AGM аккумулятор – технология, преимущества и недостатки

Бесперебойный источник питания нужен автомобилю не только для того, чтобы активировать стартер и запустить мотор. Еще АКБ задействуется для аварийной подсветки, работы бортовой системы при заглушенном моторе, а также непродолжительной езды при вышедшем из строя генераторе. Самой распространенной модификацией аккумуляторов, которые используются в автомобилях, это свинцово-кислотные. Но у них есть несколько модификаций. Одна из них – AGM. Обсудим некоторые модификации этих АКБ, а также их отличия. В чем особенность типа батарей, выполненных по технологии AGM?

Что такое AGM технология аккумуляторов?

Если условно разделить аккумуляторы, то они делятся на обслуживаемые и необслуживаемые. К первой категории относятся батареи, в которых со временем испаряется электролит. Визуально они отличаются от второго типа тем, что сверху на них имеются крышки для каждой банки. Через эти отверстия осуществляется восполнение недостатка жидкости. Во втором виде аккумуляторов нет возможности добавлять дистиллированную воду за счет особенностей конструкции и материалов, которые минимизируют образование пузырьков воздуха в емкости.

Еще одна классификация аккумуляторов касается их характеристик. Их тоже два типа. Первый – стартерный, а второй – тяговый. Стартерные АКБ обладают большой пусковой мощностью, и используются для запуска габаритных ДВС.  Тяговый аккумулятор отличается способностью долго отдавать напряжение. Такая батарея устанавливается в электромобилях (правда, это не полноценный электрокар, а в основном детские электромобили и инвалидные коляски) и электроустановках, в которых не используется пусковой ток высокой мощности. Что касается полноценных электрокаров типа Tesla, то батарея AGM в них тоже используется, но в качестве основы для бортовой системы. Для работы электромотора используется другой тип батарей. Подробней о том, как правильно подобрать АКБ для своего автомобиля, читайте в другом обзоре.

AGM-батарея отличается от классического аналога тем, что ее корпус никак не открывается, а это значит, что она относится к категории необслуживаемых модификаций. В процессе разработки необслуживаемых типов AGM АКБ ученые смогли достичь снижения количества газов, выделяемых в завершении зарядки. Этот эффект стал возможным благодаря тому, что электролит в конструкции находится в меньшем количестве и в лучшем контакте с поверхностью пластин.

Особенность такой модификации в том, что ёмкость не заполнена свободным электролитом в жидком состоянии, который находится в непосредственном контакте с пластинами устройства. Положительная и отрицательная пластина разделена ультратонким изолирующим материалом (стекловолокно и пористая бумага), пропитанным активным кислотным веществом.

История возникновения

Название AGM происходит от английского «absorbent glass mat», что переводится как абсорбирующий прокладочный материал (изготавливается из стекловолокна). Сама технология появилась в 70-х годах прошлого столетия. Компания, которая зарегистрировала патент на новинку, это американский производитель Gates Rubber Co.

Сама идея появилась у одного фотографа, который задумался над тем, чтобы снизить скорость выделения кислорода и водорода из пространства возле пластин. Один из вариантов, который ему пришел на ум – сделать электролит гуще. Эта характеристика материала обеспечивала бы лучшую сохранность электролита, когда АКБ переворачивался.

Первые AGM-аккумуляторы сошли с конвейера в 1985 году. Эту модификацию в основном использовали для военных самолетов. Также эти источники питания использовались в системах телекоммуникации и сигнализационных установках с индивидуальным источником питания.

Первоначально емкость батарей была небольшая. Этот параметр варьировался в промежутке 1-30 а/ч. Со временем устройство получало увеличенную емкость, благодаря чему установка способна работать больше времени. Помимо автомобилей такая разновидность АКБ используется для создания бесперебойных источников питания и других систем, работающих на автономном источнике энергии. AGM-батарея меньшего объема может использоваться в бесперебойниках для компьютеров.

Принцип работы

Классический кислотно-свинцовый АКБ выглядит в виде корпуса, разделенного на несколько секций (банки). Каждая из них имеет пластины (материал, из которого они изготовлены,– свинец). Они погружены в электролит. Уровень жидкости должен всегда покрывать пластины, чтобы они не разрушались. Сам электролит представляет собой раствор дистиллированной воды и серной кислоты (подробней об используемых кислотах в аккумуляторных батареях читайте здесь).

Чтобы пластины не контактировали, между ними расположены перегородки из микропористого пластика. Ток образуется между пластинами положительного и отрицательного заряда. Аккумуляторы AMG отличаются от этой модификации тем, что между пластинами расположен пористый материал, пропитанный электролитом. Но его поры не полностью заполнены активным веществом. Свободное пространство – своего рода газовый отсек, в котором образовавшийся водяной пар конденсируется. Благодаря этому герметичный элемент не разрывается, когда выполняется зарядка (при зарядке классического обслуживаемого аккумулятора необходимо выкручивать пробки банок, так как на завершающем этапе могут активно выделяться пузырьки воздуха, и емкость может разгерметизироваться).

Что касается химических процессов, протекающих в этих двух разновидностях батарей, то они идентичны. Просто АКБ, изготовленные по технологии AGM, отличаются конструкцией и стабильностью работы (не нуждается в том, чтобы владелец доливал электролит). По сути, это тот же кислотно-свинцовый аккумулятор, только благодаря улучшенной конструкции в нем устранены все недостатки классического жидкостного аналога.

Работает классическое устройство по следующему принципу. В момент потребления электричества снижается плотность электролита. Между пластинами и электролитом происходит химическая реакция, результатом которой является электрический ток. Когда потребители выбирают весь заряд, начинается процесс сульфатации свинцовых пластин. Его не обратить вспять, если только не повысить плотность электролита. Если такую батарею поставить на зарядку, то из-за низкой плотности вода в емкости будет нагреваться и просто выкипать, что ускорит разрушение свинцовых пластин, поэтому в запущенных случаях некоторые доливают кислоту.

Что касается AGM-модификации, то ей не страшен глубокий разряд. Причина тому в конструкции источника питания. Благодаря плотному контакту пропитанного электролитом стекловолокна пластины не подвергаются сульфатации, а жидкость в банках не закипает. Главное в работе устройства – не допускать перезаряда, который провоцирует усиленное газообразование.

Заряжать такой источник питания нужно следующим образом. Обычно на этикетке устройства имеются указания производителя относительно минимального и максимального напряжения зарядки. Так как такая АКБ сильно чувствительна к процессу зарядки, то для этого следует использовать специальное зарядное устройство, которое оснащено функцией изменения напряжения. Такие ЗУ обеспечивают так называемую «плавающую зарядку», то есть порционную подачу электричества. Вначале подается четвертая часть номинального напряжения (при этом температура должна находиться в пределах 35 градусов).

После того как электроника зарядного устройства зафиксирует определенную величину заряда (составляет около 2.45В на каждую банку), срабатывает алгоритм снижения напряжения. Благодаря этому обеспечивается плавное окончание процесса, и не происходит активное выделение кислорода и водорода. Даже малейшее нарушение этого процесса способно в значительной степени снизить производительность батареи.

Еще AGM-аккумулятор требует особенной эксплуатации. Так, хранить устройства можно абсолютно в любом положении. Особенность таких типов батарей в том, что у них низкий уровень саморазряда. За один год хранения емкость может потерять не более 20 процентов емкости (при условии, что устройство хранилось в сухом помещении при плюсовой температуре в пределах от 5 до 15 градусов).

Но при этом необходимо периодически перепроверять уровень зарядки, контролировать состояние клемм и беречь от влаги и пыли (это может спровоцировать саморазряд устройства). Для сохранности источника питания необходимо избегать коротких замыканий и резких скачков напряжения.

Устройство AGM аккумуляторов

Как мы уже обратили внимание, корпус у AGM полностью герметичный, поэтому подобные элементы относятся к категории необслуживаемых моделей. Вместо пластиковых пористых перегородок внутри корпуса между пластинами находится пористое стекловолокно. Это сепараторы или разделители. Этот материал имеет нейтральную токопроводимость и взаимодействие с кислотой. Его поры на 95 процентов пропитаны активным веществом (электролит).

Для снижения внутреннего сопротивления в состав стекловолокна также входит небольшое количество алюминия. Благодаря этому устройство способно поддерживать быструю зарядку и отдавать энергию, когда это необходимо.

Также как и обычная батарея, AGM-модификация тоже состоит из шести банок или резервуаров с индивидуальным комплектом пластин. Каждая группа соединяется с соответствующим выводом аккумулятора (плюсовым или минусовым). Каждая банка выдает напряжение в два вольта. В зависимости от типа батареи пластины могут располагаться не параллельно, а свернуты в рулон. В таком исполнении аккумулятор будет иметь цилиндрическую форму банок. Этот тип батарей обладает высокой прочностью и виброустойчивостью. Еще одно преимущество в таких модификациях – их разряд может выдавать минимум 500, и максимум 900А (в обычных аккумуляторах этот параметр находится в пределах 200А).

1) Пробка с клапанами безопасности и крышка с единым газоотводом; 2)Более толстые и прочные корпус и крышка; 3) Блок пластин; 4) Полублок отрицательных пластин; 5) Отрицательная пластина; 6) Отрицательная решетка; 7) Фрагмент абсорбированного материала; 8) Положительная пластина с сепаратором из стекловолокна; 9) Положительная решетка; 10) Положительная пластина; 11) Полублок положительных пластин.

Если рассматривать классический аккумулятор, то зарядка провоцирует образование пузырьков воздуха на поверхности пластин. Из-за этого электролит хуже контактирует со свинцом, а это ухудшает работу источника питания. Такой проблемы в улучшенном аналоге нет, так как стекловолокно обеспечивает постоянный контакт электролита с пластинами. Чтобы избыток газа не стал причиной разгерметизации устройства (такое бывает, когда неправильно выполняется зарядка), в корпусе имеется клапан для их сброса. Дополнительно о том, как правильно заряжать аккумулятор, читайте отдельно.

Итак, основными элементами конструкции AGM-аккумуляторов являются:

• Герметичный корпус (изготовлен из пластика, устойчивого к воздействию кислоты и выдерживающего постоянные вибрации с небольшими ударами);
• Пластины для положительного и отрицательного заряда (они изготавливаются из чистого свинца, в состав которого могут входить кремниевые присадки), которые параллельно соединены с выводными клеммами;
• Микропористого стекловолокна;
• Электролита (заполняет 95% пористого материала);
• Клапаны для удаления избытка газа;
• Положительная и отрицательная клеммы.

Что сдерживает распространение AGM

Согласно некоторым данным, в мире производится около 110 миллионов аккумуляторных батарей в год. Несмотря на большую эффективность по сравнению с классическими кислотно-свинцовыми аналогами, они занимают лишь небольшую долю продаж на рынке. И тому есть несколько причин.

1. Не каждая компания, занимающаяся производством АКБ, изготавливает источники питания по данной технологии;
2. Стоимость таких батарей порядком выше обычных типов устройств (за три-пять лет эксплуатации автомобилисту не составит труда насобирать пару сотен долларов на новый жидкостный аккумулятор). Обычно они дороже в два-два с половиной раза;
3. Устройство с идентичной емкостью будет значительно тяжелее и объемней по сравнению с классическим аналогом, а не каждая модель автомобиля позволяет разместить под капотом увеличенную батарею;
4. Такие устройства очень требовательны к качеству зарядного устройства, которое тоже стоит больших денег. Классическая зарядка способна испортить такую батарею в считанные часы;
5. Не каждый тестер способен определить состояние такого аккумулятора, поэтому для обслуживания электрического источника приходится искать специализированное СТО;
6. Чтобы в процессе работы генератор выдавал требуемое для адекватной подзарядки АКБ напряжение, этот механизм тоже придется менять в машине (подробно о том, как работает генератор, читайте в другой статье);
7. Помимо отрицательного влияния сильных морозов устройство также плохо переносит высокие температуры. Поэтому подкапотное пространство в летний период должно хорошо проветриваться.

Эти причины заставляют автомобилистов задуматься: а стоит ли вообще покупать настолько сложный аккумулятор, если за те же деньги можно купить две простые модификации? Учитывая потребности рынка, производители не рискуют выпускать большое количество продукции, которая будет просто пылиться на складах.

Основные виды свинцово-кислотных АКБ

Так как основной рынок сбыта аккумуляторов – это автомобильная промышленность, то и адаптируются они в основном под автотранспорт. Главный критерий, по которому подбирается источник питания – общая нагрузка всей электросистемы и приборов автомобиля (тот же параметр касается подбора генератора). Так как в современных автомобилях используется большое количество бортовой электроники, многие модели уже не комплектуются стандартными аккумуляторами.

Жидкостные модели в некоторых ситуациях уже не способны справиться с подобной нагрузкой, а AGM-модификации вполне с этим справляются, так как их емкость может в два-три раза превышать емкость стандартных аналогов. Плюс некоторые современные автовладельцы не готовы тратить время на обслуживание источников питания (хотя они не требуют особенного ухода).

В современном автомобиле может использоваться один из двух типов аккумуляторов. Первый – это необслуживаемый жидкостный вариант. В нем вместо сурьмяных пластин используются кальциевые. Второй – уже знакомый нам аналог, изготовленный по технологии AGM. Некоторые автомобилисты путают этот тип аккумуляторов с гелевыми. Хотя они внешне могут быть похожи, на самом деле это разные типы устройств. Подробно о гелевых батареях рассказывается здесь.

В качестве улучшенного аналога классическому жидкостному АКБ на рынке встречаются модификации, выполненные по технологии EFB. Это такой же жидкостный свинцово-кислотный источник питания, только ради предотвращения сульфатации плюсовых пластин они дополнительно обернуты в пористый материал и полиэстера. Благодаря этому увеличивается рабочий ресурс стандартной батареи.

Применение AGM аккумуляторов

AGM-аккумуляторы часто используются в автомобилях, оснащенных системой Старт/Стоп, так как они обладают внушительной емкостью по сравнению с классическими жидкостными источниками питания. Но автомобильная промышленность – не единственная сфера, в которой применяются AGM-модификации.

Разные системы с автономным питанием нередко оснащаются батареями типа AGM или GEL. Как уже было сказано ранее, в качестве источника электричества для самоходных инвалидных колясок и детского электротранспорта используются именно такие батареи. В любом случае электроустановка с индивидуальным бесперебойным источником питания на шесть, 12 или 24 вольта может брать энергию из данного устройства.

Ключевой параметр, по которому можно определить, какой АКБ использовать, это тяговые характеристики. Жидкостные модификации плохо справляются с такой нагрузкой. Примером тому служит работа аудиосистемы в машине. Жидкостная батарея может спокойно запускать мотор несколько раз, а магнитола разрядит ее за пару часов (о том, как правильно подключить магнитолу с усилителем, читайте отдельно), хотя потребляемая мощность этих узлов сильно отличается. По этой причине классические источники питания используются в качестве стартовых.

Преимущества AGM аккумуляторов и технологии

Как уже было сказано, отличие AGM от классических АКБ только в конструкции. Рассмотрим, в чем достоинства усовершенствованной модификации.

1. Не боится глубоких разрядов. Любая батарея плохо переносит сильный разряд, а для некоторых модификаций этот фактор просто губителен. В случае стандартных источников питания критично на их емкости сказывается частый разряд ниже 50 процентов. Хранить в таком состоянии АКБ нельзя. Что касается AGM типов, то они без серьезного вреда переносят потерю энергии приблизительно на 20 процентов больше по сравнению с классическими батареями. То есть многократный разряд до уровня в 30 процентов не скажется на производительности батареи.
2. Не боится сильных наклонов. Благодаря тому, что корпус аккумулятора герметичный, электролит не выливается из емкости при ее переворачивании. Абсорбированный материал не дает рабочему веществу свободно перемещаться под действием гравитации. Но при этом батарею нельзя хранить или эксплуатировать в перевернутом состоянии. Причина тому – в таком положении естественное удаление избытка газа через клапан не будет возможным. Клапаны сброса окажутся внизу, а сам воздух (его образование возможно при нарушении процесса зарядки – перезаряд или использование устройства, выдающего некорректный номинал напряжения) будет перемещаться вверх.
3. Не требует обслуживания. Если аккумулятор эксплуатируется в автомобиле, то процесс восполнения объема электролита не трудоемкий и не вредный. Когда откручиваются крышки банок, из емкости в небольшом количестве выходят пары серной кислоты. По этой причине обслуживать классические батареи (в том числе и заряжать их, так как в этот момент банки должны быть открытыми) нужно в хорошо проветриваемом помещении. Если АКБ эксплуатируется в жилищных условиях, то для обслуживания такое устройство нужно выносить из помещения. Существуют электрические установки, которые используют связку из большого количества аккумуляторов. В этом случае их эксплуатация и обслуживание в закрытом помещении опасна для здоровья человека, поэтому в подобных случаях используются АКБ, изготовленные по технологии AGM. Испарение электролита в них проходит только при нарушении процедуры зарядки, а обслуживать их не нужно на протяжении всего рабочего ресурса.
4. Не подвержены сульфатации и коррозии. Так как в процессе работы и правильной зарядки электролит не закипает и не испаряется, пластины устройства находятся в постоянном контакте с рабочим веществом. Благодаря этому процесс разрушения в таких источниках питания не происходит. Исключением является та же некорректная зарядка, в процессе которой нарушается рекомбинация выделяющихся газов и испарения электролита.
5. Не боится вибраций. Независимо от положения корпуса АКБ, электролит постоянно контактирует с пластинами, так как стекловолокно плотно прижимается к их поверхности. Благодаря этому ни мелкие вибрации, ни тряска не провоцируют нарушение контакта этих элементов. По этой причине подобные батареи можно спокойно использовать на автомобилях, которые часто ездят по пересеченной местности.
6. Более устойчивы при повышенных и пониженных температурах окружающей среды. В устройстве AGM-батарей нет свободной воды, которая могла бы замерзнуть (в процессе кристаллизации жидкость расширяется, что часто является причиной разгерметизации корпусов) или испариться в процессе эксплуатации. По этой причине усовершенствованный тип источников питания остается стабильным при морозах в -70 градусов и жаре в +40 по Цельсию. Правда, на морозах разряд происходит так же быстро, как и в случае классических аккумуляторов.
7. Быстрее заряжаются и отдают более высокий ток за короткий промежуток времени. Второй параметр очень важен при холодном запуске ДВС. В процессе работы и зарядки такие устройства не сильно нагреваются. Для иллюстрации: во время зарядки обычной батареи около20 процентов энергии преобразуется в тепло, а в модификациях AGM этот параметр находится в пределах 4%.

Недостатки батарей с технологией AGM

Несмотря на такое количество плюсов, у аккумуляторов типа AGM есть и существенные недостатки, из-за которых устройства еще не получили массовое применение. В этот список входят такие факторы:

1. Хотя некоторые производители и наладили серийное производство подобной продукции, ее стоимость пока в два раза превышает классический аналог. На данный момент технология еще не получила корректных улучшений, которые позволили бы снизить стоимость продукции без ущерба для ее производительности.
2. Наличие дополнительных материалов между пластинами делает конструкцию габаритней, а вместе с тем и тяжелей по сравнению с жидкостными АКБ той же емкости.
3. Чтобы корректно зарядить устройство, требуется специальная зарядка, которая тоже стоит приличных денег.
4. Процесс зарядки нужно контролировать, чтобы не допустить перезаряд или неправильную подачу напряжения. Также устройство сильно боится коротких замыканий.

Как видно, AGM АКБ имеют не так уж и много отрицательных моментов, но это существенные причины, по которым автомобилисты не решаются их использовать в своем транспорте. Хотя в некоторых областях они просто незаменимы. Примером тому служат крупные электрические блоки с индивидуальным бесперебойным источником питания, накопительные станции, работающие от солнечных панелей и т.д.

В завершение обзора предлагаем небольшое видео-сравнение трех модификаций аккумуляторов:

ЗА № 26: EFB, GEL, AGM плюсы и минусы автомобильных аккумуляторов!

Вопросы и ответы:

В чем разница между AGM и обычным аккумулятором? От обычного кислотного аккумулятора AGM еще тяжелее. Он чувствителен к перезаряду, заряжать его нужно особенной зарядкой. AGM-батареи необслуживаемые.

Зачем нужен AGM аккумулятор? Этот источник питания не нуждается в обслуживании, поэтому более удобен в использовании на иномарках. Конструкция корпуса батареи позволяет устанавливать ее вертикально (герметичный корпус).

Что означает надпись AGM на аккумуляторе? Это аббревиатура современной технологии изготовления свинцово-кислотных источников питания (Absorber Glass Mat). Батарея относится к тому же классу, что и гелевый аналог.