Какой уровень электролита в аккумуляторе agm

Электролит в гелевых и AGM аккумуляторах

Основные понятия об электролите в AGM и GEL аккумуляторных батареях. В чем разница, способы фиксации.

Основные понятия

Электролит, применяемый в свинцово кислотных аккумуляторах, представляет собой водный раствор серной кислоты H2SO4. В противоположность другим электрохимическим системам электролит свинцово-кислотных аккумуляторов участвует в токообразующей реакции и меняет свою плотность–уменьшает при разряде за счет образования воды. Это означает, что плотность электролита разряженной свинцово-кислотной батареи будет значительно ниже, чем тот же показатель в заряженном состоянии.

Данный факт определяет основные отличия батарей свинцово-кислотной группы от других электрохимических систем, в частности, характер их поведения при отрицательных температурах, особенно при температурах ниже –5°С. Дело в том, что температура замерзания электролита при его разбавлении повышается, электролит при замерзании расширяется, и, следовательно, на морозе существует риск разрыва корпуса разряженного аккумулятора и/или разрушения активных масс.

В вентилируемых свинцово-кислотных аккумуляторах электролит пребывает в жидкой фазе. В батареях VRLA электролит находится в связанном состоянии: либо загущен до консистенции геля в гелевых аккумуляторах либо впитан в стекловолокнистый сепаратор в AGM-батареях.

Свободный (жидкий) электролит

Жидкий электролит также называется свободным электролитом и применяется в вентилируемых батареях. Массовая доля серной кислоты, в зависимости от требующейся плотности раствора, может составлять от 30 до 40 процентов.

Электролит в связанном состоянии

Фиксация электролита в гелевых аккумуляторах

Сначала разбавленная серная кислота смешивается с порошком аморфной двуокиси кремния SiO2. При интенсивном перемешивании твердая двуокись кремния и жидкий раствор серной кислоты образуют вязкое вещество. При помощи специального оборудования данной смесью заполняются аккумуляторные элементы. После нескольких часов покоя электролит приобретает еще большую вязкость и превращается в субстанцию молочного цвета – в Гель.

Такое поведение носит название тиксотропного эффекта и означает фиксацию электролита в тиксотропном геле. Водородные связи и силы Ван Дер Ваальса удерживают электролит в устойчивой трехмерной структуре.

Гель заполняет весь доступный объем аккумуляторного элемента или блока, за исключением его верхней части непосредственно под крышкой.

В геле всегда существуют микротрещины, по которым осуществляется перемещение газообразного кислорода между положительной и отрицательной пластинами. Таким

образом, обеспечиваются условия рекомбинации воды внутри аккумуляторного элемента.

Фиксация электролита в AGM батареях

Аббревиатура AGM образуется по первым буквам слов Absorbent Glass Mat

(абсорбирующий стеклянный мат/матрица). Сепаратор в AGM-технологии выполняет две функции–служит резервуаром электролита и электрически разделяет пластины разных знаков. Стекловолоконный сепаратор является относительно крупнопористым в отличие от микропористого сепаратора гель-батарей.

Весь находящийся в аккумуляторе электролит впитан в сепаратор и отсутствует в свободном пространстве внутри корпуса.

Выделяющийся в процессе заряда кислород перемещается от положительного электрода к отрицательному через свободные поры, образованные стекловолокном, таким образом,

Обеспечиваются условия для реализации процесса внутренней рекомбинации газа. Высокая пористость стекловолокна обеспечивает высокую впитываемость жидкости — до 95-97% объема сепаратора.

Правила заряда АКБ с технологией AGM

Еще относительно недавно автомобили (как высокотехнологические изделия) продавали инженеры. Но все меняется: растет конкуренция, рынок и покупателя нужно постоянно завоевывать. Поэтому в наше время, за дело плотно взялись уже маркетологи. Не обошли они своим вниманием и аккумуляторы.
AGM аккумуляторы: что мы покупаем на самом деле
Покупатели современного авто премиум класса станут обладателями «суперсовременного», очень дорогого AGM аккумулятора с дополнительным BEM-кодом на наклейке, без которого машина не поедет 🙂 — об этом маркетинговом ходе читайте в отдельной статье. Маркетологи даже подобрали AGM батареям новое название: «start-stop» или «start-stop-plus», намекая что только эта батарея подойдет для современного авто с системой старт-стоп.
На заметку: несколькими годами ранее, маркетологи придумали новый вид аккумуляторов — «необслуживаемые». Хотя это были самые обычные свинцово-кислотные батареи, у которых пластины легированы кальцием. В действительности все необслуживаемые аккумуляторные батареи со временем нужно обслуживать. Летняя жара, длительные поездки приводят к выкипанию воды и уменьшению уровня электролита.
Отличие AGM аккумулятора от его собратьев — это размещенные между пластинами стекловолоконные маты-промокашки, в которые впитан обычный жидкий электролит. Неоспоримый плюс такой конструкции — более высокая устойчивость к вибрациям и удержание намазки на пластинах от осыпания. Во всем остальном АГМ батареи ничем не отличаются от обычных. Не по сроку службы, не по характеристикам, не по составу электролита и пластин. И для законов химии и физики, AGM аккумуляторы — обычные свинцово-кислотные аккумуляторы
AGM батареи: тот момент, когда идея «прикурить» аккумулятор может стоить очень дорого
Важно: Если ваша машина самостоятельно не завелась, а у вас стоит AGM батарея — не стоит прикуривать от автомобиля-донора и отправляться в поездку. Это может закончится очень печально. Ваш аккумулятор разряжен, а возможно даже не исправен, например по причине короткого замыкания. А значит серная кислота «ушла» из электролита впитанного в стекломаты и в них по сути осталась одна вода.
Сопротивление разряженного AGM аккумулятора внутри матов различается (помним о слабой перемешиваемости) поэтому ток заряда в автомобиле, даже который контролируется современной системой BMS, станет для некоторых участков слишком высоким — и в батареи появятся первые «очаги» нагрева. А в скором времени вода в этих участках начнет выкипать, «излишний» ток не участвующий в процессе заряда, запустит процесс электролиза, разлагающий воду на составные части: водород + кислород, которую химики называют «гремучая смесь». Кроме того кислород начнет окислять отрицательные пластины с нагревом.
Если процесс заряда вовремя не остановить, корпус аккумуляторов станет от нагрева размягчаться и разбухать. АКБ будет выделять пары закипевшего электролита через газовые клапаны. Если процесс терморазгона вовремя не обнаружить, батарея может разрушиться сама, повредить автомобиль и привести к пожару.
После такого события «вареный» аккумулятор долго остывает — процесс окисления отрицательных пластин продолжится и после отключения. Можно конечно, в дальнейшем попытаться восстановить такую батарею, но результат вас не обрадует. Батарею после таких повреждений приходится менять.
AGM аккумулятор: как правильно зарядить и на что обратить внимание
В своем стремлении отвоевать покупателя, маркетологи умолчали о серьезнейшим опасном недостатке AGM аккумуляторов — склонности к попаданию в режим терморазгона!
«Тепловой разгон аккумулятора — явление, возникающее при зарядке аккумулятора. Заключается в том, что увеличение температуры электролита приводит к росту зарядного тока, который может возрасти до значения, приближающегося к значению тока короткого замыкания.»
AGM стекломаты держат электролит в «связанном» состоянии, не допуская его свободного перемешивания. Тепловой разгон может произойти при сочетании факторов присущих AGM аккумуляторам: недостатке электролита в элементах батареи (его меньше чем в обычном наливном) и его слабой диффузии (перемешиваемости). Из учебника химии узнаем, что кислород, выделяемый в процессе электролиза окисляет отрицательные электроды аккумулятора. Такая реакция окисления протекает с выделением большого количества тепла и происходит разогрев электролита. Нагретый электролит имеет меньшее сопротивление. Соответственно АКБ станет принимать больший ток заряда, приводящий в свою очередь к увеличению количества выделяемого кислорода (и водорода). Таким образом возникает самоускоряющийся процесс нагревания — «терморазгон».
Заряжать разряженную AGM батарею нужно только в стационарных условиях, зарядным устройством. Перед началом заряда необходимо выкрутить пробки и убедится, что стекломаты не высохшие. Если выяснится, что они сухие, то необходимо добавить в них дистилированную воду. Сухой стекломат при зарядке будет нагреваться.
Кроме обычных методов контроля заряда:
— не превышать напряжение при зарядке 14,4 Вольта,
— не превышать токи заряда выше 1/10 номинальной емкости аккумулятора,
следует контролировать температуру аккумулятора!
При малейших признаках нагрева корпуса — зарядку прекращать, давая возможность произойти медленнейшему процессу диффузии — позволить перемешаться «заряженному-незаряженному» электролиту с различным сопротивлением току в стекломатах. Заряд сильно разряженного AGM аккумулятора может занять несколько дней, прежде чем батарея начнет принимать положенные ей токи заряда без нагрева и срыва в терморазгон.
Один из признаков начала терморазгона — уменьшения напряжения заряда и одновременное увеличение тока заряда!
Внимание: Нагрев одной из банок AGM аккумулятора при зарядке может означать серьезную неисправность.
Если в процессе первой зарядки обнаружилось, что какая-то из банок после доливки воды в сухой мат греется заметно сильнее других, причем напряжение аккумулятора при зарядке резко повышается, а при прекращении заряда быстро падает — то это значит что аккумулятор надо сдать в утиль 🙁 Пластины в банке рассыпались.
К сожалению современные AGM аккумуляторы в отличии от обычных наливных, чаще склонны к катастрофическим отказам, в частности, к возгоранию и взрывам! Не рекомендуется применение AGM батарей в автомобиле в мотрном отсеке. Температура там доходит летом до 100 С!
И все таки AGM батареи лучше большинства своих собратьев с жидким электролитом. Все дело в том, что производители в AGM версиях изготавливают свои топовые АКБ, у которых и без применения стекломатов превосходные характеристики. Например, VARTA свои топовые тяжелые, служащие по 10 лет батареи, выпускает сегодня только как AGM. Varta с жидким электролитом весит гораздо меньше AGM Varta того же размера. Производители делают все, чтобы AGM аккумуляторы превосходили свои «наливные» аналоги.
Покупка AGM аккумулятора правильный выбор (хотя и недешевый). Всегда помните основные правила эксплуатации:
-не перегревать AGM аккумулятор: не устанавливайте АКБ в моторном отсеке;
— не допускайте разрядов ниже 12 Вольт;
— заряжая, сильно разряженную AGM батарею, контролируйте ее температуру, не допуская терморазгона.

Сколько лить воды в VRLA (AGM) аккумулятор?

Прежде всего пишу для себя и для тех, кто может хоть чем то поправит в комментариях.
Итак поехали. В быту периодически появляются аккумуляторы от ИБП в различном состоянии. Некоторым аккумуляторам хочется продлить жизнь путем доливки дистиллированной воды. Понятное дело, если аккумулятор труп, то ему уже ничего не поможет, но если он еще жив, то вполне. Например была нужда в детский самокат поставить 2 аккумулятора 12 вольтовых 5 амперных CP1250. На работе нашел 10 аккумуляторов из ИБП данного формфактора, все они после заряда и разряда Imax-ом B6 mini показали по 2,3 ампера на разряд до 10,5 вольт. Больше половины емкости потеряно. Было решено добавить во все эти аккумуляторы по 2 мл дистиллированной воды в каждую банку, аккуратно поливая примерно поровну каждый мат. Итого после пары раз разряда-заряда аккумуляторы стали выдавать по 4,2-4,6 ампера на тот же разряд. Самокат благополучно откатал лето.
Возник вопрос, а сколько нужно добавлять воды в тот или иной аккумулятор? Быть может 2 мл в каждую банку это очень мало? Достоверно никто не скажет, нужно мерить плотность электролита, но это нужен рефрактометр, нужно дырявить корпус АКБ и т.д. и т.п.
Я для себя решил понять, а сколько вообще примерно заливают электролита в тот или иной аккумулятор и решил сопоставить ПРИМЕРНО объем заливаемого электролита в новый аккумулятор. Помогли мне в этом видеоролики в которых вводили в эксплуатацию мото аккумуляторы, в которых известна марка и размеры аккумулятора и известно сколько электролита в него заливается с завода.
Итак поехали. Посчитаем ГРУБО ГРУБО некий коэффициент, через который можно ОЧЕНЬ приблизительно понять, а сколько же воды в том или ином аккумуляторе было изначально.

Читать:

Что делать если не вставляется

Аккумулятор YT12B-BS с размерами 150х70х131 в него идет с завода емкость разделенная на 6 отсеков с общим объемом готового электролита в 0,52 литра.
Считаем объем всего аккумулятора в литрах перемножая его размеры. Объем получился 150х70х131=1,375 литра. Считаем соотношение объема электролита к объему аккумулятора. 1,375/0,52=2,64

Аккумулятор GTX20L-BS с размерами 176х88х156 в него идет с завода емкость с общим объемом 0,85 литра электролита.
Соотношение в этом аккумуляторе: 176х88х156=2,416 литра
2,416/0,85=2,84

Это соотношение получилось на достаточно больших по размеру аккумуляторов, для маленького нашлось видео, где соотношение другое.

Аккумулятор DTX5L-BS с размерами 114х71х106 с объемом электролита 0,264 литра. Считаем: 114х71х106=0,858 литра объем корпуса.
0,858/0,264=3,25.

По этим примерам примерно понятно некое соотношение объема электролита к объему корпуса. Далее можно примерно высчитать объем электролита в том или ином аккумуляторе.

Для моего CP1250 с размерами 90x70x101 получим:
Объем аккумулятора 90x70x101=0,636 литра. Подставляем любой понравившийся коэффициент, я подставлю тот, который получился у маленького по размерам аккумулятора, а именно 3,25 и получим ПРИМЕРНЫЙ объем электролита 0,636/3,25=0,195 литра электролита.
Ну для примера давайте подставим и другой коэффициент 2,84
0,636/2,84=0,224 литра электролита.

Далее вспоминаем, что из аккумуляторов испаряется только вода подсчитаем, сколько воды было в этом объеме.
Плотность заливаемого электролита в сухие АКБ равна 1,3-1,33, значит в литре такого электролита содержится 0,75-0,8 литра воды, и 0,25-0,2% кислоты

Считаем далее. В моем АКБ CP1250 воды было с завода:
1 вариант с коэффициентом 3,25
0,195-0,25% кислоты=0,146 литра воды. В каждой банке по 24,3 мл воды.
2 вариант с коэффициентом 2,84
0,224-25% кислоты=0,168 литра воды. В каждой баке по 28 мл воды.

Повторюсь, не претендую на истину в последней инстанции, все сугубо примерно! Исходя из этих подсчетов каждый может сделать свои выводы по тому, сколько добавить воды в тот или иной АКБ в зависимости от его состояния. Опять же есть таблица, в которой указано, какая плотность в банках в зависимости от напряжения на клеммах и емкости батареи. Можно еще и по ном посчитать и понять, сколько воды испарилось.
Прихожу к выводу, что по 2 мл воды было мало, можно больше и погонять на разряд-заряд, понять лучше стало или хуже.

Восстановление 4-летнего автомобильного AGM аккумулятора

В декабре 2019 в лабораторию прибыл аккумулятор Volvo AGM V022A 70А*ч, производство 40-я неделя 2015 года, т.е. 4 года назад. Автомобиль долгое время простаивал, АКБ соответственно разрядилась, после чего был произведён обычный подзаряд, затем автомобилем пользовались.

Для отворачивания пробок можно использовать круглогубцы с изогнутой рабочей частью. Инструмент оставляет на пробке следы, но это неизбежно. Изготовитель, (скорее всего, это Варта или Бош), специально сделал труднооткрываемые пробки, чтобы AGM не путали с обычными наливными АКБ, и чтобы при обращениях по гарантии было видно, не открывались ли пробки.

Стекломаты выглядят суховатыми.

У новой Топлы они выглядят так. (видео с эндоскопа).

Пока делать что-либо с АКБ рано: её температура 10.5 градусов Цельсия. В помещении 21 градус. Подзаряд можно произвести и при такой температуре, но для восстановления нужна температура выше +15 градусов. Ждём, пока аккумулятор прогреется.

АКБ отогрелась, снимем показания тестера.

Прибор Konnwei KW600 считает АКБ неисправной и подлежащей замене.

Под нагрузочной вилкой 200 А напряжение на клеммах проседает до 10.45 В.

Доливаем дистиллированную воду (не водопроводную, дождевую или питьевую, не электролит). В каждую банку этой 70 А*ч АКБ ушло 55-60 миллилитров. Доливать следует до обильного влажного блеска стекломатов, или до зеркала по уровню матов. На фото в углублении виден блеск поверхности жидкости. Ставим пробки на место и начинаем заряд. Можно закрутить пробки не полностью, так как в процессе восстановления может потребоваться ещё добавить дистиллированной воды.

Некоторые AGM и GEL АКБ комплектуются ёмкостями не дистиллированной воды, а со слабым раствором электролита. Это делается потому, что производитель не предусматривает, что с батареей будут производиться сложные десульфатирующие мероприятия.

Если в процессе эксплуатации, когда характеристики АКБ ухудшились, просто долить слабый раствор электролита, будет скомпенсирована потеря воды и кислоты, химически связанной в сульфатах. Часть активных масс останется сульфатированной, а количество и концентрация электролита, соответственно и эксплуатационные напряжения, придут в норму, и АКБ сможет продолжить работу без тревожных сигналов со стороны автоматики контроллеров. После долива и небольшого времени на пропитку стекломатов, АКБ можно сразу вернуть на место работы.

Так можно продлить срок службы дорогой аккумуляторной батареи, и очень хорошо, что производители это предусматривают. Но ещё лучше произвести полный выравнивающий, восстановительный, десульфатирующий стационарный заряд. Так мы восстановим характеристики АКБ, (ёмкость, токоотдачу), в большей мере, и на большее время продлим её жизнь.

Сульфатация не только исключает активные массы и кислоту из полезной обратимой токообразующей реакции Гладстона-Трайба, но и ведёт к разбуханию активных масс, могущему приводить к разрыву сепараторов и коротким замыканиям. Потому правильный подход к эксплуатации свинцовых аккумуляторов — именно десульфатировать, с доливом только дистиллированной воды. Электролит следует доливать в крайних случаях, если присутствует элемент срочности и невозможно произвести десульфатирующие мероприятия.

Заряжать будем программируемым ЗУ Кулон-912. Подробная методика описана в предыдущей статье. Настройки основного заряда следующие: максимальное напряжение 14.7 В, начало снижения тока при 14.6 В. Ток установим очень низкий, 1% паспортной ёмкости. Для 70 А*ч это 700 мА. Это делается потому, что изношенным АКБ свойственен разбаланс. Малый ток позволяет его устранить, и зарядить активные массы наиболее полно.

Ток окончания заряда 50 мА, максимальное время 48 часов, (установить большее время основного заряда ЗУ не позволяет). Включаем заряд, ждём самого минимального тока, который будет достигнут, и выдержим его ещё 12 часов.

С момента начала заряда прошло почти 28 часов. Напряжение до сих пор не достигло максимума, ток не снижается.

▍ Основной заряд подходит к завершению по времени. Ток 0.34 А. Отдано 29.23 А*ч.

Запустим основной заряд снова с такими же настройками, только на этот раз установим ток 0.35 — 0.4 А.

Прошло почти 20 часов заряда, отдано почти 6 А*ч. Ток 230 мА.

▍ Прошло ещё 3 часа. Дальнейшего снижения тока пока не видно. Будем мониторить ещё 4 часа.

Выдержали ещё 4 часа. Падение тока не происходит. Желательно снижение тока до 0.1% ёмкости, для 70 А*ч это 70 мА.

Отключаем заряд, сделаем часовую паузу и посмотрим на показания тестера.

Прекрасные показатели, но их можно ещё улучшить. Приступим к дозаряду с повышенным напряжением в два этапа.

Заряжать будем током 1% номинальной ёмкости без ограничения напряжения, для чего установим максимально возможное напряжение Кулона-912 — 16.5 вольт, и ток 700 мА. Ток окончания заряда устанавливаем минимально возможный, время 48 часов.

Прошло 45 минут, напряжение дошло до 16.3 В.

▍ Прошёл ещё час, напряжение не меняется, даже чуть снизилось до 16.29 В. С этого момента начнём отсчёт двух часов.

Прошло ещё два часа, напряжение слегка колеблется в тех же пределах.

Отключаем заряд, утром проверим аккумулятор тестером.

После выравнивающего дозаряда с повышенным напряжением характеристики батареи ещё улучшились.

Теперь после часа заряда при напряжении 14.66 В ток 190 — 210 мА.

Стекломаты не потеряли влажного блеска, даже наоборот, выглядят очень мокрыми. При десульфатации из активных масс выделилась серная кислота.

Сделаем контрольный разряд до 11.8 В током 3 А.

Аккуулятор отдал 43.58 А*ч. Это отличный результат. После разряда стекломаты не блестят. Вся вода впиталась.

Ставим на основной заряд с теми же параметрами, что и в первый раз.

▍ Спустя двое суток заряда током 0.7 А напряжение на клеммах 13.13 В. Ещё за несколько часов напряжение дошло до 14.6.

Прошло трое суток заряда, устанавливаем ток 0.4 А.

Спустя два часа, ток колеблется от 0.15 до 0.2 А.

Подходит к концу этап основного заряда. Влажный блеск стекломатов, пропавший после разряда до 11.8 В, вернулся.

Если бы после заряда наблюдалась сухость матов, потребовалось бы добавить дистиллированной воды в банки.

Плотность электролита по показаниям рефрактометра 1.28.

Прошло ещё чуть более двух часов, показания тока немного снизились. Мониторим дальше.

▍ Спустя ещё чуть более 4 часов, показания напряжения и тока остаются неизменными. Подождём ещё 4 часа, и выключаем заряд.

Время истекло, ток не меняется в течение 8 часов. Отключаем заряд.

И сразу переходим к дозаряду тем же током, но без ограничения напряжения. Выдержим максимальное напряжение 2-3 часа, либо если будет достигнут предел Кулона-912, — 16.5 вольт, — дождёмся, когда ток перестанет снижаться в течение 2-3 часов.