Секрет аккумуляторов Stinger

25 пїЅпїЅпїЅпїЅ 2014
powered by stinger bataries

Рис. 1. Питание от аккумулятора Stinger.

Аккумуляторы Stinger разработаны для того, чтобы ваша автомобильная аудиосистема смогла полностью раскрыть свой потенциал и подарить вам море эмоций от прослушивания музыки. Ведь, как это встречается сплошь и рядом, дорогие аудиосистемы проектируются без должного внимания к системе питания усилителей звука. Это приводит к тому, что вложенные средства не оправдывают себя, так как усилители звука “задушены” нехваткой питания и не могут работать с максимальной эффективностью. Подробнее о том, какие проблемы могут подстерегать в системе питания и для чего нужен второй АКБ можно узнать в статье “Аккумулятор для автозвука”.

Каждый опытный установщик знает, что решение проблем с просадками напряжения в мощных системах начинается с замены штатного аккумулятора или добавления в систему дополнительного аккумулятора.

И можно было бы закончить на этом, если бы не одно но – большинство аккумуляторных батарей, продающихся в магазинах, не годятся для любителей автозвука! Для того, чтобы понять, где “собака зарыта”, рассмотрим какие аккумуляторы бывают и в чем их принципиальные различия.

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Минусы традиционных АКБ с жидким электролитом

Устройство гелевых GEL аккумуляторов

Особенность AGM аккумуляторов Stinger

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Несмотря на то, что обычные аккумуляторы наравне с гелевыми (GEL) и AGM аккумуляторами имеют разную конструкцию, работают они по одному принципу.

Все современные автомобильные аккумуляторы, в том числе и гелевые и AGM, работают по одному принципу - принципу свинцово-кислотного аккумулятора.

С самого момента изобретения свинцово-кислотных аккумуляторов, а это конец XIX века, их принцип действия не изменился – электрический ток возникает вследствие электрохимических реакций свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. В нашем случае электронов, которые сосредоточенны в электролите. Электролит – это серная кислота с дистиллированной водой (сернокислотная среда). В каждом аккумуляторе есть свинцовые пластины, подсоединенные к минусовой клемме (анод), и пластины из диоксида свинца, подсоединенные к плюсовой клемме (катод). Между ними находится электролит. Когда мы включаем электрический потребитель, подключенный к клеммам аккумулятора, начинается электрохимическая реакция, при которой появляется движение электронов по внешнему контору (т.е. по подключенным к клеммам проводам). При этом происходит химическая реакция между электролитом и электродами (катод и анод). Свинец (“плюсовые” пластины) превращается в сульфат свинца (свинцовый купорос), а диоксид свинца (“минусовые” пластины) превращается также в сульфат свинца, но с некоторым выделением воды. В итоге получается, что при разрядке аккумулятора расходуется серная кислота с одновременным образованием воды (и плотность электролита падает), а при зарядке, наоборот, вода «расходуется» на образование серной кислоты (плотность электролита растет).

принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Рис. 2. Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора.

Химическая реакция (слева направо — разряд, справа налево — заряд):

уравнение химической реакции

Рис. 3. Уравнение химической реакции.

При разряде аккумулятора расходуется серная кислота с одновременным образованием воды (и плотность электролита падает), а при заряде, наоборот, вода «расходуется» на образование серной кислоты (плотность электролита растет)

Уравнение, приведенное выше описывает основную реакцию, а она, увы, не протекает на 100%. При обратной реакции, т.е. при заряде, происходят некоторые необратимые процессы, которые снижают срок службы аккумулятора. Следует выделить три основных «побочных эффекта», которые с течением времени выводят батарею из строя:

  • сульфатация пластин - образование крупных кристаллов сульфата свинца. При глубоком разряде или несвоевременном заряде образуются большие и труднорастворимые кристаллы сульфата свинца, которые не возращаются в исходное состояние (свинец на аноде и диоксид свинца на катоде) образуя диэлектрический слой на поверхности пластин. Это снижает кол-во активной массы электродов и закупоривает оставшуюся, что препятствует протеканию электрохимических реакций. Собственно, поэтому глубоко разрядившийся аккумулятор не может зарядиться до прежнего уровня.
  • Коррозия пластин - окисление токоотводов. Токоотводы обычно представляют собой свинцовые решетки, на которые нанесено активное вещество. Решетки служат для удержания активных веществ и подвода к ним электрического тока. С течением времени свинец решеток реагирует с водой, содержащейся в электролите, и окисляется, образуя окись свинца. Коррозия увеличивает внутреннее сопротивление токоотводов и их прочность, что приводит к уменьшению емкости и постепенному разрушению аккумулятора.
  • Выкипание воды - чрезмерное выделение при заряде из воды водорода и кислорода. Активное газовыделение происходит в основном при заряде, а также при разряде или длительном бездействии аккумуляторной батареи. Этот процесс называется электролиз воды, и он должен происходить, ведь вода в последствии восстанавливается из газа. Однако, есть подвох - в состав свинцовых пластин добавляют сурьму и другие примеси для увеличения механической прочности пластин. Сурьма в сплаве положительных пластин способствует более интенсивному выделению кислорода, и, одновременно, электрохимическому переносу и отложению сурьмы на поверхности отрицательного электрода. Присутствие даже небольшого количества сурьмы на поверхности отрицательного электрода приводит к избыточному росту выделения водорода. Это приводит к избыточному испарению воды.

Собственно, все усовершенствования конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов, которые происходят с течением времени, направлены на устранение, прежде всего, данных проблем. Так, во второй половине XX века, сначала в военной промышленности, а потом и в гражданской, стали появляться, так называемые гелевые GEL и чуть позже AGM аккумуляторы. Часто приходится слышать “гелиевый”. Это ошибочное определение, так как ничего общего гелий с данной технологией не имеет. Гелевый, от слова гель, подразумевает, что электролит данного АКБ находится в желеобразном состоянии. Также часто приходиться слышать или видеть, когда аккумуляторы AGM обозначаются “гелевыми”. Это тоже неверно. Далее мы разберемся с их конструктивными особенностями, плюсами и минусами в рамках тематики автозвука.

Минусы традиционных АКБ с жидким электролитом

Рассмотренный ранее принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов не меняется ни в гелевых GEL ни в AGM аккумуляторах. Их различают лишь некоторые конструктивные особенности и усовершенствования. Так, к традиционным свинцово-кислотным АКБ относятся батареи с жидким электролитом, который заполняет все свободное пространство между пластинами и корпусом:

строение аккумулятора с жидким электролитом

Рис. 4. Строение аккумулятора с жидким электролитом.

Рассмотрим минусы и плюсы таким аккумуляторов в рамках тематики автозвука:

Минусы штатных АКБ с жидким электролитом:

  • высокое внутреннее сопротивление увеличивает просадки напряжения на питающих кабелях, что существенно снижает эффективность работы усилителей звука, а также время заряда.
  • глубокие разряды быстро выводят АКБ из строя.
  • жидкое состояние электролита не позволяет использовать батарею в положениях, отличных от вертикального, так как это может привести к вытеканию опасного раствора серной кислоты, а также внутреннему короткому замыканию. Это значительно снижает возможные варианты строения и оформления аудиосистем.
  • испарение водорода исключает возможность установки АКБ в салон автомобиля или в других замкнутых пространствах. В большинстве случаев это делает невозможным размещение источника питания в непосредственной близости к усилителям звука.
  • большое время заряда делает затруднительным полное восстановление емкости при глубоких разрядах, что способствует уменьшению срока службы батареи.
  • высокое содержание сурьмы до 10% (полуметалл добавляется для обеспечения прочности пластин) значительно повышает удельное сопротивление и способствует процессу газообразования.

Плюсы:

  • низкая цена.

В настоящее время, сурьма, как легирующий металл, применяется разве что только в самых дешевых свинцово-кислотных батареях. Обычно используют кальций, который не способствует повышению газообразований и выкипанию воды. Это позволило производителям автомобильных АКБ выпускать герметизированные (не путать с герметичными) батареи, в которых испарения газов значительно снижены. Такие аккумуляторы называются необслуживаемыми, ведь в них не нужно постоянно контролировать уровень воды, т.е. плотность электролита.

Конечно, при внимательной эксплуатации и своевременном заряде штатная батарея с жидким электролитом в паре с конденсатором способна обеспечить необходимым питанием относительно маломощные компоненты. Однако раскрыть весь потенциал систем более высокого уровня будет невозможно без применения более совершенных аккумуляторов, таких как гелевые и AGM батареи.

Устройство гелевых GEL аккумуляторов

Гелевые или GEL аккумуляторы, как это часто бывает, впервые были применены в военной промышленности в семидесятых годах прошлого столетия. От традиционных батарей их отличает состояние электролита. Серно-кислотная среда в гелевых АКБ заполняет все свободное пространство корпуса, но, главное, находится в желеобразном состоянии (гель). Гель имеет в своей массе многочисленные каналы и поры, в которых происходит восстановление воды из молекул водорода и кислорода, высвобождающихся в виде газа при заряде батареи. Данный процесс происходит с эффективностью 99%, поэтому в корпусе GEL аккумуляторов предусмотрен клапан, сбагривающий при определенном давлении избыточное кол-во газа. При правильной эксплуатации гелевой батареи частота и объем таких выбросов ничтожно малы. Поэтому данный вид аккумуляторов не требует обслуживания и может быть установлен в салон автомобиля, причем в любом положении. Благодаря достаточно густому состоянию электролита снижается требования к прочности пластин, поэтому электроды гелевого АКБ состоят из более чистого свинца легированного кальцием и оловом, что снижает внутреннее сопротивление аккумулятора и образование газов.

Плюсы:

  • относительно низкое внутреннее сопротивление
  • самая лучшая устойчивость к глубоким разрядам. Эффект сульфатации пластин сведен к минимуму (от 600 и выше полных циклов разрядов)
  • возможна установка в любом положении
  • отсутствие вредных испарений
  • необслуживаемые

Минусы:

  • требует качественные зарядные устройства, обеспечивающие стабильное напряжение и малые токи зарядки. Перезаряд выводит батарею из строя и совершенно недопустим.
  • не может отдавать большие токи при низких температурах
  • самая высокая цена среди свинцово-кислотных аккумуляторов.

«Гелевые» аккумуляторы у всех на слуху, но на самом деле в автомобильной сфере они практически не применяются. «Гелевыми» АКБ в 99% случаев ошибочно называют AGM батареи.

Гелевые аккумуляторы обычно применяют как источники бесперебойного питания для жилых помещений и офисов, в промышленности и в военной сфере, но не как автомобильные батареи. Так случилось, что «гелевыми» у нас на Руси ошибочно называют аккумуляторы, созданные по технологии AGM. Обычно даже продавцы в магазинах автозапчастей не знают о том, что именно гелевые АКБ практически не встречаются в автомобильной индустрии, и все, что продается с приставкой «гелевый» - это на самом деле AGM аккумуляторы, о которых пойдет речь дальше.

Особенность AGM аккумуляторов Stinger

Секрет аккумуляторов AGM (Absorbent Glass Mat), к которым относятся аккумуляторы для автозвука Stinger - высокотехнологичные стекловолоконные сепараторы, которые выполняют не только функцию диэлектрика, но и служат резервуаром для электролита. Электролит отсутствует в свободном пространстве и удерживается в жидком состоянии в сепараторе благодаря капиллярному эффекту. Благодаря разным размерам пор и каналов в стекловолоконном сепараторе по-мимо электролита присутствует свободное пространство, необходимое для эффективной рекомбинации газов.

Секрет AGM аккумуляторов Stinger - высокотехнологичные стекловолоконные сепараторы, которые удерживают электролит в своих порах, выполняют функцию диэлектрика и позволяют более плотно компоновать свинцовые пластины.

Двойная функция сепаратора позволяет более плотно компоновать свинцовые пластины, что позволяет создавать аккумуляторы с высокой энергоемкостью при допустимых для автолюбителей размерах. К тому же, такое плотное строение снижает требования к прочности электродов. Поэтому в аккумуляторах AGM применяется свинец высокой степени отчистки с минимальным добавлением легирующих компонентов. Для нас, как любителей автозвука, это означает одно – у AGM аккумуляторов самое низкое внутренне сопротивление (от 2 мОм), самое быстрое время заряда и самые большие токи разряда. При этом устойчивость к глубокому разряду почти такая же, как и у гелевых аккумуляторов.

строение AGM аккумуляторов Stinger

Рис. 5. Строение AGM аккумуляторов Stinger.

Плюсы:

  • самое низкое внутреннее сопротивление (от 2мОм! Почти как у конденсатора!) избавит от губительных просадок напряжения. Это самый важный показатель для любителей автозвука
  • самое малое время восстановление заряда (благодаря тому же внутреннему сопротивлению) позволит через два-три часа снова наслаждаться всей мощью аудиосистемы
  • высокая устойчивость к глубоким разрядам. От 400 полных разрядов и выше в зависимости от емкости
  • отсутствие вредных испарений
  • герметизированная конструкция (как и у гелевых с клапаном высокого давления) расширяет границы фантазии в разработке структуры и оформления аудиосистемы в автомобиле, а, главное, позволяет размещать источник питания непосредственно возле усилителей звука, например под сиденьем или в полу
  • необслуживаемые

Минусы:

  • также как и гелевые аккумуляторы AGM батареи требуют к себе особые условия заряда - стабильное напряжении и малые токи заряда
  • цена высокая, но ниже чем у гелевых такой же емкости на 10-15%

Обязательно нужно отметить, что существует масса AGM аккумуляторов, предлагаемых различными производителями и их характеристики значительно разняться. Мало того, во многих автомобилях уже с завода, устанавливается штатный AGM аккумулятор (обычно в автомобилях премиум класса или с системой старт-стоп). И тут важно понимание, что многие производители, конструируя свои батареи, стараются придать им несколько повышенную живучесть по отношению к традиционным батареям, совершенно не думая о потребностях автозвука.

Существует масса AGM аккумуляторов, но только Stinger производит аккумуляторы для автозвука, где требуются сверх устойчивость к глубоким разрядам и крайне низкие показатели внутреннего сопротивления.

Нам, любителям автозвука, нужно выжать максимум из своей аудиосистемы и Stinger accessories знает об этом, поэтому AGM аккумуляторы Stinger остаются единственными батареями, которые сконструированы с учетом всех особенностей области применения – самое минимальное внутреннее сопротивление среди всех батарей, максимальное количество допустимых циклов полных разрядов, широкий выбор емкостей и размеров.

Модельный ряд аккумуляторов Stinger

Рис. 6. Модельный ряд аккумуляторов Stinger.

Вывод

Совершенно очевидно, что обычный свинцово-кислотный аккумулятор с жидким электролитом едва ли подходит в качестве источника питания автомобильной аудиосистемы. Причина тому – высокое внутреннее сопротивление, неспособность “выдержать” более 5 глубоких разряда, возможность только вертикального положения установки и вредные испарения. На данный момент только две технологии отвечают всем необходимым требованиям, учет которых необходим для создания воистину качественных аудиосистем – это GEL и AGM. Обе технологии позволяют устанавливать аккумуляторы в любом положении и в замкнутом пространстве, например, в салоне авто. И GEL и AGM аккумуляторы обладают беспрецедентной устойчивостью к глубоким разрядам. По сути, полная разрядка - это их штатный режим работы. В этом показателе AGM аккумуляторы проигрывают гелевым, однако, для нас, как любителей автозвука, более важен другой параметр – внутреннее сопротивление, в котором AGM батареям Stinger нет равных.

Stinger bataries - non stop power

Комментарии