AGM аккумуляторы, или аккумуляторы с абсорбированным стеклянным матом, представляют собой решение для хранения энергии, отличающееся от традиционных свинцово-кислотных батарей отсутствием жидкого электролита. В статье рассмотрим конструкцию AGM аккумуляторов, их преимущества и недостатки, а также области применения, что поможет понять, почему они становятся популярными в автомобильной и солнечной энергетике.
Технология и принцип работы AGM аккумуляторов
Прежде чем углубиться в объяснение технологии Absorbed Glass Mat, необходимо немного рассказать о истории появления этих аккумуляторов.
AGM аккумуляторы, или аккумуляторы с абсорбированным электролитом, представляют собой современное решение для хранения энергии, отличающееся высокой надежностью и долговечностью. Эксперты отмечают, что их конструкция включает стекловолокно, которое удерживает электролит, что предотвращает утечку и позволяет использовать такие аккумуляторы в различных положениях. Это делает AGM аккумуляторы идеальными для применения в условиях повышенной вибрации, например, в автомобилях и мотоциклах. Кроме того, они обладают низким саморазрядом и могут работать в широком диапазоне температур, что делает их подходящими для использования в экстремальных климатических условиях. Специалисты также подчеркивают, что AGM аккумуляторы требуют минимального обслуживания и имеют длительный срок службы, что делает их экономически выгодным выбором для пользователей, стремящихся к надежности и эффективности.
https://youtube.com/watch?v=9Ygc1ugFqFk
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.
Первый прототип современных свинцово-кислотных гелевых батарей в 1934 году разработала компания Elektrotechnische Fabrik Sonneberg. Модель VRLA, которая была максимальна близка к современным, изобрёл в 1957 году Отто Яче из компании Sonnenschein.
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.
Читайте также:
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.
| Особенность/Характеристика | Конструкция | Применение |
|---|---|---|
| Электролит | Иммобилизован в стекловолоконных матах (Absorbed Glass Mat) между пластинами. | Источники бесперебойного питания (ИБП), системы сигнализации, телекоммуникационное оборудование. |
| Герметичность | Полностью герметичны, не требуют обслуживания (долива воды). | Автомобили с системой “старт-стоп”, морской транспорт, кемперы, солнечные электростанции. |
| Устойчивость к вибрациям и ударам | Плотная упаковка пластин и электролита в стекломатах. | Мотоциклы, квадроциклы, внедорожная техника, электромобили. |
| Низкий саморазряд | Рекомбинация газов внутри аккумулятора. | Сезонное хранение техники (лодки, мотоциклы), резервное питание. |
| Высокий пусковой ток | Низкое внутреннее сопротивление. | Запуск двигателей внутреннего сгорания, мощные аудиосистемы. |
| Широкий диапазон рабочих температур | Стабильная работа электролита. | Эксплуатация в холодных и жарких климатических условиях. |
| Быстрая зарядка | Способность принимать высокий зарядный ток. | Системы, требующие быстрого восстановления заряда (например, в ИБП после отключения электричества). |
| Долгий срок службы | Устойчивость к глубоким разрядам (по сравнению с обычными свинцово-кислотными). | Системы автономного электроснабжения, промышленные установки. |
| Отсутствие выделения газов | Рекомбинация водорода и кислорода. | Использование в жилых помещениях, офисах, закрытых пространствах без вентиляции. |
| Возможность установки в любом положении | Электролит не вытекает. | Ограниченные пространства, специфические монтажные требования. |
Интересные факты
Вот несколько интересных фактов о AGM аккумуляторах:
-
Технология Absorbent Glass Mat (AGM): AGM аккумуляторы используют специальный стекловолоконный мат, который впитывает электролит, что делает их более устойчивыми к утечкам и повреждениям. Это позволяет использовать их в различных положениях, включая вертикальное, что делает их идеальными для ограниченных пространств.
-
Долговечность и циклическая стабильность: AGM аккумуляторы обладают высокой циклической стабильностью и могут выдерживать большое количество циклов зарядки и разрядки. Это делает их популярными в приложениях, где требуется частая перезарядка, таких как солнечные энергетические системы и электромобили.
-
Низкий саморазряд: AGM аккумуляторы имеют низкий уровень саморазряда, что позволяет им сохранять заряд в течение длительного времени без использования. Это делает их отличным выбором для резервных источников питания и систем, которые не используются постоянно, таких как системы безопасности и аварийного освещения.
https://youtube.com/watch?v=kx_zRej5aAU
Принцип работы и особенности
Среди аккумуляторов типа VRLA можно выделить три основных категории.
- Герметичные VR-батареи с жидким электролитом.
- Absorbed Glass Mat (AGM).
- Гелевые аккумуляторы.
В данной статье мы сосредоточимся на моделях AGM. Их часто ошибочно называют гелевыми, однако это не совсем верно. Гелевые аккумуляторы, известные также как «силиконовые батареи», используют электролит, который превращается в гель благодаря оксиду кремния.
Технология AGM основана на другом принципе. В этих аккумуляторах между электродными пластинами располагается тонкий слой стекловолокна, пропитанного электролитом на 95% от максимального объема, который может удерживать волокно. Стекловолокно укладывается между пластинами, немного сжимается и припаивается для надежного удержания. Благодаря такой плотной упаковке стекловолокна и электродов, аккумуляторы обладают высокой устойчивостью к вибрациям.
Тонкие волокна стекла увеличивают площадь поверхности, которая удерживает электролит на протяжении всего срока службы. Эти волокна не подвержены воздействию кислоты из электролита. После пропитки электролитом стекловолокно увеличивается в объеме на 2–5%.
Благодаря своей конструкции AGM аккумуляторы могут устанавливаться в любом положении и не требуют обслуживания. Хотя термин «необслуживаемый» не совсем точен. Аккумуляторы VRLA не нуждаются в доливке воды и проверке плотности электролита, но их следует поддерживать в чистоте и периодически заряжать от зарядного устройства. AGM аккумуляторы находят применение не только в автомобилях, но и в мотоциклах, портативных электрических устройствах, автономных энергосистемах и других областях.
Среди характеристик AGM аккумуляторов стоит выделить низкое внутреннее сопротивление. Это позволяет им выдавать постоянный ток даже в разряженном состоянии. Кроме того, они обладают длительным сроком службы, даже при частых глубоких разрядах. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким электролитом, AGM не требуют регулярной подзарядки.
Это связано с тем, что AGM аккумуляторы значительно менее подвержены сульфатации. Они могут долго находиться в разряженном состоянии, в то время как для WET аккумуляторов это крайне нежелательно. Также стоит отметить низкий уровень саморазряда и стабильную работу при низких температурах.
Существует зависимость между глубиной разряда и сроком службы AGM аккумуляторов. Чем глубже разряд, тем короче жизненный цикл аккумулятора. Поэтому диапазон заявленного срока эксплуатации составляет от 500 до 1300 циклов.
Что касается электрохимических процессов в AGM батареях, то они аналогичны процессам в WET аккумуляторах. Во время разряда свинец и кислота из электролита взаимодействуют, образуя сульфат свинца и воду. При зарядке сульфат свинца и вода вновь превращаются в свинец и серную кислоту. Основные различия заключаются в работе аккумуляторов при превышении зарядного тока.
Если зарядный ток слишком высок, начинается электролиз, в результате которого вода распадается на водород и кислород. Это приводит к расходу воды из электролита, поэтому WET аккумуляторы требуют регулярной проверки уровня электролита и доливки при необходимости.
В аккумуляторах VRLA выделяющиеся газы (водород и кислород) удерживаются внутри, пока давление остается в безопасных пределах. В нормальных условиях газы рекомбинируются внутри корпуса аккумулятора, иногда с использованием катализатора. Это исключает необходимость в доливке воды. Однако при слишком высоком зарядном токе давление может превысить допустимые пределы, и предохранительные клапаны открываются для сброса избыточного давления.
При этом кислород и водород, которые выходят при сбросе давления в AGM батареях, нельзя восполнить доливкой дистиллированной воды. Также стоит отметить, что электролит, связанный в стекловолокне, несколько затрудняет электрохимические реакции, генерирующие электрический ток. В результате аккумуляторы типа VRLA имеют меньший пусковой ток по сравнению с WET. Поэтому они чаще используются в ситуациях, где разряд происходит медленно, а не импульсно, как при запуске двигателя автомобиля.
Важно помнить, что AGM аккумуляторы, как и WET, требуют вентиляции во время работы. Это необходимо для предотвращения увеличения концентрации водорода и кислорода, что может привести к воспламенению и взрыву. Кроме того, батареи Absorbed Glass Mat нуждаются в адекватном охлаждении.
Конструкция
Аккумуляторные батареи VRLA, одной из разновидностей которых являются AGM, могут иметь конструкцию двух видов:
- с плоскими электродами;
- с электродами в форме спирали (рулон).
AGM аккумуляторы оснащаются предохранительным клапаном, который сбрасывает избыточное давление. В большинстве случаев это происходит при перезарядке. Стоит помнить, что каждый такой сброс снижает ёмкость батареи, поскольку газообразный водород не восстанавливается. В литературе о настройке клапанов сообщается следующее:
- 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.
https://youtube.com/watch?v=jJ4n7-2XhJU
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.
В сети можно найти примеры, когда владельцы AGM батарей быстро заряжают их высоким током. Это возможно, но при жёстком ограничении по времени (не более 1 часа). Длительный заряд при напряжении 2,7 В на один аккумуляторный элемент приводит к выходу аккумулятора из строя.
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 давайте подробнее рассмотрим области применения AGM аккумуляторов.
Аккумуляторы данного типа получили широкое распространение в современных мотоциклах, вездеходах и другой мототехнике. Это связано с тем, что их можно устанавливать в любом положении, и они не представляют угрозы утечки кислоты при вибрациях, резких маневрах или авариях.
Что касается легковых автомобилей, AGM аккумуляторы используются преимущественно в моделях премиум-класса из-за своей высокой стоимости. Обычно производители устанавливают их на автомобили, оснащенные системами «Старт-Стоп» и рекуперацией энергии торможения. При этом управление зарядом аккумулятора в бортовой сети осуществляется компьютером, чтобы избежать перезарядки.
Еще одной областью применения AGM является автогонка. Эти аккумуляторы также нашли свое место в автономных солнечных и ветровых энергетических установках, где они служат накопителями электроэнергии. AGM батареи активно используются в любительской робототехнике и в удаленных датчиках для мониторинга льда в Арктике, благодаря своей надежной работе при низких температурах.
Также стоит отметить использование AGM в электроприводных инвалидных колясках, которые применяются в помещениях. Здесь важно минимальное выделение газов и кислотных паров, а лучше полное их отсутствие. AGM аккумуляторы полностью соответствуют этим требованиям. Их можно встретить и в источниках бесперебойного питания (ИБП) для различной компьютерной техники.
Кроме того, AGM аккумуляторы находят применение в авиамоделировании, где они успешно конкурируют с литиевыми батареями. Эти аккумуляторы по-прежнему используются в военной и авиационной технике, для которой они изначально были разработаны. Мелкие морские и речные суда также используют AGM, например, для питания троллинговых моторов на рыбацких лодках и водных мотоциклах.
Ниже перечислены еще несколько значимых направлений применения AGM батарей:
- телекоммуникационное оборудование;
- блоки управления производственными системами;
- различное автономное оборудование, где ранее использовались другие типы аккумуляторов.
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.
| Преимущества AGM | Недостатки AGM |
|---|---|
| Герметичность. Защита от попадания влаги. Кроме того, исключено попадание искр внутрь (увеличение безопасности использования). | Более высокие производственные затраты и конечная стоимость. |
| Низкое внутреннее сопротивление. | Чувствительность к перезаряду. |
| Более высокая скорость заряда по сравнению с WET. | Ёмкость постепенно снижается в процессе эксплуатации. |
| Более длительный срок службы. | Желательно хранить в заряженном состоянии. Хотя это менее критично, чем в случае WET. |
| Нет расхода воды. Происходит рекуперация воды и кислорода (если не нарушены условия заряда). | Менее приспособлены для отдачи высоких токов в момент запуска двигателя. |
| Стойкость к вибрации. | |
| Отсутствие жидкого электролита даёт возможность устанавливать их в любом положении. | |
| Сохраняет работоспособность при низких температурах. | |
| Меньше процесс сульфатации. | |
| На аккумулятор расходуется меньше свинца и электролита. |
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.
Сравнение с другими типами аккумуляторов
AGM аккумуляторы (Absorbent Glass Mat) представляют собой один из наиболее современных типов свинцово-кислотных аккумуляторов, которые отличаются высокой производительностью и надежностью. Важно рассмотреть их, чтобы понять их преимущества и недостатки.
Первым типом, с которым можно сравнить AGM аккумуляторы, являются традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы. Основное отличие заключается в конструкции: в AGM аккумуляторах электролит находится в стекловолоконных матах, что предотвращает его вытекание и позволяет использовать аккумуляторы в любом положении. В то время как традиционные аккумуляторы требуют вертикального размещения и могут быть подвержены утечкам, AGM аккумуляторы более безопасны и удобны в использовании.
Следующий тип — это гелевые аккумуляторы. Они также используют свинцово-кислотную технологию, но вместо стекловолокна в них применяется гелеобразный электролит. Гелевые аккумуляторы менее чувствительны к перепадам температуры и имеют более длительный срок службы в условиях глубоких разрядов. Однако AGM аккумуляторы обеспечивают более высокую токовую отдачу и быстрее заряжаются, что делает их более подходящими для применения в условиях, требующих высокой производительности, например, в автомобилях или системах бесперебойного питания.
Литий-ионные аккумуляторы представляют собой еще один важный конкурент AGM аккумуляторов. Они обладают значительно меньшим весом и большей энергоемкостью, что делает их идеальными для портативных устройств и электрических транспортных средств. Однако литий-ионные аккумуляторы более чувствительны к условиям эксплуатации и требуют сложных систем управления для обеспечения безопасности. AGM аккумуляторы, в свою очередь, более устойчивы к перегреву и коротким замыканиям, что делает их более надежными в некоторых приложениях.
В заключение, AGM аккумуляторы занимают уникальную нишу на рынке аккумуляторов благодаря своей конструкции и характеристикам. Они обеспечивают отличное сочетание производительности, безопасности и долговечности, что делает их предпочтительным выбором для многих пользователей. Подчеркивает их преимущества, особенно в тех случаях, когда требуется высокая токовая отдача и надежность в эксплуатации.
Вопрос-ответ
Что такое AGM аккумуляторы и как они работают?
AGM аккумуляторы (Absorbent Glass Mat) представляют собой свинцово-кислотные батареи, в которых электролит абсорбирован в стекловолоконном мате. Это позволяет избежать утечек и обеспечивает более высокую устойчивость к вибрациям и ударам. AGM аккумуляторы могут работать в различных условиях, включая экстремальные температуры, и имеют низкий саморазряд.
Каковы основные преимущества AGM аккумуляторов по сравнению с другими типами?
AGM аккумуляторы обладают несколькими преимуществами, включая более длительный срок службы, высокую устойчивость к глубокому разряду, отсутствие необходимости в обслуживании и возможность установки в любом положении. Они также обеспечивают более высокую мощность при старте и могут заряжаться быстрее, чем традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы.
Где обычно применяются AGM аккумуляторы?
AGM аккумуляторы широко используются в различных областях, включая автомобильный сектор (для стартерных систем), системы бесперебойного питания (ИБП), солнечные энергетические установки, а также в морской и авиационной технике. Их высокая надежность и производительность делают их идеальными для применения в условиях, где важна стабильность и долговечность.
Советы
СОВЕТ №1
При выборе AGM аккумулятора обращайте внимание на его емкость и напряжение, соответствующие требованиям вашего устройства. Это поможет избежать проблем с производительностью и долговечностью аккумулятора.
СОВЕТ №2
Регулярно проверяйте уровень заряда AGM аккумулятора и избегайте его полного разряда. Это значительно продлит срок службы аккумулятора и обеспечит его надежную работу.
СОВЕТ №3
Обратите внимание на условия эксплуатации AGM аккумуляторов. Они чувствительны к высоким температурам и влажности, поэтому старайтесь хранить их в сухом и прохладном месте.
СОВЕТ №4
Используйте специальные зарядные устройства, предназначенные для AGM аккумуляторов. Это поможет избежать повреждений и обеспечит оптимальную зарядку, что в свою очередь увеличит срок службы аккумулятора.
