AGM baterije » Učinkovite olovne baterije s pametnom AGM tehnologijom
Objavljeno: 8. srpanj 2024 | Trajanje čitanja: 7 minuta
Davno prije procvata elektromobilnosti, svaki je vozač već bio ugradio pokretačku bateriju u svom vozilu. Bila je to baterija s olovnom kiselinom koja je bila učitana iz alternatora tijekom vožnje.
Olovne baterije bile su jeftine i mogle su po potrebi osigurati potrebne struje za elektropokretač. Međutim, činjenica da su u doslovnom smislu riječi bile teške poput olova nije igrala tako veliku ulogu kod akumulatora vozila. U principu, pokretačke baterije imale su razuman omjer cijene i učinkovitosti te su tako je dobro radile da se godinama nije ništa značajno događalo po pitanju daljnjeg razvoja.
Jedini pravi problem na otvorenim baterijama bilo je samo isparavanje vode. Kako se ne bi skratio životni vijek, baterije su se s vremena na vrijeme trebale nadopunjavati s malo destilirane vode. To se promijenilo tek kada su prve baterije s AGM tehnologijom instalirane u novim vozilima.
-
Kako djeluje AGM baterija?
-
Čime se utječe na funkciju olovne baterije?
-
Često postavljana pitanja o AGM baterijama
Kako bi se dobile olovne baterije bez potrebe održavanja i time jednostavne za korištenje, uzeta su dva različita načina. U prvom rješenju se tekuća razrijeđena sumporna kiselina zagustila silicijevim dioksidom i kao gel stavila u bateriju.
Te baterije s olovnim gelom mogle su tada biti hermetički zatvorene te se koristiti neovisno o lužnatosti. Međutim, prilikom punjenja treba paziti da napon punjenja nije previsok i da se baterija ne počne dimiti. Za hitni slučaj postoji sigurnosni ventil za svaku ćeliju, koji pokreće čak i visoki unutarnji tlak.
Drugo rješenje bilo je tehnologija filca, u kojem je razrijeđena sumporna kiselina još uvijek tekuća, ali ju upija posebni filc. Izraz AGM baterija (Absorbent Glass Mat) također je izvedena iz ove tehnike.
Naše preporuke proizvoda za AGM baterije
U principu, baterija s upijajućim filcom od staklemih vlakana je zatvorena baterija s olovnom kiselinom, u kojoj filc između olovnih ploča drži elektrolit, dakle razrijeđenu sumpornu kiselinu, kao spužva.
Načelna struktura olovnih baterija
U spremniku otpornom na kiselinu postoje dvije olovne elektrode koje se ugrađuju unutra kao rešetke (vidi ilustraciju u gornjem dijelu).
Negativna elektroda (1) obložena je poroznim olovom (Pb), koja se također naziva olovnom spužvom. Pozitivna elektroda (2) obložena je poroznim olovnim dioksidom (PbO2). Prevlake se još nazivaju i aktivnom masom jer aktivno sudjeluju u kemijskoj reakciji. Porozna struktura potrebna je za održavanje najveće moguće površine za kemijsku reakciju prilikom punjenja i pražnjenja.
U svrhu veće učinkovitosti u pogledu kapaciteta i struje, elektrode su strukturirane kao međusobno isprepletene skupine. Pozitivne ploče i negativne ploče su električno povezane.
Postoji valoviti PVC separator (3) između ploča svake skupine, koji sprječava izravan kontakt (kratki spoj) između ploča. Uz AGM bateriju, filc od staklenih vlakana preuzima zadatak separatora.
Sumporna kiselina (H2SO4) razrijeđena vodom koristi se kao elektrolit (4), što omogućava razmjenu opterećenja između ploča. Omjer između vode i sumporne kiseline odabran je na takav način kako bi se postigla idealna disocijacija, tj. raspad kemijskih spojeva u molekule, atome ili ione. Time se postiže optimalna vodljivost iona u elektrolitu. Čista sumporna kiselina ili samo voda ne bi uspjela u ovom slučaju.
Ako se spremnik s gore navedenim elektrodama napuni razrijeđenom sumpornom kiselinom (1,28 kg/L), na negativnoj elektrodi baterije nastaje višak elektrona, a na pozitivnoj elektrodi manjak.
Razlika potencijala između obje elektrode je oko 2 V i može varirati između 1,75 i 2,4 V, ovisno o stanju punjenja. Razlog toga to može se vidjeti kada se pobliže pogledaju kemijski procesi prilikom punjenja i pražnjenja. Za bolji pregled predstavili smo samo kompaktnu elektrodu na crtežima u ovom odjeljku.
Budući da baterija sa samo 2 V nazivnog napona nije prikladna za pogon vozila, u bateriji vozila spaja se 6 ćelija u seriju. Tako baterija postiže napon u zatvorenom strujnom krugu od 12 V (6 x 2 V). Za pogon teretnog vozila, dvije 12 V baterije spajaju se u seriju, tako da se vozilo može opskrbiti s 24 V. Na taj se način potrošači električne energije mogu lako opskrbiti čak i pri duljim vremenima rada vozila bez problema s pokretanjem.
Postupak pražnjenja
Prilikom pražnjenja potpuno napunjene olovne baterije, ćelija se prazni preko vanjskog strujnog kruga (vidi lampicu na slici). Protok elektrona (e) preko vanjskog kruga iz negativne elektrode (pol minus baterije) do pozitivne elektrode (pol plus).
Budući da je sumporna kiselina (H2SO4) u disociranom stanju, vodikov sulfat (HSO4-) oksidira na negativnoj elektrodi (Pb) u porozni olovni sulfat (PbSO4) pri čemu vodik (H+) postaje slobodan. Istodobno se na negativnoj elektrodi stvaraju slobodni elektroni (e-) koji teku preko vanjskog kruga do plus pola.
Kemijska jednadžba tada izgleda ovako:
Pb + HSO4- → PbSO4 + H+ + 2e-
Redukcija se događa na pozitivnom polu olovne baterije. Pod apsorpcijom elektrona (e-), olovni dioksid (PbO2) elektrode se reduciraju zajedno s vodikovim sulfatom (HSO4-) i vodikom (H+) u olovni sulfat (PbSO4) i vodu (H2O).
U tom slučaju jednadžba izgleda ovako:
PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e- → PbSO4 + 2H2O
Ako se sagleda ukupnu reakciju, olovo, olovni oksid i sumporna kiselina pretvaraju se u olovni sulfat i vodu.
Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
Kao rezultat, koncentracija kiseline u elektrolitu smanjuje se pri pražnjenju.
Postupak punjenja
Pri stvaranju napona za punjenje, negativnoj elektrodi se dovode elektroni, a na pozitivnoj odvode. Kemijske reakcije koje su se dogodile pri pražnjenju sada se odvijaju natraške.
Postojeći olovni sulfat (PbS04) se pretvara u olovo (Pb) i vodikov sulfat (HSO4-) pod apsorpcijom vodika i elektrona. Kemijska jednadžba sada izgleda ovako:
PbSO4 + H+ + 2e- → Pb + HSO4-
Oksidacija se sada odvija na pozitivnom polu. Uz oslobađanje elektrona, i olovnog sulfata (PbSO4) i vode (H2O) nastaju olovni dioksid (PbO2), vodikov sulfat (HSO4-) i vodik (H+)
U tom je slučaju jednadžba sada obrnuta:
PbSO4 + 2H2O → PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e-
Kao rezultat toga, sadržaj kiseline u elektrolitu povećava se prilikom postupka punjenja, što se može vidjeti i u ukupnoj jednadžbi:
2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + 2H2SO4
To je ujedno i razlog zašto se trenutni status punjenja olovne baterije može provjeriti uz pomoć sifona baterijske kiseline.
Glavna prednost AGM baterija je veliki broj ciklusa punjenja. To znači da baterije nude znatno duži životni vijek od konvencionalnih vlažnih baterija. Pri uporabi vozila, nizak unutarnji otpor omogućuje vrlo visoke struje za pokretanje, koje su također dostupne zimi zahvaljujući velikoj stabilnosti pri hladnoći.
Zbog toga se AGM tehnologija koristi i za vozila s funkcijom start-stop. Uz to, baterije su gotovo bez potrebe održavanja i mogu se, po potrebi, isprazniti na duboku razinu bez oštećenja. Elektrolit ne može procuriti kroz AGM tehnologiju čak i ako je kućište mehanički oštećeno.
Za razliku od uobičajenih olovnih baterija, AGM baterije imaju niži unutarnji otpor zbog konstrukcije. Kao rezultat toga, one mogu davati vrlo visoke struje. Budući da se ne pojavljuju ni sloj kiseline niti gubitak vode, baterije su vrlo izdržljive i imaju značajno veću ciklusnu izdržljivost.
Zbog toga su AGM baterije idealne kao početne baterije za vozila s tehnologijom start-stop ili s obnavljanjem energije kočnice.
Budući da su AGM baterije potpuno zatvorene, mogu se koristiti i u kamperima. AGM baterije se također koriste u alarmnim sustavima, solarnim sustavima, UPS sustavima ili čak u električnim vozilima (viljuškari ili skuteri). Zbog slabog samopražnjenja čak se i duga vremena rada lako podnose.
Rani kvar olovnih baterija može imati različite razloge. Ukratko smo saželi najvažnije razloge:
Gubitak vode
Važan razlog za kratki životni vijek odn. preuranjeni kvar olovno-kiselinskih baterija bio je gubitak vode uslijed isparavanja i time isušenja olovnih ploča. Kod baterija s gelom ili AGM baterija, isparavanje se spriječava ili minimizira zatvorenim kućištem.
Stvaranje kiselinskog sloja
Nastali kiselinski sloj također može postati problem kod olovno-kiselinskih baterija. Tijekom postupka pražnjenja, gustoća kiseline u elektrolitu pada, što znači da je sadržaj kiseline u prostoru s talogom ispod ploča značajno veći nego u gornjem dijelu. S baterijom AGM, filc smanjuje kiselinski sloj.
Sulfacija
Drugi kriterij starenja je sulfacija pri kojoj inače porozni sloj olovnog sulfata preuzima kristalnu strukturu. Kao rezultat toga, više ne sudjeluje u postupku punjenja i pražnjenja. To se može dogoditi zbog već spomenutog kiselinskog sloja ili ako je baterija duže vrijeme u djelomično praznom stanju ili čak u potpuno ispražnjenom stanju.
Erozija
U slučaju erozije, aktivni materijal pada s odvodnika (rešetka). To se postiže mehaničkim opterećenjima pri postupcima punjenja i pražnjenja kroz elektrolizu ili čak visoke struje. Posljedice toga su značajan gubitak kapaciteta, skraćeni životni vijek, veći unutarnji otpor i kratki spojevi unutar ćelija.
Korozija
Korozija između rešetke i aktivne mase na pozitivnoj elektrodi jednako je problematična. Uz kiselinski sloj i visoke temperature, potencijal elektroda i kvaliteta materijala također su odgovorni za koroziju rešetke. Neki od proizvođača miješaju antimon, kalcij ili srebro kako bi poboljšali mehanička i električna svojstva.
Naš praktični savjet: aktivno izbjegavajte sulfaciju
Ako je moguće, olovne baterije uvijek treba držati u potpuno napunjenom stanju. Također i prilikom skladištenja. Kako bi se izbjegla sulfacija, baterije bi se s vremena na vrijeme trebale napuniti odgovarajućim punjačem ako se koriste u samo rijetko korištenim vozilima.
U protivnom, sulfacija može dovesti do kvara baterije. Neke tvrtke stoga nude tzv. obnavljače baterija ili impulsnike kojima se kristalna struktura može izbjeći odn. kojima se postojeće strukture mogu ponovo razbiti.
Zašto AGM baterije uglavnom nisu smještene u odjeljku s motorom?
Budući da AGM baterije ne toleriraju visoke temperature, nisu ugrađene u neposrednoj blizini motora na izgaranje.
Mogu li se AGM baterije puniti bilo kojim konvencionalnim punjačem?
Neregulirani transformatori nisu prikladni. U idealnom slučaju, punjač bi trebao raditi u skladu s IUoU karakteristikama. U početku se radi s kontinuiranom strujom punjenja (I) dok se ne postigne maksimalni napon za punjenje. Napon punjenja tada ostaje kontinuirano na istoj visini, čime struja punjenja s vremenom postaje niža. Nakon prekoračenja minimalne struje punjenja, automatski se prebacuje na punjenje za održavanje napunjenosti.
Koji se radovi održavanja trebaju provoditi na AGM baterijama?
Baterije bez potrebe održavanja trebaju se samo redovito puniti. Ako se to ne dogodi automatski u redovnom radu, punjač treba biti spojen u redovitim intervalima kako bi se izbjeglo preduboko pražnjenje. Treba provesti vizualni pregled spojnih polova i ukloniti bilo kakvu prljavštinu. Daljnji radovi održavanja nisu potrebni.
Što znači kapacitet kod baterije?
Kapacitet baterije ukazuje na to koliko električne energije baterija može dati u određenom vremenskom razdoblju. Kao rezultat, kapacitet baterije naveden je u amper-satima (Ah). Na primjer, baterija s kapacitetom od 18 Ah može dati struju od 1,8 A tijekom 10 sati. Ako su struje veće od 1/10 vrijednosti kapaciteta, kapacitet koji je proizvođač naveo se smanjuje i to je onda stvarni kapacitet.
Što znači baterija dubokog ciklusa?
Baterije s dubokim ciklusom mogu se isprazniti izuzetno duboko bez gubitka učinkovitosti ili oštećenja. Pogotovo kada se vozila sa start-stop sustavom zimi pomiču samo po kratkim udaljenostima, pokretačke baterije s konvencionalnom tehnologijom (olovno-kiselinske baterije) mogu se brzo preduboko isprazniti.