Гелевый аккумулятор: что это такое, как устроен и где применяется

Гелевый аккумулятор — один из самых надёжных вариантов для систем резервного питания, где батарея годами стоит в режиме подзаряда и должна гарантированно отдать энергию при отключении сети. Такие АКБ устанавливают в ИБП, на объектах связи, подстанциях, в нефтегазовой отрасли и на транспорте. Разберём, что такое гелевый аккумулятор, как он работает, чем отличается от AGM и на что обратить внимание при выборе.

Что такое гелевый аккумулятор

Гелевый аккумулятор (GEL, гелевая АКБ) — это герметизированный свинцово-кислотный аккумулятор, в котором электролит находится не в жидком виде, а в загущённом, гелеобразном состоянии. Серную кислоту смешивают с диоксидом кремния (силикагелем), и после заливки в корпус смесь превращается в плотный гель, заполняющий пространство между пластинами.

Gel аккумулятор относится к классу VRLA (Valve Regulated Lead Acid) — свинцово-кислотных батарей с регулирующим клапаном. Корпус закрыт, доливать воду и контролировать плотность электролита не нужно, поэтому такие АКБ называют необслуживаемыми.

Как устроен и работает гелевый аккумулятор

По принципу работы гелевая батарея не отличается от обычной свинцово-кислотной: при разряде на пластинах образуется сульфат свинца, при заряде он превращается обратно в свинец и диоксид свинца. Разница — в конструкции и в том, что происходит с газами.

Основные элементы гелевого аккумулятора:

• Положительные и отрицательные пластины из свинцового сплава — намазные (пастированные) или панцирные (трубчатые).
• Гелевый электролит — серная кислота, загущённая диоксидом кремния. Он не растекается и не расслаивается по плотности.
• Сепараторы между пластинами, исключающие короткое замыкание.
• Герметичный корпус из ударопрочного пластика (обычно ABS).
• Предохранительный клапан, который сбрасывает избыточное давление газа при аварийном перезаряде.

Внутри застывшего геля при первых циклах образуются микропоры. Кислород, выделяющийся на положительной пластине в конце заряда, по этим порам проходит к отрицательной пластине и снова соединяется в воду. Этот процесс называется внутренней рекомбинацией газов: вода почти не теряется, а батарея остаётся герметичной на весь срок службы.

Намазные и панцирные пластины

Гелевые аккумуляторы выпускаются с двумя типами положительных электродов. Намазные пластины — решётка, заполненная активной массой. Такие АКБ компактнее и дешевле, их выпускают в моноблоках 12 В и в элементах 2 В. Пример — российские аккумуляторы СГГН.

Панцирные (трубчатые) пластины — активная масса находится в пористых трубках вокруг свинцовых стержней и не осыпается при длительной работе. Батареи с такими пластинами служат дольше и лучше переносят циклы, поэтому их применяют на ответственных стационарных объектах. Пример — гелевые аккумуляторы СГГП с панцирными положительными электродами.

Преимущества гелевых аккумуляторов

• Долгий срок службы в буферном режиме. Для промышленных гелевых АКБ он составляет 12 лет и более, для батарей с панцирными пластинами — до 20 лет.
• Устойчивость к глубоким разрядам. Гелевый электролит лучше защищает пластины от разрушения, поэтому АКБ быстрее восстанавливается после глубокого разряда, чем AGM.
• Ресурс в циклическом режиме. Гелевые батареи выдерживают больше циклов заряд-разряд, чем AGM той же ёмкости, — это важно для систем с частыми отключениями сети и автономных энергосистем.
• Нет расслоения электролита. В жидкостных батареях кислота со временем оседает вниз, в геле этого не происходит, поэтому высокие элементы можно устанавливать вертикально без перемешивания.
• Безопасность и герметичность. Электролит не проливается даже при повреждении корпуса, газовыделение минимально — аккумуляторы можно размещать в помещениях и шкафах рядом с оборудованием.
• Не требуют обслуживания. Доливка воды и замеры плотности не нужны, достаточно периодического контроля напряжения, температуры и ёмкости.

Недостатки и ограничения

• Более высокая цена, чем у AGM-аккумуляторов аналогичной ёмкости.
• Чувствительность к перезаряду. При завышенном напряжении гель пересыхает и теряет контакт с пластинами, а ёмкость снижается необратимо. Нужно зарядное устройство с настройками под GEL.
• Ниже токоотдача при коротких разрядах. Для режимов с очень большими токами за несколько минут (например, мощные ИБП) эффективнее AGM.
• Зависимость от температуры, общая для всех свинцово-кислотных АКБ: при повышении температуры в помещении срок службы сокращается, при понижении падает доступная ёмкость.

Гелевый или AGM: в чём разница

Обе технологии относятся к герметизированным VRLA-аккумуляторам, различается способ удержания электролита. В AGM-батареях кислота впитана в сепаратор из стекловолокна, в гелевых — загущена до состояния геля. Подробнее об AGM-аккумуляторах — в разделе СГАН.

Практическое правило: если нужна автономия от часа и более, отключения случаются часто или батарея работает в циклическом режиме — выбирайте гелевый аккумулятор. Если важен короткий мощный разряд в ИБП и минимальная стоимость — AGM.

Где применяются гелевые аккумуляторы

• Источники бесперебойного питания серверных, ЦОД и систем автоматики с длительным временем автономии.
• Телекоммуникации — базовые станции сотовой связи, узлы связи, оборудование передачи данных.
• Энергетика и подстанции — системы оперативного постоянного тока (СОПТ), питание релейной защиты и автоматики.
• Нефтегазовый комплекс — объекты добычи и транспортировки, в том числе удалённые, где обслуживание затруднено.
• Железнодорожный и городской электротранспорт — системы сигнализации, связи и резервного питания.
• Солнечные и автономные энергосистемы, где батарея ежедневно работает в циклах заряд-разряд.
• Системы безопасности — охранно-пожарная сигнализация, аварийное освещение, видеонаблюдение.

Для запуска двигателей гелевые АКБ не предназначены: стартерный режим требует очень больших токов за секунды, для этого используют другие типы батарей.

Гелевые аккумуляторы СГГН и СГГП российского производства

Балтийская энергетическая компания поставляет две серии промышленных гелевых аккумуляторов российского производства.

СГГН — гелевые аккумуляторы с намазными пластинами

СГГН — герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы с гелевым электролитом и намазными электродами. Серия включает 34 модели в исполнении 12 В и 2 В ёмкостью от 5,5 до 3000 А·ч. Срок службы большинства моделей — 12 лет, отдельных исполнений — от 15 до 20 лет. Батареи работают в буферном и циклическом режимах.

Популярные модели 12 В — СГГН 12-33, СГГН 12-100 и СГГН 12-200. Цифра после напряжения обозначает номинальную ёмкость: например, ёмкость аккумулятора СГГН 12-100 — 100 А·ч при напряжении 12 В. Полный модельный ряд с характеристиками — на странице аккумуляторов СГГН.

СГГП — гелевые аккумуляторы с панцирными пластинами

СГГП — гелевые аккумуляторы с панцирными положительными электродами для стационарных объектов с высокими требованиями к надёжности. Серия СГГП2 — это элементы 2 В ёмкостью от 100 до 3000 А·ч (16 моделей, от СГГП2-100 до СГГП2-3000). Срок службы — 20 лет. Из элементов 2 В собирают батареи на 24, 48, 110 или 220 В под конкретную систему электропитания.

Как выбрать гелевый аккумулятор

1. Определите напряжение и ёмкость. Их рассчитывают по мощности нагрузки, требуемому времени автономии и напряжению системы. Для батарей 48–220 В выгоднее собирать сборку из элементов 2 В.
2. Учтите режим работы. Для буферного режима с редкими отключениями подойдут СГГН, для частых циклов и длительного срока эксплуатации — СГГП с панцирными пластинами.
3. Сравните срок службы с плановым сроком эксплуатации объекта: замена батарей на подстанции или удалённом объекте стоит дороже самих аккумуляторов.
4. Оцените условия размещения — температуру помещения, вентиляцию, габариты шкафа или стеллажа, тип клемм.
5. Проверьте совместимость с зарядным устройством — оно должно поддерживать профиль заряда GEL и температурную компенсацию.
6. Обратите внимание на происхождение продукции, если объект требует оборудования российского производства.

Правила эксплуатации и заряда

• Заряжайте гелевый аккумулятор только устройством с профилем GEL; напряжение подзаряда и ускоренного заряда задавайте по паспорту производителя.
• Используйте температурную компенсацию: при нагреве напряжение подзаряда снижают, при охлаждении — повышают.
• Поддерживайте в помещении температуру около +20…+25 °C — это обеспечивает паспортный срок службы.
• Не допускайте длительного хранения в разряженном состоянии: после глубокого разряда батарею нужно зарядить как можно скорее.
• Регулярно контролируйте напряжение элементов и проводите контрольный разряд для проверки фактической ёмкости. На крупных объектах удобнее использовать систему мониторинга АКБ.

Вопросы и ответы

Можно ли заряжать гелевый аккумулятор обычным зарядным устройством?

Не рекомендуется. Устройства для жидкостных батарей часто дают завышенное напряжение, из-за которого гель пересыхает. Нужен профиль заряда GEL с ограничением напряжения и тока.

Сколько служит гелевый аккумулятор?

Для промышленных гелевых АКБ в буферном режиме при +20…+25 °C — 12 лет и более. Аккумуляторы с панцирными пластинами, например СГГП, рассчитаны на 20 лет.

Можно ли устанавливать гелевые аккумуляторы в помещении?

Да. Батареи герметичны, электролит не проливается, газовыделение при правильном заряде минимально. Требования к вентиляции аккумуляторного помещения всё равно нужно соблюдать.

Какая ёмкость у аккумулятора СГГН 12-100?

Номинальная ёмкость — 100 А·ч при напряжении 12 В. Характеристики других моделей — на странице СГГН.

Что выбрать для подстанции: гелевый аккумулятор или OPzS?

Для СОПТ применяют и гелевые элементы с панцирными пластинами, и жидкостные OPzS. Гелевые не требуют доливки воды и проще в эксплуатации, OPzS обычно дешевле при больших ёмкостях. Выбор зависит от условий объекта и регламента обслуживания.

Подбор гелевых аккумуляторов

Специалисты Балтийской энергетической компании подберут гелевые аккумуляторы СГГН или СГГП под нагрузку и время автономии, рассчитают конфигурацию батареи, поставят оборудование и выполнят монтаж. Оставьте заявку — подготовим коммерческое предложение.