Мал. 1. Живлення від акумулятора Stinger.
Кожен досвідчений установник знає, що рішення проблем з осіданням напруги в потужних системах починається з заміни штатного акумулятора або додавання в систему додаткового акумулятора.
І можна було б закінчити на цьому, якби не одне але - більшість акумуляторних батарей, що продаються в магазинах, не годяться для любителів автозвуку! Для того, щоб зрозуміти, де "собака зарита", розглянемо які акумулятори бувають і в чому їх принципові відмінності.
Незважаючи на те, що звичайні акумулятори нарівні з гелевими (GEL) і AGM акумуляторами мають різну конструкцію, працюють вони за одним принципом.
Всі сучасні автомобільні акумулятори, в тому числі і гелеві та AGM, працюють за одним принципом - принципом свинцево-кислотного акумулятора.
З самого моменту винаходу свинцево-кислотних акумуляторів, а це кінець XIX століття, їх принцип дії не змінився - електричний струм виникає внаслідок електрохімічних реакцій свинцю і діоксиду свинцю в кислотною середовищі. Електричний струм - це спрямований рух заряджених частинок. У нашому випадку електронів, які зосереджені в електроліті. Електроліт - це сірчана кислота з дистильованою водою (сернокислотная середа). У кожному акумуляторі є свинцеві пластини, під'єднані до мінусової клеми (анод), і пластини з діоксиду свинцю, під'єднані до плюсової клеми (катод). Між ними знаходиться електроліт. Коли ми включаємо електричний споживач, підключений до клем акумулятора, починається електрохімічна реакція, при якій з'являється рух електронів по зовнішньому контору (тобто по підключеним до клем проводів). При цьому відбувається хімічна реакція між електролітом і електродами (катод і анод). Свинець ( "плюсові" пластини) перетворюється в сульфат свинцю (свинцевий купорос), а діоксид свинцю ( "мінусові" пластини) перетворюється також в сульфат свинцю, але з деяким виділенням води. У підсумку виходить, що при розрядці акумулятора витрачається сірчана кислота з одночасним утворенням води (і щільність електроліту падає), а при зарядці, навпаки, вода «витрачається» на утворення сірчаної кислоти (щільність електроліту зростає).
Мал. 2. Принцип роботи свинцево-кислотного акумулятора.
Хімічна реакція (зліва направо - розряд, справа наліво - заряд):
Мал. 3. Рівняння хімічної реакції.
При розряді акумулятора витрачається сірчана кислота з одночасним утворенням води (і щільність електроліту падає), а при заряді, навпаки, вода «витрачається» на утворення сірчаної кислоти (щільність електроліту зростає)
Рівняння, наведене вище описує основну реакцію, а вона, на жаль, не протікає на 100%. При зворотної реакції, тобто при заряді, відбуваються деякі незворотні процеси, які знижують термін служби акумулятора. Слід виділити три основних «побічних ефекту», які з плином часу виводять батарею з ладу:
- сульфатация пластин - утворення великих кристалів сульфату свинцю. При глибокому розряді або несвоєчасному заряді утворюються великі і важкорозчинні кристали сульфату свинцю, що не повертаються в початковий стан (свинець на аноді і діоксид свинцю на катоді) утворюючи діелектричний шар на поверхні пластин. Це знижує кількість активної маси електродів і закупорює залишилася, що перешкоджає протіканню електрохімічних реакцій. Власне, тому глибоко розрядився акумулятор не може зарядитися до колишнього рівня.
- Корозія пластин - окислення токоотводов. Струмовідводи зазвичай являють собою свинцеві решітки, на які нанесено активна речовина. Грати служать для утримання активних речовин і підведення до них електричного струму. З плином часу свинець решіток реагує з водою, що міститься в електроліті, і окислюється, утворюючи окис свинцю. Корозія збільшує внутрішній опір токоотводов і їх міцність, що призводить до зменшення ємності і поступового руйнування акумулятора.
- Википання води - надмірне виділення при заряді з води водню і кисню. Активне газовиділення відбувається в основному при заряді, а також при розряді або тривалій бездіяльності акумуляторної батареї. Цей процес називається електроліз води, і він повинен відбуватися, адже вода в наслідку відновлюється з газу. Однак, є підступ - до складу свинцевих пластин додають сурму та інші домішки для збільшення механічної міцності пластин. Сурма в сплаві позитивних пластин сприяє більш інтенсивному виділенню кисню, і, одночасно, електрохімічного переносу і відкладення сурми на поверхні негативного електрода. Присутність навіть невеликої кількості сурми на поверхні негативного електрода призводить до надмірного росту виділення водню. Це призводить до надмірного випаровування води.
Власне, все удосконалення конструкції свинцево-кислотних акумуляторів, які відбуваються з плином часу, спрямовані на усунення, перш за все, даних проблем. Так, у другій половині XX століття, спочатку у військовій промисловості, а потім і в цивільній, стали з'являтися, так звані гелеві GEL і трохи пізніше AGM акумулятори. Часто доводиться чути "гелевий". Це помилкове визначення, так як нічого спільного гелій з даною технологією не має. Гелевий, від слова гель, має на увазі, що електроліт даного АКБ знаходиться в желеподібному стані. Також часто доводиться чути або бачити, коли акумулятори AGM позначаються "гелевими". Це теж невірно. Далі ми розберемося з їх конструктивними особливостями, плюсами і мінусами в рамках тематики автозвуку.
Розглянутий раніше принцип роботи свинцево-кислотних акумуляторів не змінюється ні в гелевих GEL ні в AGM акумулятори. Їх розрізняють лише деякі конструктивні особливості та удосконалення. Так, до традиційних свинцево-кислотних АКБ відносяться батареї з рідким електролітом, який заповнює весь вільний простір між пластинами і корпусом:
Мал. 4. Будова акумулятора з рідким електролітом.
Розглянемо мінуси і плюси таким акумуляторів в рамках тематики автозвуку:
Мінуси штатних АКБ з рідким електролітом:
В даний час, сурма, як легуючий метал, застосовується хіба що тільки в найдешевших свинцево-кислотних батареях. Зазвичай використовують кальцій, який не сприяє підвищенню газоутворення і википання води. Це дозволило виробникам автомобільних АКБ випускати герметизовані (не плутати з герметичними) батареї, в яких випаровування газів значно знижені. Такі акумулятори називаються обслуговуються, адже в них не потрібно постійно контролювати рівень води, тобто щільність електроліту.
Звичайно, при уважною експлуатації і своєчасному заряді штатна батарея з рідким електролітом в парі з конденсатором здатна забезпечити необхідним харчуванням щодо малопотужні компоненти. Однак розкрити весь потенціал систем більш високого рівня буде неможливо без застосування більш досконалих акумуляторів, таких як гелеві та AGM батареї.
Гелеві або GEL акумулятори, як це часто буває, вперше були застосовані у військовій промисловості в сімдесятих роках минулого століття. Від традиційних батарей їх відрізняє стан електроліту. Сірчано-кислотна середу в гелевих АКБ заповнює весь вільний простір корпусу, але, головне, знаходиться в желеподібному стані (гель). Гель має в своїй масі численні канали і пори, в яких відбувається відновлення води з молекул водню і кисню, що вивільняються у вигляді газу при заряді батареї. Даний процес відбувається з ефективністю 99%, тому в корпусі GEL акумуляторів передбачений клапан, сбагрівают при певному тиску надлишкове кількість газу. При правильній експлуатації гелевою батареї частота і обсяг таких викидів мізерно малі. Тому даний вид акумуляторів не потребує обслуговування і може бути встановлений в салон автомобіля, причому в будь-якому положенні. Завдяки досить густому станом електроліту знижується вимоги до міцності пластин, тому електроди гелевого АКБ складаються з більш чистого свинцю легованого кальцієм і оловом, що знижує внутрішній опір акумулятора і утворення газів.
- щодо низький внутрішній опір
- найкраща стійкість до глибоких розрядів. Ефект сульфатации пластин зведений до мінімуму (від 600 і вище повних циклів розрядів)
- можлива установка в будь-якому положенні
- відсутність шкідливих випарів
- необслуговувані
- вимагає якісні зарядні пристрої, що забезпечують стабільну напругу і малі струми зарядки. Перезаряд виводить батарею з ладу і зовсім неприпустимий.
- не може віддавати великі струми при низьких температурах
- найвища ціна серед свинцево-кислотних акумуляторів.
«Гелеві» акумулятори у всіх на слуху, але насправді в автомобільній сфері вони практично не застосовуються. «Гелевими» АКБ в 99% випадків помилково називають AGM батареї.
Гелеві акумулятори зазвичай застосовують як джерела безперебійного живлення для житлових приміщень і офісів, в промисловості і у військовій сфері, але не як автомобільні батареї. Так сталося, що «гелевими» у нас на Русі помилково називають акумулятори, створені за технологією AGM. Зазвичай навіть продавці в магазинах автозапчастин не знають про те, що саме гелеві АКБ практично не зустрічаються в автомобільній індустрії, і все, що продається з приставкою «гелевий» - це насправді AGM акумулятори, про які піде мова далі.
Секрет акумуляторів AGM (Absorbent Glass Mat), до яких відносяться акумулятори для автозвуку Stinger - високотехнологічні скловолоконні сепаратори, які виконують не тільки функцію діелектрика, але і служать резервуаром для електроліту. Електроліт відсутня у вільному просторі і утримується в рідкому стані в сепараторі завдяки капілярному ефекту. Завдяки різним розмірам пір і каналів в стекловолоконной сепараторі по-мимо електроліту присутній вільний простір, необхідне для ефективної рекомбінації газів.
Секрет AGM акумуляторів Stinger - високотехнологічні скловолоконні сепаратори, які утримують електроліт в своїх порах, виконують функцію діелектрика і дозволяють більш щільно компонувати свинцеві пластини.
Подвійна функція сепаратора дозволяє більш щільно компонувати свинцеві пластини, що дозволяє створювати акумулятори з високою енергоємністю при допустимих для автолюбителів розмірах. До того ж, таке щільне будова знижує вимоги до міцності електродів. Тому в акумуляторах AGM застосовується свинець високого ступеня очистки з мінімальним додаванням легуючих компонентів. Для нас, як любителів автозвуку, це означає одне - у AGM акумуляторів найнижче внутрішньо опір (від 2 мОм), найшвидший час заряду і найбільші струми розряду. При цьому стійкість до глибокого розряду майже така ж, як і у гелевих акумуляторів.
Мал. 5. Будова AGM акумуляторів Stinger.
- найнижче внутрішній опір (від 2МОм! Майже як у конденсатора!) позбавить від згубних просадок напруги. Це найважливіший показник для любителів автозвуку
- найменше час відновлення заряду (завдяки тому ж внутрішньому опору) дозволить через дві-три години знову насолоджуватися всією потужністю аудіосистеми
- висока стійкість до глибоких розрядів. Від 400 повних розрядів і вище залежно від ємності
- відсутність шкідливих випарів
- герметизована конструкція (як і у гелевих з клапаном високого тиску) розширює межі фантазії в розробці структури і оформлення аудіосистеми в автомобілі, а, головне, дозволяє розміщувати джерело живлення безпосередньо біля підсилювачів звуку, наприклад під сидінням або в підлозі
- необслуговувані
- також як і гелеві акумулятори AGM батареї вимагають до себе особливі умови заряду - стабільне напрузі і малі струми заряду
- ціна висока, але нижче ніж у гелевих такий же ємності на 10-15%
Не можна не відзначити, що існує маса AGM акумуляторів, що пропонуються різними виробниками і їх характеристики значно відрізняються. Мало того, у багатьох автомобілях вже з заводу, встановлюється штатний AGM акумулятор (зазвичай в автомобілях преміум класу або з системою старт-стоп). І тут важливе розуміння, що багато виробників, конструюючи свої батареї, намагаються надати їм кілька підвищену живучість по відношенню до традиційних батареям, абсолютно не думаючи про потреби автозвуку.
Існує маса AGM акумуляторів, але тільки Stinger виробляє акумулятори для автозвуку, де потрібні понад стійкість до глибоких розрядів і вкрай низькі показники внутрішнього опору.
Нам, любителям автозвуку, потрібно вичавити максимум зі своєї аудіосистеми і Stinger accessories знає про це, тому AGM акумулятори Stinger залишаються єдиними батареями, які сконструйовані з урахуванням всіх особливостей області застосування - саме мінімальне внутрішній опір серед всіх батарей, максимальна кількість допустимих циклів повних розрядів, широкий вибір ємностей і розмірів.
Мал. 6. Модельний ряд акумуляторів Stinger.
Цілком очевидно, що звичайний свинцево-кислотний акумулятор з рідким електролітом чи підходить в якості джерела живлення автомобільної аудіосистеми. Причина тому - високий внутрішній опір, нездатність "витримати" більше 5 глибоких розряду, можливість тільки вертикального положення установки і шкідливі випари. На даний момент тільки дві технології відповідають всім необхідним вимогам, облік яких необхідний для створення воістину якісних аудіосистем - це GEL і AGM. Обидві технології дозволяють встановлювати акумулятори в будь-якому положенні і в замкнутому просторі, наприклад, в салоні авто. І GEL і AGM акумулятори володіють безпрецедентною стійкістю до глибоких розрядів. По суті, повна розрядка - це їх штатний режим роботи. У цьому показнику AGM акумулятори програють гелевим, однак, для нас, як любителів автозвуку, важливішим є інший параметр - внутрішній опір, в якому AGM батареям Stinger немає рівних.
