Особенности зарядки гелевых аккумуляторов

Гелевые батареи прочно заняли свою нишу на рынке свинцово-кислотных аккумуляторов. Хотя современные технологии не позволяют их применять в качестве стартерных АКБ для автомобиля, как тяговые или буферные источники питания аккумуляторы GEL успешно конкурируют с другими технологиями (дополнительным преимуществом является отсутствие необходимости обслуживания в процессе работы). Вокруг этих батарей сложилось немало мифов, в которых пришло время разобраться.

Правила зарядки гелевых батарей

Чтобы осознать, в чем состоят особенности зарядки гелевых батарей, надо понять, чем эти аккумуляторы они отличаются от традиционных АКБ. С точки зрения общего устройства и протекания электротехнических реакций эти источники питания не имеют никаких отличий от других свинцово-кислотных элементов. Точно так же при разряде свинец, оксид свинца и серная кислота образуют сульфат свинца и воду. При заряде происходят обратные реакции – на электродах образуются свинец и его диоксид, в электролите восстанавливается концентрация серной кислоты.

Отличие гелевых батарей от обычных только в том, что электролит, состоящий из серной кислоты и воды, загущен добавлением специальных присадок. Это дает преимущества в механическом плане – аккумулятор можно расположить практически в любом положении, повреждения корпуса (до определенных пределов) не вызывают вытекания жидкого реагента.

В плане протекания электрохимических реакций особых отличий нет, кроме снижения динамики. Из-за определенного замедления батарея имеет пониженную токоотдачу, что не позволяет использовать ее в качестве стартерной. Зато и склонность к саморазряду намного ниже, чем у АКБ с жидким электролитом.

Гелевые батареи обычно имеют пластины из свинца, легированного кальцием, поэтому склонность к газообразованию у них снижена, но не до нуля. Газы (водород и кислород) не выходят из электролита, а рекомбинируют в его толще с образованием воды. Часть газов, не поучаствовавших в рекомбинации, скапливаются в пространстве над электролитом. При повышении давления открывается клапан и сбрасывает излишек в атмосферу.

Читайте такжеСтоит ли приобретать гелевый аккумулятор для автомобиля — плюсы и минусы

Возможности такой конструкции ограничены – при интенсивном газообразовании большая часть водорода и кислорода рекомбинировать не успеет, скопится над электролитом, и это будет хорошей проверкой эффективности сбросного клапана. Если не справится и он, это приведет к раздуванию корпуса АКБ, к его разрыву или даже к тепловому взрыву в результате возгорания газовой смеси. Второй эффект, который будет при этом иметь место– газы оттеснят часть электролита от пластин, а из-за пониженной текучести он не вернется на место. Уменьшится площадь электродов, задействованных в электрохимических реакциях, что снизит реальную емкость АКБ. Отсюда первое правило зарядки гелевых АКБ – не допускать перехода в режим электролиза, для чего нельзя превышать установленный уровень напряжения и допускать перезаряда.

При пополнении энергии батареи GEL категорически запрещено использование режимов быстрой зарядки (fast charge и т.п.). Ускоренное пополнение запаса энергии осуществляется повышенным током, инициируемым повышением напряжения.

Второе ограничение – гелевые батареи не любят повышенного тока. Он вызывает перегрев содержимого батареи, включая пастообразный электролит. От этого он локально плавится, нарушается его структура и соотношение кислоты к воде. При остывании структура не восстанавливается, что приводит к нарушению баланса электрохимических реакций и сокращению срока службы аккумулятора.

Отсюда правило второе – нельзя превышать установленное ограничение по току зарядки (впрочем, эти оба правила взаимно связаны – ток определяется разностью напряжений между выходом ЗУ и уровнем на клеммах АКБ).

Хорошим тоном у производителей гелевых АКБ стало указание параметров зарядки прямо на корпусе батареи. На примере, приведенном на фото, видно, что наибольший ток для данной батареи на 12 вольт емкостью 15 А*ч не должен превышать 3 ампера, что составляет 20% от изначальной емкости.

Внимательно изучив шильдик, можно обнаружить и требования по наибольшему напряжению, причем они даны для двух режимов:

• буферного (standby);
• циклического (cycle).

Первый режим характерен для аккумуляторов, служащих, к примеру, накопителями в источниках бесперебойного питания, где АКБ долгое время стоит без нагрузки, подзаряжаясь от основного источника, а при необходимости ненадолго включаясь в работу. Циклический режим — работа в качестве тяговых батарей в электросамокатах, игрушечных автомобилях и т.п. – там, где аккумулятор полностью разряжается, а потом снова заряжается.

Как и любую свинцово-кислотную батарею, гелевый аккумулятор можно заряжать как в режиме стабильного тока, так и стабильного напряжения Uзаряд (еще лучше комбинированный режим). Из резонов, изложенных выше, для каждого режима надо соблюдать определенные условия. При зарядке неизменным током:

• нельзя превышать установленный лимит тока 0,2С – это означает, что возможен стандартный подход пополнения энергии уровнем 0,1С;
• при естественном снижении емкости (замеряется периодически при проведении контрольно-тренировочных циклов) надо ориентироваться на фактически измеренную емкость и корректировать наибольший ток в соответствии с результатами КТЦ;
• надо следить, чтобы уровень Uзаряд не превышал верхнюю границу независимо от зарядного тока – особенно это актуально в конце процесса, когда для подержания значения тока приходится повышать напряжение.

При зарядке неизменным напряжением:

1. Следить, чтобы уровень Uзаряд не превышал верхнюю границу.
2. Даже если напряжение находится в пределах, указанных на шильдике, его при необходимости надо уменьшать для удержания тока в заданных лимитах (актуально для сильно разряженных аккумуляторов).

Время, в течение которого запас энергии будет полностью возобновлен, зависит от степени разряда батареи. При полном разряде (до уровня 10,5 вольт) зарядить новый гелевый аккумулятор удастся примерно за 10 часов. Продолжительность процесса также зависит от:

• уровня напряжения ЗУ;
• зарядного тока (при повышении его до 0,2С, соответственно, время уменьшится в 2 раза);
• температуры окружающей среды (зарядное напряжение надо снижать при повышении температуры, чтобы избежать перегрева).

При любом режиме зарядки надо периодически контролировать температуру корпуса батареи. При возникновении тенденции к ее повышению надо немедленно уменьшить зарядный ток.

Какими зарядными устройствами можно пользоваться

Если гелевая АКБ работает в буферном режиме, она постоянно подзаряжается от основного источника, параметры которого выбираются при проектировании. В промышленных условиях этот источник во многих случаях реализует оптимальный двухступенчатый алгоритм зарядки, а наибольшее значение Uзаряд устанавливается при наладке оборудования. В дальнейшем при эксплуатации надо лишь периодически во время технического обслуживания контролировать реальный уровень напряжения.

В домашних условиях лучше не использовать автоматические зарядные устройства (или, при возможности выбора режима, не задействовать автомат). Такие ЗУ, особенно простые, не всегда контролируют одновременно и ток, и напряжение – а это, как рассмотрено выше, может быть критичным. Подойдут либо «умные» устройства с возможностью задания границ по току и напряжению, либо простые (включая самодельные) зарядники, в которых выходные параметры устанавливаются и оперативно регулируются вручную.

Рекомендуем: Зарядные устройства своими руками

На что обратить внимание при выборе ЗУ для гелевого аккумулятора

При выборе зарядного устройства надо в первую очередь обратить внимание на выходные характеристики:

• напряжение для АКБ 12 В должно составлять не менее 14,5 вольт (для батареи на 6 В – 7,5) с возможностью регулировки в меньшую сторону;
• выходной ток должен быть не меньше наибольшего допустимого для аккумуляторов, предполагаемых к зарядке (в крайнем случае, не меньше 10% от емкости, иначе процесс пополнения энергии будет непозволительно затягиваться).

Если приобретается «умное» ЗУ, в нем должен быть предусмотрен алгоритм зарядки для гелевых батарей с возможностью задания параметров (либо «зашитые» параметры должны обеспечивать безопасную зарядку). Если покупается обычное ЗУ, в нем должен быть ручной режим с возможностью регулировки тока и напряжения в установленных пределах. Также желательно наличие встроенных амперметра и вольтметра одновременно. Если какого-то из приборов нет, вместо него во время зарядки придется использовать мультиметр.

Автоматическое зарядное использовать нежелательно. Если другого выхода нет, правильно будет хотя бы проверить выходной уровень Uзаряд. Оно должно быть не более 14,5 вольт (можно посмотреть в технической документации).

Видо-обзор зарядного устройства для GEL с Алиекспресс.

Зарядить гелевый аккумулятор не сложнее обычного. Только надо соблюдать установленные ограничения, тогда батарея прослужит долго.