов

Принцип работы гелевых батарей схож с тем, который используется в кислотных герметизированных аккумуляторах. Хотя производители выделяют 2 отличия.

Электролит представлен в виде геля, состоящего из дистиллированной воды, серной кислоты. Поэтому АКБ и получила такое название. Некоторые автомобилисты называют аккумуляторы гелиевыми. Это неправильно, поскольку для их заправки применяется не газ.

Недопустим и перезаряд гелевой батареи, приводящий к стремительной потере емкости. Зарядное напряжение лучше поддерживать на уровне 14–16 В.

Среди положительных качеств выделяют:

• Глубокую подзарядку аккумулятора осуществлять не нужно. Ведь скорость восстановления заряда не влияет на состояние пластин электродов.
• Минимальные потери энергии (не более 20%) в состоянии покоя.
• Количество циклов заряда-разряда увеличено. Поэтому допускается более активная эксплуатация.

Как проверить гелевый аккумулятор?

Восстановление эксплуатируемых гелевых аккумуляторов – процедура, требующая определенных усилий. Поэтому необходимо точно знать, в каких случаях приступать к ней нецелесообразно.

1. Вздутие банок. Возникает такой эффект из-за отслоения геля от свинцовых пластин. Такую батарею оживить или реанимировать невозможно. Определить недочет можно во время осмотра.
2. Нарушение целостности пластин. Внутреннее содержимое банок разрушается под воздействием высоких температур, а также при подаче чрезмерного большого зарядного напряжения. Проверить аккумулятор можно, заглянув внутрь через предварительно сформированное отверстие. При полном или частичном разрушении пластин, стекловолокна проблема выявляется на слух. Если при тряске слышен шум, то гелевую АКБ необходимо утилизировать.

Если видимые дефекты не установлены, то нужно подготовить прибор для проверки. Для этих целей подходит вольтметр, дополненный нагрузочной вилкой. Для того чтобы получить точные значения, нужно:

1. Установить значение напряжения на клеммах.
2. Подключить нагрузку.
3. В течение 3–4 секунд имитировать работу стартера.
4. Оценить скорость восстановления напряжения.

Если ток падает достаточно быстро, то срок эксплуатации АКБ подходит к концу. Выявить неисправность можно, обратив внимание на скорость зарядки. К примеру, новый гелевый аккумулятор заряжается достаточно долго. Для зарядки старой АКБ требуется значительно меньше времени.

Своевременно выявить проблемы несложно. Для этого требуется качественное обслуживание гелевых аккумуляторов, выполнение рекомендаций производителей.

Как проводится восстановление аккумуляторной батареи?

Несмотря на то, что гелевые АКБ относят к необслуживаемым изделиям, можно попробовать их оживить в домашних условиях. Для восстановления нужно подготовить такой перечень предметов:

• Дистиллированная вода. Ее лучше приобретать в аптеке. Ведь в магазинах нередко продают недостаточно хорошо очищенную жидкость.
• Пинцет.
• Шприц.
• Отвертки.
• Зарядное устройство.

Просмотрите видео про восстановление гелевого акб.

Контроль количества электролита – первый этап

Хотя компании-производители и отмечают, что уровень геля в АКБ автомобиля остается неизменным даже через несколько лет, постепенно он высыхает. И чаще всего такой эффект наблюдается, если периодически подается чрезмерно большой ток зарядки.

Для восстановления уровня электролита аккуратно демонтируется крышка и колпачки. Для этих действий потребуется пинцет или отвертки. Заливать электролит необходимо постепенно. Важно следить за тем, чтобы пластины были полностью покрыты жидкостью.

Дистиллированная вода впитывается в гель за 30-40 минут. Именно через такой временной промежуток и нужно проверять остаток, доливать жидкость. Всю лишнюю воду обязательно удаляют, а колпачки с крышкой устанавливают обратно. Для дополнительной фиксации используются клеевые составы, двусторонний скотч.

Следующий этап – зарядка гелевого аккумулятора

К зарядке гелевых аккумуляторов своими руками можно приступать через несколько часов после заливки дистиллированной воды. Перед данной процедурой на крышку батареи стоит расположить груз, чтобы она не слетела под действием избыточного давления. Основная причина его возникновения – образование определенного количества водорода внутри банок.

Изначально подается напряжение в 14–15В. Это действие выполняется до тех пор, пока гелевый акб начнет потреблять ток. На это требуется около 14 часов. Если по истечению этого периода аккумулятор не зарядился, то напряжение необходимо повысить до 20 В.

Как только напряжение увеличено, отходить от заряжающегося устройства нельзя. Как только пойдет ток, нужно постепенно снижать напряжение до 14В и заряжать до полного восстановления. В противном случае, можно не только испортить АКБ, но и спровоцировать пожар, задымление.

Цикличная зарядка при полной потере емкости

Для раскачки восстанавливаемой гелевой АКБ используется и другой подход. Суть его заключается в выполнении 3–4 циклов зарядки и разрядки с установленной периодичностью.

Первые два цикла выполнятся под довольно высоким напряжением (около 25–30В). При этом процесс должен постоянно контролироваться. Во всех последующих циклах требуется ступенчатое понижение напряжения до 14 В.

Для разрядки батареи необходимо использовать минимальную нагрузку. Для этих целей отлично подойдет небольшая лампочка (на 5–10 Вт). Не допускается применение автомобильных переносок, которые дополнены лампочками по 50, 75 Вт. Ведь это приводит к полному выходу из строя аккумуляторной гелевой батареи. В процессе разрядки необходимо следить за тем, чтобы напряжение не падало ниже 10,5–11 В.

Иногда даже циклическая зарядка не способствует восстановлению гелевого аккумулятора. Отсутствие возможности эксплуатации обусловлено отхождением выводов от свинцовых пластин. Самостоятельный ремонт такой батареи невозможен. Есть два выхода из сложившейся ситуации:

• Использование АКБ с меньшей емкостью.
• Приобретение нового аккумулятора с характеристиками. В технической документации прописываются параметры.

Целесообразно ли «оживлять» гелевую АКБ?

Восстанавливать гелевый аккумулятор стоит лишь в случае, когда частично или полностью высох гель. Процедура оживления включает заливку дистиллированной воды. Для этих целей применяется шприц.

Ремонт не выполняется, если повреждены пластины, нарушены контакты. При обнаружении таких дефектов выполняется утилизация старой батареи.

Гелевый аккумулятор – это относительно новое устройство, имеющее преимущества и недостатки. Их изучение и учет избавит от проблем и сложностей, связанных с эксплуатацией, восстановлением.

Интересные видео про зарядку гелевого акб