AGM akkumulátorok » Hatékony ólom-savas akkumulátorok intelligens AGM technológiával
Jóval az elektromobilitás megjelenése előtt minden autóvezetőnek már volt indítóakkumulátora a járművében. Ez egy ólom-savas akkumulátor volt, amit a generátor töltött fel vezetés közben.
Az ólom-savas akkumulátorok olcsók voltak, és szükség esetén biztosíthatták a kellő áramot az elektromos indító számára. Mindazonáltal az autóakkumulátoroknál fontos szerepet játszott az a tény, hogy nehezek voltak, mivel ólomból készültek. Általánosságban elmondható, hogy az indítóakkumulátorok ésszerű ár/teljesítmény aránnyal rendelkeztek, és olyan jól működtek, hogy az évek során nem történt jelentős fejlesztés.
A nyitott akkumulátorok egyetlen igazi problémája a víz elpárolgása volt. Annak érdekében, hogy ne rövidüljön meg az élettartamuk, az akkumulátorokat időről időre fel kellett tölteni egy kis mennyiségű desztillált vízzel. Ez csak akkor változott meg, amikor az első AGM-technológiával ellátott akkumulátor-modelleket beépítették az új járművekbe.
-
Hogyan működik az AGM akkumulátor?
-
Mi befolyásolja negatívan az ólom-savas akkumulátor teljesítményét?
Az ólomakkumulátorok karbantartásmentessé és ezáltal felhasználóbarátabbá tételére két különböző módszert alkalmaztak. Először is, a folyékony, hígított kénsavat szilícium-dioxiddal sűrítették be, és gélként juttatták az akkumulátorba.
Az ólom-gél akkumulátorok ezután hermetikusan lezártak, és bárhol használhatók. A töltéskor azonban vigyázni kell, hogy a töltési feszültség ne legyen túl magas, és az akkumulátor ne kezdjen el gázosodni. Ezért vészhelyzetekre minden egyes cellához rendelkezésre áll egy biztonsági szelep, amely akkor lép működésbe, ha a belső nyomás túl magas.
Egy másik megoldás a nemszövött technológia volt, amelyben a hígított kénsav még folyékony, de egy speciális nemszövött anyag felszívja. Az AGM (Absorbent Glass Mat) akkumulátort erről a technológiáról nevezték el.
Kiemelt termékeink
Az Absorbent Glass Mat akkumulátor lényegében egy zárt ólom-sav akkumulátor, amelyben az ólomlemezek közötti nem szőtt anyag szivacsként tartja vissza az elektrolitot, azaz a hígított kénsavat.
Az ólom-sav akkumulátor szerkezeti elve
A saválló tartály két ólomelektródát tartalmaz, amelyek a belsejében rácsot alkotnak (lásd a felső ábrát).
A negatív elektróda (1) porózus ólommal (Pb), más néven ólomszivaccsal van bevonva. A pozitív elektróda (2) porózus ólom-dioxiddal (PbO2) van bevonva. Ezeket a bevonatokat aktív tömegnek is nevezik, mivel részt vesznek a kémiai reakcióban. A porózus szerkezet lehetővé teszi a kémiai reakció felületének maximalizálását a töltés és a kisütés során.
A kapacitás és a kimenő áram tekintetében nagyobb hatékonyság elérése érdekében az elektródák egymásba illeszkedő blokkokként vannak kialakítva. A pozitív lemezek a negatív lemezekhez hasonlóan elektromosan kapcsolódnak egymáshoz.
A lemezek közötti közvetlen érintkezés (rövidzárlat) megakadályozása érdekében az egyes csoportok egymásba illeszkedő lemezei között egy hullámos PVC elválasztóelem (3) van elhelyezve. Az AGM akkumulátorban a szeparátor funkcióját nem szőtt üveg veszi át.
A vízzel hígított kénsav (H2SO4) szolgál elektrolitként (4), amely lehetővé teszi a lemezek közötti töltéscserét. A víz és a kénsav arányát úgy kell megválasztani, hogy az ideális disszociáció, azaz a vegyületek molekulákra, atomokra vagy ionokra való szétválása megvalósuljon. Így érhető el az elektrolit optimális ionos vezetőképessége. Tiszta kénsav vagy sima víz ebben az esetben nem működne.
Ha a fent említett elektródákat tartalmazó tartályba hígított kénsavat (1,28 kg/l) töltünk, akkor az akkumulátor negatív elektródáján elektronfelesleg, a pozitív elektródán pedig elektronhiány keletkezik.
A két elektróda közötti potenciálkülönbség körülbelül 2 V, és a töltöttségi állapottól függően 1,75-2,4 V között változhat. Ennek okai világossá válnak, ha közelebbről megvizsgáljuk a töltés és kisülés során lejátszódó kémiai folyamatokat. A jobb áttekintés érdekében ebben a szakaszban a rajzokon csak egy rövidre zárt elektródát ábrázoltunk.
Egy csak 2 V feszültségű akkumulátor nem alkalmas járműüzemre, ezért a járműben hat cellát kapcsolunk sorba. Ennek eredményeként az akkumulátor 12 V-os (6 x 2 V) végső feszültséget ér el. Tehergépkocsiban való üzemeltetéshez két 12 V-os akkumulátort kapcsolnak sorba, így a jármű 24 V-os feszültséggel táplálható. Ez azt jelenti, hogy az elektromos fogyasztókat gond nélkül táplálja, még akkor is, ha a jármű hosszabb ideig parkol, utólagos indítási problémák nélkül.
Mentesítési eljárás
Egy teljesen feltöltött ólom-sav akkumulátorcella kisütésekor a külső áramkörön keresztül történik a cella kisütése (lásd az ábrán az izzót). Az elektronok (e-) a külső áramkörön keresztül áramlanak a negatív elektródától (az akkumulátor negatív pólusa) a pozitív elektródához (pozitív pólus).
A kénsav (H2SO4) disszociált állapotban van, és a hidrogén-szulfid (HSO4-) a negatív elektródon (Pb) oxidálódik, porózus ólomszulfátot (PbSO4) képezve, hidrogént (H+) felszabadítva. Ezzel egyidejűleg a negatív elektródon szabad elektronok (e-) keletkeznek, amelyek egy külső áramkörön keresztül a pozitív terminálra áramlanak.
A kémiai egyenlet tehát a következő:
Pb + HSO4- → PbSO4 + H+ + 2e-.
Az ólomakkumulátor pozitív pólusán redukció megy végbe. Az elektródon lévő ólom-dioxid (PbO2) elektronelnyelés (e-) révén a hidrogén-szulfiddal (HSO4-) és hidrogénnel (H+) együtt ólomszulfáttá (PbSO4) és vízzé (H2O) redukálódik.
Ebben az esetben az egyenlet a következő:
PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e- → PbSO4 + 2H2O
A teljes reakciót tekintve az ólom, az ólom-dioxid és a kénsav reakciója ólomszulfátot és vizet eredményez.
Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
Ennek eredményeképpen a kisülés során csökken a sav koncentrációja az elektrolitban.
Töltési folyamat
A töltőfeszültség alkalmazásakor elektronok jutnak a negatív elektródára, és távoznak a pozitív elektródáról. A kisülés során lezajlott kémiai reakciók most fordított sorrendben játszódnak le.
A jelen lévő ólomszulfát (PbS04) hidrogén és elektronok elnyelésével ólommá (Pb) és hidrogén-szulfiddá (HSO4-) redukálódik. A kémiai egyenlet a következő:
PbSO4 + H+ + 2e- → Pb + HSO4-.
Az oxidáció most a pozitív póluson megy végbe. Az elektronok felszabadulásával az ólomszulfátból (PbSO4) és a vízből (H2O) ismét ólom-dioxid (PbO2), hidrogén-szulfid (HSO4-) és hidrogén (H+) lesz.
Ebben az esetben az egyenlet most megfordul:
PbSO4 + 2H2O → PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e-.
Ennek következtében az elektrolit savtartalma a töltési folyamat során növekszik, ami az általános egyenletből is kitűnik:
2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + 2H2SO4
Emiatt a nyitott ólom-sav akkumulátoroknál az akkumulátor aktuális töltöttségi állapotát egy akkumulátorsav-tesztelővel lehet ellenőrizni.
Az AGM akkumulátorok fő előnye a nagyszámú töltési ciklus. Ez azt jelenti, hogy lényegesen hosszabb élettartamot kínálnak, mint a hagyományos nedves akkumulátorok. Járművekben való alkalmazás esetén az alacsony belső ellenállás lehetővé teszi nagyon magas indítási áramok elérését, amelyek az alacsony hőmérsékleten való nagyfokú stabilitásuknak köszönhetően télen is rendelkezésre állnak.
Ezért alkalmazzák az AGM technológiát a Start-Stop járműveknél is. Ezen túlmenően ezek az akkumulátorok gyakorlatilag karbantartásmentesek, és szükség esetén nagyon mélyen lemeríthetők anélkül, hogy károsodás veszélye állna fenn. Az Glass Mat technológiának köszönhetően az elektrolit nem szivárog, még akkor sem, ha a ház mechanikusan megsérül.
A hagyományos ólom-sav akkumulátorokkal ellentétben az AGM akkumulátorok kialakítása alacsonyabb belső ellenállást biztosít. Ez lehetővé teszi, hogy nagyon nagy áramerősséget adjanak le. Nincs savleválás vagy vízveszteség, így nagyon tartósak és sokkal nagyobb ciklusstabilitással rendelkeznek.
Az AGM akkumulátorok ezért ideálisak start-stop technológiával vagy fékenergia-visszanyeréssel rendelkező járművek indítóakkumulátoraként.
Az AGM akkumulátorok teljesen zártak, így lakóautókban is használhatók. Mindemellett riasztórendszerekben, napelemes rendszerekben, UPS-rendszerekben és még elektromos járművekben (targoncákban vagy robogókban) is használják őket. Alacsony önkisülésüknek köszönhetően könnyedén kibírják a hosszabb inaktív időszakokat is.
Az ólom-savas akkumulátorok idő előtti meghibásodása többféle okból következhet be. Ezek közül röviden összefoglaltuk a legfontosabbakat:
Vízveszteség
Az ólom-savas akkumulátorok rövid élettartamának vagy idő előtti meghibásodásának egyik fő oka a párolgás következtében fellépő vízveszteség és ezáltal az ólomlemezek kiszáradása volt. A zselés vagy AGM akkumulátorokban a párolgást a zárt ház megakadályozza vagy minimalizálja.
Elektrolit rétegződés
A savas rétegződés azonban az ólom-savas akkumulátorok esetében is problémát jelenthet. A kisütési folyamat során az elektrolitban csökken a savsűrűség, ami azt jelenti, hogy a lemezek alatti iszaptérben sokkal nagyobb a savtartalom, mint a felső területen. Az AGM akkumulátorban a nem szőtt anyag csökkenti a savas rétegződést.
Szulfidálás
Az öregedés másik kritériuma a szulfátosodás, amelynek során a porózus ólomszulfátréteg kristályos szerkezetet vesz fel. Ennek következtében megszűnik aktívan részt venni a töltési és kisütési folyamatban. Ezt okozhatja a fent említett savas rétegződés, vagy ha az akkumulátort hosszú időn keresztül részlegesen vagy akár teljesen kisütötték.
Erózió
Az erózió hatására az aktív anyag leesik az ütközőről (háló). Ez a töltési és kisütési folyamatok során fellépő mechanikai igénybevétel, gázképződés vagy nagy áramerősség következtében következik be. Ennek következménye jelentős kapacitásveszteség, rövidebb élettartam, nagyobb belső ellenállás és rövidzárlatok a cellákban.
Korrózió
Ugyanilyen problémás a háló és a pozitív elektródán lévő aktív anyag közötti korrózió. Az elektrolit rétegződés és a magas hőmérséklet mellett az elektródpotenciál és az anyagminőség is felelős a rácskorrózióért. A mechanikai és elektromos tulajdonságok javítása érdekében a gyártók részben antimont, kalciumot vagy ezüstöt adnak hozzá.
Gyakorlati tippünk: aktívan akadályozza meg a szulfátosodást
Az ólomakkumulátorokat lehetőség szerint mindig teljesen feltöltött állapotban kell tartani. Még a tárolás során is. A szulfátosodás elkerülése érdekében időnként megfelelő töltővel fel kell tölteni őket, ha a járművet csak alkalmanként használják.
Ellenkező esetben a szulfátosodás az akkumulátor meghibásodásához vezethet. Ezért egyes cégek úgynevezett frissítőket vagy pulzátorokat kínálnak a kristályosodó szerkezetek elkerülésére vagy a meglévő szerkezetek újbóli lebontására.
Miért nem szokták az AGM akkumulátorokat a motortérbe szerelni?
Az AGM akkumulátorok nem tűrik a magas hőmérsékletet, ezért nem szerelik be őket belsőégésű motor közvetlen közelébe.
Az AGM akkumulátorok bármely hagyományos töltővel tölthetők?
A szabályozatlan transzformátoros töltők nem alkalmasak. Ideális esetben a töltőnek az IUoU görbe szerint kell működnie. Ez azt jelenti, hogy kezdetben folyamatos töltőáramot (I) alkalmaznak a maximális töltőfeszültség eléréséig. Ezután a töltőfeszültség azonos szinten marad, és a töltőáram idővel csökken. Amikor az áram a minimális töltőáram alá csökken, a rendszer automatikusan tartási töltésre kapcsol.
Milyen karbantartást igényel az AGM akkumulátor?
A karbantartásmentes akkumulátorok csak rendszeres töltést igényelnek. Ha ez nem történik meg automatikusan a normál működés során, akkor a töltőt rendszeresen be kell kapcsolni a túlterhelés megelőzése érdekében. A csatlakozókapcsokat szemrevételezéssel ellenőrizni kell, és az esetleges szennyeződéseket el kell távolítani. További karbantartás nem szükséges.
Mit jelent az akkumulátor kapacitása?
Az akkumulátor kapacitása azt jelzi, hogy mennyi áramot képes leadni egy bizonyos idő alatt. Ezért az akkumulátor kapacitását amperórában (Ah) adják meg. Például egy 18 Ah kapacitású akkumulátor 10 órán keresztül 1,8 A áramot képes szolgáltatni. Ha az áram nagyobb, mint a kapacitásérték 1/10-e, akkor az akkumulátor gyártó által megadott, ténylegesen felhasználható kapacitása csökken.
Mit jelent az akkumulátor kapacitása?
A mélyciklusú akkumulátorok nagyon mélyen lemeríthetők teljesítményveszteség vagy károsodás nélkül. A hagyományos technológiájú indítóakkumulátorok (ólom-sav akkumulátorok) gyorsan túl mélyen lemerülhetnek, különösen akkor, ha a Start-Stop járműveket télen csak rövid utakra használják.