6.5.1. Устройство и принцип действия кислотного аккумуляторного элемента.

Электролитическая диссоциация – это распад молекул серной кислоты под действием молекул воды. H 2 ЅO 4 2Н + + ЅO 4 − − , в результате в воде образуются ионы независимо, есть ли в растворе пластины. В целом раствор электрически нейтральный. Если этот раствор - электролит, залить в конструкцию, состоящую из набора положительных и отрицательных пластин, разделенных секторами и помещенных в эбонитовую емкость, закрытую крышкой с выводами положительных пластин и отрицательных пластин, получим элемент положительного аккумулятора.

Образование ионов в электролите

В результате взаимодействия электролита с атомами свинца отрицательной пластины некоторое количество атомов свинца ионизируется. При этом двухзарядные положительные ионы свинца переходят в электролит, а на поверхности отрицательной пластины от каждого атома свинца остается по два электрона, поэтому отрицательная пластина заряжена отрицательно относительно электролита. В результате взаимодействия активного вещества пластины с электролитом на обеих пластинах образуются электрические заряды.

Рис.6.5. Устройство кислотного аккумулятора

На положительной - четырехзарядные ионы свинца, на отрицательной - электроны.

Такое состояние элемента может находиться теоретически сколь угодно долго, пока не будет замкнута цепь на потребитель электроэнергии. Как только замкнем цепь электроны с отрицательной пластины перемещаются к положительной пластине по внешней цепи. Каждый атом свинца отрицательной пластины отдает два электрона. Они переходят на положительную пластину и соединяются с (Pb++++), образуя ион свинца (Pb++) двухзарядный, который соединяясь с положительным остатком ЅO 4 ¯ ¯ образует молекулу сульфата свинца (PbЅO 4). Так как растворимость сульфата мала, то раствор становится перенасыщенным и сульфат выпадает на (+) пластине в виде кристаллов, одновременно около положительной пластины образуются молекулы воды PbO 2 + 4Н + ЅO 4 ¯ ¯ +2е- → PbЅO 4 +2Н 2 О

На отрицательной пластине Pb ++ + ЅO 4 ¯ ¯ −2е- → PbЅO 4

Каждый элемент обладает емкостью в АЧ. Это количество электричества, отдаваемого элементом до конечного разряда 1,8В. Емкость зависит от количества активных веществ. При прохождении количества электричества, равному одному фарадею на образование сульфата свинца у отрицательной пластины будет израсходовано 103,6 гр свинца. 1Фарадей-26,8 А.Ч. атомный и молекулярный вес свинца равен 207,21 а в реакции у отрицательных пластин участвуют два электрона, то грамм эквивалент свинца равен

а при отдаче 1 А.Ч. в 26,8 раза свинца будет меньше, т.е.3,6 г.

Таким же образом можно найти, что при отдаче 1 А.Ч. из положительной пластины на образование сульфата свинца будет израсходовано 4,46 г двуокиси свинца, а в электролите из 3,66 г образуется 0,672 г воды.

Номинальное напряжение 1 элемента составляет 2,1 В рабочее напряжение в начале разряда быстро достигает 2 В, затем постепенно снижается до конечного = 1,8 В. Если продолжать разряд, оно дойдет до 0.

6.5.2. Общие правила эксплуатации кислотных аккумуляторных батарей

1. Поддерживать уровень электролита 12÷15м

2. Не допускать разряд ниже 1,75 В.

3. Заряд производить до полной емкости

4. Регулярно производить перезаряды аккумулятора.

5. Не допускать пребывание аккумулятора в полуразряженном состоянии.

6. Регулярноочищать поверхность аккумулятора от грязи и окислов.

7. Не допускать загрязнения электролита.

8. Не допускать перезарядки и не заряжать током выше нормированного.

10. Не допускать во время заряда повышение температуры аккумуляторной батареи свыше +45ºС. Необходимо прерывать заряды и давать аккумулятору остыть до +30ºС.

11. Эксплуатационная плотность электролита определяется приведенной к +15ºС и должна отличаться не более чем на ±50.

12. После заливания электролита в аккумулятор дать ему постоять 4-6 часов.

13. Зарядный ток определяется по таблицам в зависимости от емкости аккумуляторной батареи.

14. При зарядке аккумуляторной батареи в судовых условиях предварительно включается вентиляция.

С.Н. Костиков

Анализ причин отказов герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Около сорока лет назад удалось создать герметизированный свинцово-кислотный аккумулятор. Все реализованные до настоящего времени герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы снабжены клапаном, который должен открываться для выброса избыточного газа, в основном водорода, при заряде и хранении. Полной рекомбинации кислорода и водорода достичь невозможно. Поэтому аккумулятор называется не герметичным, а герметизированным. Важным условием хорошей герметизации является плотное химическое и термостойкое соединение конструктивных элементов. Особое значение имеет технология изготовления пластин, конструкция клапана и герметизация выводов. В герметизированных аккумуляторах используется «связанный» электролит. Рекомбинация газов идет по кислородному циклу.

Для связывания электролита существует два способа:

Использование гелеобразного электролита (технология GEL);

Использование стекловолокна, пропитанного жидким электролитом (технология AGM).

Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки.

Под надежностью аккумулятора понимают его способность сохранять оговоренные изготовителем характеристики при эксплуатации в течение заданного времени в заданных условиях. За критерий отказа аккумулятора принимается несоответствие его параметров установленным нормам. Требования к герметизированным свинцово-кислотным аккумуляторам и методы их испытаний изложены в стандартах ГОСТ Р МЭК 60896-2-99 (IEC 896-2, DIN EN 60896 Teil 2). Существует ряд факторов, которые ограничивают достижение высокой степени надежности герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов любой технологии:

Сильное влияние незначительных примесей на свойства активных масс пластин;

Большое количество технологических процессов при производстве аккумуляторов;

Использование широкого ассортимента материалов и комплектующих для изготовления аккумуляторов, которые могут производиться на разных заводах (в разных странах, где не всегда обеспечивается должный входной контроль и унификация изделий).

Повышение надежности связано, в первую очередь, с тщательным входным контролем всего поступающего сырья, используемых материалов и комплектующих. Необходим строгий контроль технологии изготовления на всех этапах производства. Чтобы достичь точности технологических операций, производство должно иметь высокую степень автоматизации и единый технологический цикл (полный цикл производства).

Обычная (классическая с жидким электролитом) конструкция аккумуляторов обеспечивает их высокую надежность за счет избыточности активной массы электродов, электролита и токоведущих элементов. В них избыток реагентов и электролита составляет 75–85% от теоретически необходимых. Герметизированные аккумуляторы имеют меньшую надежность, чем классические свинцово-кислотные аккумуляторы. Аккумуляторы технологии AGM имеют малый запас электролита. В аккумуляторах технологии GEL используется сложный многокомпонентный состав электролита, а также трудно добиться равномерного распределения геля внутри аккумулятора. Появляются новые конструктивные элементы (герметизированный корпус с крышкой, специальный газовый клапан с фильтром, специальное уплотнение токовыводов, специальные добавки в электролит, специальные сепараторы и др.). Поляризация положительного электрода в герметизированных аккумуляторах больше, чем в классических, и может достигать 50 мВ. Это приводит к ускорению коррозионных процессов, особенно в буферном режиме эксплуатации.

КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

В герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах применяются пастированные электроды. Они могут быть решетчатыми и панцирными. Панцирные электроды применяются в GEL аккумуляторах типа OPzV в качестве положительных пластин, а в остальных типах для положительных электродов применяются решетчатые пластины. Применение различных типов положительных пластин отражается на электрических характеристиках аккумуляторов. Это связано с внутренним сопротивлением аккумулятора. Положительные панцирные пластины состоят из штырей, которые помещаются внутри перфорированных трубок, заполненных активированной массой (см. рис. 1). Использование панцирных пластин позволяет изготавливать герметизированные аккумуляторы (технологии GEL) большой емкости, такой же как у классических аккумуляторов. В герметизированных аккумуляторах технологии AGM (см. рис. 2) как малой, так и большой емкости используются решетчатые пластины, что удешевляет их стоимость и упрощает конструкцию.

В производстве аккумуляторов используется как чистый свинец, так и его сплавы. Сурьма, которая неоднозначно воздействует на эксплуатационные характеристики аккумуляторов, для производства пластин герметизированных аккумуляторов не применяется.

В герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах используются сплавы свинца с кальцием или с оловом и сплав свинца, кальция, олова, могут быть добавки алюминия. Здесь электролиз воды начинается при более высоких напряжениях. Кристаллы, образующиеся в пластинах, мелкие и однородные, а их рост ограничен. Осыпание активной массы и внутреннее сопротивление аккумулятора при использовании кальциевых решеток несколько больше, чем в случае свинцово-сурьмяных. Разрушение пластин преимущественно происходит при заряде аккумулятора. Для уменьшения осыпания в активную массу вводят волокнистые материалы, например фторопласт, и используют стекловолокно, прижатое к пластинам (технология AGM) или пористые сепараторы (сумки, конверты, удерживающие активную массу) из мипласта, PVC, стекловолокна (технология GEL); могут использоваться двойные сепараторы. Двойные сепараторы увеличивают внутреннее сопротивление, но повышают надежность аккумуляторов. Не все производители герметизированных аккумуляторов применяют двойные сепараторы. В некоторых моделях аккумуляторов встречаются многослойные сепараторы, дефекты в одном из слоев защищены другим, и рост дендритов затруднен при переходе от слоя к слою.

Надежность герметизированных аккумуляторов также зависит и от материала корпуса, качества и конструкции токовыводов, конструкции газового клапана. Некоторые производители для минимизации затрат делают корпус с толщиной стенки 2,5–3 мм, что не всегда обеспечивает высокую надежность. Для более высокой надежности толщина стенки должна быть 6 мм и более. Некоторые увеличивают пористость электродов, что не всегда положительно сказывается на надежности аккумуляторов. В погоне за увеличением прибыли многие фирмы заведомо завышают параметры аккумуляторов и искажают реальный срок службы, делают гибриды, в аккумуляторы AGM-технологии заливают гелевый электролит и др.

Рис. 1. Конструкция электродов свинцово-кислотного аккумулятора технологии GEL с панцирными пластинами (типа OPzV)

Рис. 2. Конструкция герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора AGM-технологии

ВИДЫ ОТКАЗОВ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

Известно, что ухудшение электрических характеристик герметизированных аккумуляторов и выход из строя (отказ) при эксплуатации обусловлены коррозией основы (решетки) и оползанием активной массы положительного электрода, которые иногда называют деградацией положительного электрода. Деградация положительного электрода в классических аккумуляторах с жидким электролитом имеет плавную зависимость от срока службы, и ее можно проследить за период эксплуатации. В герметизированных аккумуляторах деградация положительных пластин более резкая и до конца не изученная, корпуса аккумуляторов непрозрачные, что затрудняет визуальный контроль уровня электролита и состояния пластин. Плотность электролита измерить нельзя.

Коррозия решеток положительных пластин – наиболее частый дефект герметизированных аккумуляторов, эксплуатируемых в буферном режиме. На скорость коррозии решеток влияет много факторов: состав сплава, конструкция самой решетки, качество технологии отливки решетки на заводе, температура, при которой работает аккумулятор. В качественно отлитых решетках из сплава Pb-Ca-Sn скорость коррозии мала. А в плохо отлитых решетках скорость коррозии высокая, отдельные участки решетки подвергаются глубокой коррозии, что вызывает локальный рост решетки и ее деформацию. Локальные наросты приводят к короткому замыканию при контакте с отрицательным электродом. Коррозия положительных решеток может приводить к потере контакта с нанесенной на нее активной массой, а также с соседними положительными электродами, которые соединяются друг с другом с помощью мостов или бареток. В герметизированных аккумуляторах пространство под пластинами для скопления шлама либо очень мало, либо вовсе отсутствует – пластины имеют плотную упаковку, поэтому вызванное коррозией оползание активной массы может привести к короткому замыканию пластин. Короткое замыкание пластин – самый опасный дефект в герметизированных аккумуляторах. Замыкание пластин в одном герметизированном аккумуляторе, если это не заметит персонал выведет из строя все остальные. Время, в течение которого аккумуляторы выйдут из строя исчисляется периодом от нескольких часов до получаса.

При эксплуатации аккумуляторов в буферном режиме из-за малых токов подзаряда может наблюдаться дефект – пассивация отрицательного электрода . В герметизированных аккумуляторах любой технологии отрицательные электроды изготавливаются из решетчатых пластин. Механизмы процессов, протекающих на электродах, сложны и окончательно не установлены. Считают, что при работе аккумулятора на отрицательном электроде преимущественно идут жидкофазные процессы (растворение-осаждение), и ограничение его разряда связано с образованием пассивирующего слоя. Признаком пассивации отрицательного электрода обычно бывает снижение напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) на заряженном аккумуляторе ниже 2,10 В/эл. Проведение дополнительных уравнительных зарядов (например, в аккумуляторах типа OPzV) может восстановить напряжение, но аккумуляторы после этого должны быть постоянно на контроле, так как это может опять повториться. Для снижения пассивации отрицательного электрода некоторые производители вводят в него специальные добавки, которые работают как расширители активной массы отрицательного электрода и препятствуют ее усадке.

Если герметизированные аккумуляторы работают в режиме циклирования (при частых отключениях электроэнергии или в циклическом режиме), то чаще возникают дефекты, связанные с деградацией активной массы положительного электрода (ее разрыхление и сульфатация), которые приводят к снижению емкости при контрольном разряде. Проведение тренировочных зарядов для разрушения сульфата, как советуют в своих инструкциях по эксплуатации некоторые производители, ничего не дает, а даже приводит к еще более быстрому снижению емкости. Разрыхление приводит к потере контакта между частицами двуокиси свинца, они становятся электрически изолированными. Большие разрядные токи ускоряют процесс разрыхления. Наличие и степень сульфатации активной массы можно проконтролировать, поскольку она сопровождается изменением плотности электролита, которое в AGM аккумуляторах может быть грубо оценено по измерению НРЦ аккумулятора после окончания заряда. НРЦ заряженного герметизированного аккумулятора равно 2,10–2,15 В/эл в зависимости от плотности электролита, в аккумуляторах технологии AGM плотность электролита равна 1,29–1,34 кг/л, в гелевых аккумуляторах плотность ниже и имеет значения 1,24–1,26 кг/л (из-за высокой плотности электролита аккумуляторы технологии AGM могут работать при более низких температурах, чем гелевые). При разряде, по мере разбавления электролита, НРЦ герметизированного аккумулятора уменьшается и после разряда становится равным 2,01–2,02 В/эл. Если НРЦ разряженного герметизированного аккумулятора меньше 2,01 В/эл, то аккумулятор имеет высокую степень сульфатации активной массы, которая может быть уже необратимой.

При недозаряде герметизированных аккумуляторов при эксплуатации (например, из-за неверно установленного напряжения постоянного подзаряда, неисправности ЭПУ, отсутствии термокомпенсации) на отрицательном электроде, происходит сульфатация, постепенный переход мелкокристаллического сульфата свинца в плотный твердый слой сульфата с крупными кристаллами. Образующийся при этом плохо растворимый в воде сульфат свинца ограничивает емкость аккумулятора и способствует выделению водорода при заряде.

Если на положительном электроде аккумулятора наблюдается толстый окисел коричневого цвета, то это признак коррозии решетки. Возможные причины коррозии:

Аккумуляторы перед эксплуатацией долго лежали на складе без подзаряда;

При эксплуатации подавался переменный ток (~I ), проблемы с зарядным устройством (выпрямителем, ЭПУ).

В герметизированных аккумуляторах могут проявляться и специфические коррозионные процессы на мостах (чаще на отрицательных) и на борне. Поскольку продукты коррозии имеют больший объем, чем свинец, может выдавливаться компаунд, герметизирующий вывод, повреждено резиновое уплотнение борна, крышка и даже корпус аккумулятора. Дефекты такого рода часто наблюдаются в аккумуляторах, если не было строгого соблюдения технологического процесса при их изготовлении (например, большой разрыв по времени между технологическими операциями).

РАБОЧЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

Многие производители герметизированных аккумуляторов в своих инструкциях по эксплуатации указывают на возможную эксплуатацию аккумуляторов в любом положении.

В процессе эксплуатации герметизированных аккумуляторов из-за неизбежных потерь воды при открывании газового клапана происходит некоторое высыхание электролита, при этом увеличивается внутреннее сопротивление и снижается напряжение, как при пассивации отрицательного электрода.

В герметизированных аккумуляторах технологии AGM кроме высыхания электролита может происходить расслоение электролита: серная кислота, которая находится в жидком виде, стекает вниз из-за более высокого удельного веса по сравнению с водой, в результате чего возникает концентрационный градиент в верхней и нижней части аккумулятора, что ухудшает разрядные характеристики и увеличивает температуру аккумулятора. Этот эффект в аккумуляторах малой и средней емкости наблюдается редко, а использование мелкопористого стекловолоконного сепаратора с высокой степенью сжатия всего пакета положительных и отрицательных пластин уменьшает его. Высокие герметизированные AGM-аккумуляторы большой емкости лучше эксплуатировать «лежа» на боку, но использовать лишь ту сторону, при которой пластины будут находиться перпендикулярно земле (необходимо узнать у производителя). Китайские и японские производители изготавливают герметизированные аккумуляторы большой емкости низкой высоты призматической формы, что позволяет их эксплуатировать вертикально, так же как аккумуляторы типа OPzV.

В герметизированных аккумуляторах технологии GEL, особенно в OPzV, при эксплуатации «лежа» на боку могут возникать дефекты, связанные с протечкой гелевого электролита. В процессе работы газового клапана из-за силикагеля и других компонентов гелевого электролита забиваются гидрофобные пористые фильтры (круглые пластины), которые должны пропускать газ, но не пропускать электролит. После того как клапан перестает пропускать газ, внутреннее давление может возрасти до 50 кПа и более. Газ находит слабое конструктивное место: это может быть герметизирующее уплотнение клапана или борна, место в корпусе, особенно возле ребер жесткости (у некоторых производителей), место крепления крышки к корпусу аккумулятора, что приводит к аварийному разрыву, сопровождающемуся выбросом электролита наружу; электролит проводит электрический ток – может возникнуть короткое замыкание. Были случаи, когда протечка электролита, вовремя не обнаруженная персоналом, приводила к возгоранию изоляционных колпачков. Электролит может «проесть» пол и т.д. (см. Фото 1).

Фото 1. Последствия от протечки электролита из лопнувшего корпуса OPzV

Гелевые аккумуляторы лучше всего располагать вертикально, чтобы аэрозоли веществ, составляющих гелевый электролит, не могли попасть в фильтр газового клапана. Некоторые производители гелевых 2В аккумуляторов удлиняют корпус аккумулятора, разрабатывают различные улавливатели аэрозолей, делают сложную лабиринтную конструкцию клапана, чтобы эксплуатировать гелевые аккумуляторы «лежа» на боку.

Надежней эксплуатировать гелевые аккумуляторы типа OPzV в вертикальном положении!

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ БАТАРЕЙ

Для увеличения емкости и надежности системы электропитания можно осуществлять параллельное подключение батарей. Европейские производители не рекомендуют устанавливать в параллель более четырех групп. Азиатские производители рекомендуют использовать параллельное подключение не более двух групп. Это связано с однородностью элементов аккумуляторной батареи, которая связана с технологией изготовления и качеством производства. Однородность элементов у европейских производителей лучше. Рекомендуется, чтобы батареи в аккумуляторных группах были одного типа и одного года выпуска. Не допускается производить замену одного элемента в группе элементом другого типа или устанавливать параллельно группы из аккумуляторов различных типов.

СРОК СЛУЖБЫ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

По классификации Европейской ассоциации производителей аккумуляторов (Евробат) аккумуляторы подразделяются на четыре основные группы (могут быть подгруппы):

10 лет и более (специальное назначение ) – телекоммуникации и связь, атомные и обычные электростанции, нефтехимическая и газовая промышленность и др.;

10 лет (улучшенные характеристики ) – в основном эта группа батарей соответствует предыдущей группе (специальное назначение), но требования по техническим характеристикам и надежности не столь высоки;

5–8 лет (универсальное применение ) – технические характеристики этой группы такие же, как и для группы «улучшенные характеристики», но требования к надежности и испытаниям ниже;

3–5 лет (широкое применение ) – эта группа батарей находит применение в установках, приближенных к бытовому потребителю, популярна в UPS, чрезвычайно популярна в нестационарных условиях.

Окончанием срока службы считается наступление момента времени, когда отдаваемая емкость составляет 80% от номинальной.

Срок службы герметизированных аккумуляторов зависит от многих факторов, но наибольшее влияние оказывают режим заряда и температура эксплуатации аккумуляторов. Для постоянной готовности к работе в электропитающих установках (ЭПУ) аккумуляторы должны находиться под напряжением постоянного подзаряда (буферный режим). Напряжение постоянного подзаряда – напряжение, непрерывно поддерживаемое на выводах аккумулятора, при котором протекание тока компенсирует процесс саморазряда аккумулятора. Необходимо учитывать, что ток постоянного подзаряда аккумулятора зависит от напряжения постоянного подзаряда и температуры аккумулятора. Оба параметра изменяют силу тока постоянного подзаряда аккумулятора и тем самым влияют на расход воды, в герметизированных аккумуляторах добавить воду нельзя. Для обеспечения максимального срока службы герметизированных аккумуляторов важно поддержание оптимального напряжения постоянного подзаряда и оптимальной температуры в помещении.

При увеличении температуры аккумулятора на каждые 10°С все химические процессы, включая и коррозию решеток, ускоряются. Следует помнить, что при заряде герметизированных аккумуляторов их температура может быть выше температуры окружающей среды на 10–15°С. Это связано с разогревом аккумуляторов из-за процесса рекомбинации кислорода и герметичной конструкцией. Разница температур особенно заметна при ускоренных режимах заряда и в случае расположения батареи внутри стойки ЭПУ. Эксплуатация аккумуляторов при температуре выше +20°С ведет к уменьшению срока службы. В приведенной ниже табл. показана зависимость срока службы от температуры. Необходимо вводить корректировку напряжения постоянного подзаряда от температуры. Компенсация влияния повышенной температуры за счет регулирования напряжения постоянного подзаряда может смягчить этот эффект и улучшить приведенные в табл. цифры, но не более чем на 20%.

Необходимо размещать герметизированные батареи так, чтобы обеспечивалась вентиляция помещения и охлаждение аккумуляторов. С этой точки зрения, более предпочтительно размещение аккумуляторов так, чтобы клапаны размещались фронтально. В настоящее время производители предлагают аккумуляторы с фронтальными выводами, так называемые фронттерминальные (клеммы-выводы расположены спереди), но клапаны у этих аккумуляторов расположены сверху, как и у обычных аккумуляторов. Опыт эксплуатации фронттерминальных аккумуляторов в разных странах показывает их меньшую надежность в сравнении с обычными аккумуляторами. Фронттерминальные AGM-аккумуляторы наиболее склонны к явлению термического самопроизвольного разогрева - терморазгону. Применение данных аккумуляторов обязательно должно осуществляться после расчета и исследования тепловых полей в отсеках ЭПУ, стойках и шкафах.

У герметизированных аккумуляторов при заряде выделяется небольшое количество водорода. Нужен небольшой (естественный) обдув батареи. При длительной работе батареи с аккумуляторами большой емкости следует помнить о необходимости вентиляции помещений из-за возможности накопления водорода и соблюдения температурного режима. Раньше считалось, что для герметизированных батарей большой емкости не требуется вентиляция, как для батарей малой и средней емкости. Но с учетом опыта монтажа и сервиса импортных герметизированных батарей мы рекомендуем устанавливать оборудование для вентиляции и кондиционирования аккумуляторных помещений.

Герметизированные аккумуляторы выделяют больше тепла при заряде и сильней сами нагреваются, чем классические аккумуляторы (например, типа OPzS):

Qm = 0,77 ∙ N ∙ I ∙ h , (1)

где Qm – Джоулевый нагрев, Вт ∙ ч;

0,77 – псевдополяризация, В при 2,25 В/эл;

N – число 2 В элементов;

I – ток заряда, А;

h – время продолжительности заряда, ч.

Аккумуляторы классические (OPzS): Qm = 0,04 Вт/100 А∙ч эл/ч. Происходит Джоулевый нагрев – испарение газа (с газом выходит тепло).

Герметизированные аккумуляторы: Qm = 0,10 Вт/100 А∙ч эл/ч. Происходит Джоулевый нагрев + рекомбинация газа.

Емкость, %

Рис. 3. Влияние глубины разряда. Данные для аккумуляторов AGM-технологии. Аккумуляторы технологии GEL – более стойкие к глубокому разряду

Для герметизированных аккумуляторов AGM-технологии (см. рис. 3) вредны частые разряды-заряды, лучшую цикличность имеют аккумуляторы с гелевым электролитом. Но GEL-аккумуляторы больше выделяют водорода при заряде, чем AGM-аккумуляторы. У гелевых аккумуляторов при низких температурах раньше, чем у AGM-аккумуляторов, замерзает электролит, и могут возникать разрывы корпуса, так как электролит занимает весь объем банки.

Герметизированные аккумуляторы обоих технологий очень чувствительны к перезаряду. На рис. 4 показано, как быстро снижается срок службы при работе в буферном режиме при увеличении напряжения постоянного подзаряда. Недозаряд аккумуляторов также вреден.

Рис. 4. Зависимость срока службы от напряжения постоянного подзаряда

Для обеспечения длительного срока службы герметизированного аккумулятора в буферном режиме необходимо, чтобы установившееся отклонение выходного напряжения постоянного тока ЭПУ не превышало 1%. Переменная составляющая выходного напряжения постоянного подзаряда вредна для герметизированных аккумуляторов. Максимальное критическое значение ~I (АС) = 2 – 5 А (rms) на 100 А∙ч. Всплески (пики) и другие виды пульсирующего напряжения (при отключенной батареи, но с присоединенной нагрузкой) считаются допустимыми, если разброс пульсаций напряжения ЭПУ, включая пределы регулирования, не превышает 2,5% рекомендованного напряжения постоянного подзаряда батареи. Большие пульсации переменного тока могут привести к термическому разогреву (терморазгону) аккумуляторов. AGM-аккумуляторы более склонны к терморазгону, чем гелевые аккумуляторы. При использовании герметизированных аккумуляторов в инверторах критичной считается частота менее 50 Гц (46–35 Гц). Обычно это происходит из-за неисправности инвертора. Например, частота 20 Гц может привести к большому перезаряду аккумулятора и выходу его из строя в течение нескольких дней. Особенно чувствительны к таким неисправностям AGM-аккумуляторы. При частотах ниже 20 Гц в аккумуляторах вообще может остановиться электрохимическая реакция.

Для длительного срока службы герметизированных аккумуляторов важны: толщина положительной пластины (4–5 мм), состав сплава и конструкция решетки. Некоторые производители заявляют большой срок службы аккумуляторов, при этом используют стандартные (тонкие 2,5–3 мм) пластины; реальный срок службы таких аккумуляторов остается неизвестным и может быть определен только в процессе эксплуатации. При выборе аккумуляторов рекомендуем обратить внимание на вес, который связан с толщиной пластин.

В GEL-аккумуляторах типа OPzV с панцирными пластинами срок службы во многом зависит от скорости коррозии стержня электрода. Толщина пластин большая и равна 8–10 мм, что обуславливает большой срок их службы и низкую скорость коррозии стержня.

Статистику причин отказов герметизированных аккумуляторов в России проследить очень трудно. Фирмы-поставщики аккумуляторов тщательно это скрывают, чтобы не потерять авторитет и рынок сбыта. Много отказов происходит из-за нарушений условий эксплуатации, а также устаревшей техники. Среди них следует отметить негативное влияние выпрямителей типа ВУК на срок службы аккумуляторных батарей. Технический ресурс использования этих выпрямителей превысил все мыслимые пределы. Выпрямители типа ВУК не имеют ни стабильного, ни фильтрованного напряжения на выходе. Можно обратить внимание на выпрямители устаревшего типа ВУТ: неправильное чередование фаз питающей промышленной сети приводит к отказу выпрямителей. Этот отказ является восстанавливаемым и проявляется в недопустимом завышении выходного напряжения с последующим аварийным отключением выпрямителя. В случае совпадения неправильного чередования фаз с отказом завышенное напряжение питания вызывает повреждение батареи (сильный перезаряд), которую восстановить уже нельзя. В ВУТах отсутствует устройство автоматического переключения из режима стабилизации тока в режим стабилизации напряжения. Герметизированные аккумуляторы с устройствами старого типа (ВУТ, ВУК) работают недолго, и использование их с данными выпрямителями недопустимо.

При выборе аккумулятора для стационарных условий работы следует руководствоваться, в первую очередь, условиями эксплуатации. Если есть аккумуляторное помещение, оборудованное приточно-вытяжной вентиляцией для размещения обслуживаемых классических аккумуляторов, то его следует использовать по назначению и только для классических аккумуляторов с жидким электролитом (например, типа OPzS (в России – типа ССАП, ТБ-М), OGi (типа СН, ТБ), Groe (типа СК, БП). Герметизированные аккумуляторы лучше применять при наличии хорошего современного выпрямителя (например, УЭПС-3 производства ОАО «ЮПЗ «Промсвязь»). Герметизированные аккумуляторы только на первый взгляд доставляют меньше хлопот своим хозяевам. Их применение не означает, что обслуживание вообще исключается. В любом случае необходимо контролировать состояние аккумуляторов (напряжение, емкость, состояние корпуса и выводов, температуру аккумуляторов и помещения). Для успешной эксплуатации герметизированных аккумуляторов важно, чтобы в выпрямителях (ЭПУ), используемых для заряда аккумуляторов, были реализованы все требования, которые предъявляются к заряду герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов.

Для того чтобы поднять надежность ЭПУ с герметизированными аккумуляторами, необходимо чаще получать оперативную информацию о состоянии и режимах работы системы электропитания. Это возможно за счет использования систем сигнализации и мониторинга электропитания. Для этих целей можно применять устройство контроля разряда-заряда (УКРЗ) аккумуляторных батарей. УКРЗ может автоматически выполнять тесты проверки аккумуляторов, автоматически контролировать параметры. По результатам тестов можно прогнозировать сроки замены и планировать техническое обслуживание. Современные ЭПУ типа УЭПС-3 могут комплектоваться устройствами поэлементного контроля батарей УПКБ, которые позволяют дистанционно контролировать напряжение и температуру каждого 2В элемента или моноблока и передавать через Ethernet, GSM, PSTN, RS-485 (тип модуля определяется при заказе). Можно использовать устройство контроля напряжения буферного режима аккумуляторной батареи (УКН) с дистанционной сигнализацией для оповещения дежурного персонала. Операторы мобильной связи рекомендуют строить систему мониторинга на базе радиосети и современных универсальных микроконтроллеров, снабженных радиомодемами, которые регулярно отправляют информацию в центр и на мобильные телефоны технического персонала. Кроме того, системы мониторинга послужат основой для интеграции с АСКУЭ и системой управления климатом, которые активно внедряются на объектах связи, энергетики, транспорта и промышленных предприятиях.

Несмотря на то, что свинцовый аккумулятор известен более ста лет, продолжаются работы по его совершенствованию. Совершенствование свинцовых аккумуляторов идет по пути изыскания новых сплавов для решеток, облегченных и прочных материалов корпусов и улучшения качества сепараторов.

Для герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов характерен большой разброс параметров, связанных с технологией изготовления, качеством исходного сырья и техническим уровнем оборудования, применяемого для изготовления аккумуляторов.

«…Не смотря на сложность систем электропитания (ЭПУ), современные технологии выпрямления переменного тока и инвертирования постоянного тока, аккумулятор является самой главной и самой ответственной частью этих систем электропитания…», – из статьи М.Н. Петрова.

Основная задача, которую необходимо решить в ближайшее время это - создать производство герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов в России!

При создании производства надо учесть накопленный опыт в других странах и в самой России.

Каждая аккумуляторная батарея, будь то источник питания для автомобиля или же простая батарейка, с помощью которой осуществляется работа того или иного инструмента или гаджета, нуждается в корректном использовании и уходе. Соблюдая правила эксплуатации аккумуляторных батарей, можно обеспечить длительный срок их службы - так, чтобы они, как положено, выработали свой ресурс. Известно, что к каждому электроинструменту, оснащенному батареями (а также к самим АКБ), всегда прилагается инструкция по эксплуатации, заглянуть в которую никогда не будет лишним. Здесь мы рассмотрим основные тонкости, связанные с тем, как правильно пользоваться разными видами батарей, в зависимости от сферы их применения.

Известно, что батареи для автомобиля бывают обслуживаемыми и . К обслуживаемым относятся , а к необслуживаемым - большей частью и . Они более удобны и универсальны в использовании. Поскольку жидко-кислотные батареи до сих пор находятся в приоритете у многих водителей по причине их невысокой цены и надежности, будет справедливо вначале рассказать об особенностях их применения.

Особенности применения жидко-кислотных автомобильных аккумуляторов

Проверка электролита

Если батарея вашего автомобиля заполнена внутри «банок» электролитической жидкостью, это значит, что периодически нужно будет . Время от времени придется . Обслуживаемые АКБ всегда имеют доступ к отсекам, и уровень жидкости нужно проверять в каждом из них.

Для чего требуется доливка дистиллированной воды? Дело в том, что у всех жидких автомобильных батарей в процессе работы происходит постепенное снижение уровня электролитической жидкости, а процент серной , наоборот, становится больше, потому что вода испаряется. Это называется повышением плотности электролита. Именно оно оказывает негативное влияние на качество функционирования батареи. Если в течение от одного до трех месяцев жидкость испаряется до критического уровня (в аккумуляторе ее становится мало, и свинцовые пластины могут оголиться), следует проверить регулятор уровня напряжения на предмет его исправности. В норме сильное падение уровня жидкости наблюдается, как правило, в течение 2-4 лет после того, как началась интенсивная эксплуатация аккумулятора после его приобретения.

Скорость, с которой испаряется жидкость внутри аккумуляторных «банок», зависит от многих факторов:

• уровень качества самих АКБ;
• неправильная эксплуатация аккумуляторных батарей;
• исправность электрического оборудования автомобиля;
• погодные условия и режимы поездок.

Как видите, обслуживаемая автомобильная батарея требует к себе особого отношения. Кроме того, в процессе эксплуатации АКБ, раз в два-три месяца настоятельно рекомендуется проверять ее показатель напряжения , который в норме составляет от 12 до 12,8 В . При этом, важно помнить о том, что если U становится ниже 11,6 В, ваш аккумулятор срочно нуждается в полной .

При эксплуатации аккумуляторных батарей жидко-кислотного типа важно также помнить о том, что скорость саморазряда у них достаточно высока по сравнению с более дорогостоящими современными аналогами. Она может достигать 10-14% в месяц, а после того, как длительность службы АКБ превышает 2 года, саморазряд становится больше, как минимум, в три раза. Если ваша батарея долго не используется, не забывайте о ее регулярной подзарядке. Хотя бы раз в 2 месяца.

О выборе правильного ЗУ

Если применяемое зарядное устройство имеет зарядное U ниже, чем 13,8 вольт, аккумулятор постоянно будет недозаряженным. Это может быстро привести к тому, что называется «хроническим недозарядом», в результате которого КПД аккумулятора и его емкость падают. Поэтому всегда следует использовать только подходящее зарядное устройство .

Помните о том, что эксплуатация батарей при постоянном заряде не больше 50-60 процентов очень быстро приведет к потере емкости, потому что активная масса электродов внутри АКБ будет подвержена ускоренному оплыванию.

Как стареет жидко-кислотная АКБ

Чем старше становится аккумулятор вашего автомобиля, тем больше будет процент его естественного износа со временем:

• Сечение главных элементов конструкции электрода со знаком «плюс» станет значительно меньше, что приведет к повышению сопротивления внутри аккумулятора . Новая батарея имеет гораздо меньшее сопротивление, вследствие чего и разрядное напряжение у нее намного выше.
• Если эксплуатация АКБ осуществляется постоянно и долго, емкость ее постепенно снижается . Потому что уровень активных веществ, которые участвуют в электрохимических преобразованиях, снижается.
• Со временем будет увеличиваться расход дистиллированной воды в процессе . Через год воды потребуется в 1,5 раза больше, а через два года - в 2-3 раза больше.

Для того чтобы ваша жидко-кислотная батарея работала как можно дольше, следует соблюдать несколько правил и руководствоваться следующими показателями:

• Проверяйте электролита в каждом отсеке АКБ. В норме она составляет 1,27 гр/см 3 .
• Показатель U в разомкнутой электрической цепи при замерах мультиметром не должен опускаться ниже 12,5 вольт .
• Следите за надежным креплением батареи в машине.
• Если аккумулятор сильно разряжен, позаботьтесь о том, чтобы как можно скорее приступить к его полноценной зарядке .
• Не злоупотребляйте короткими и нерегулярными «подзарядками» , снижающими емкость АКБ.
• Все работы по обслуживанию жидко-кислотной батареи выполняйте в защитных перчатках .
• Помните о взрывоопасности жидкой кислоты и не заряжайте такой аккумулятор вблизи источников открытого огня и при высоких температурах .
• Регулярно проверяйте состояние клемм на предмет загрязнений и белого налета в виде окисей тяжелых металлов.

Особенности применения гелевых автомобильных аккумуляторов

Безусловно, эксплуатация гелевых аккумуляторов может показаться гораздо более простой, если сравнивать ее с дешевыми «кислотниками».

С одной стороны это, действительно, так. Поскольку внутри такого источника тока находится не жидкость, а гель, он более безопасен в применении и не подвержен взрывоопасности. Гелевую АКБ при необходимости можно положить на бок и повернуть любой стороной, и с ней ничего не случится.

Срок эксплуатации у гелевых батарей намного больше. К тому же, они не требуют никакого обслуживания внутри: им не нужна заливка дистиллированной воды и регулярная проверка внутреннего состояния «банок». Поэтому возникает вопрос - не лучше ли сразу заплатить тысяч 10 или 15, чтобы «не париться» лишний раз?

С одной стороны, преимущества гелевых АКБ очевидны. Однако при эксплуатации аккумулятора этого типа необходимо соблюдать ряд определенных предписаний, иначе «посадить» дорогостоящий аккумулятор можно в два счета.

Если вы приобретаете гелевую АКБ, исправность бортовой сети вашего автомобиля и его составляющих, связанных с аккумуляторным питанием, должна находится на самом высоком уровне:

• Ток должен подаваться стабильно и точно .
• Напряжение во всех частях бортовой электросети автомобиля не должно быть скачкообразным. Если оно «скачет», аккумулятор сразу же может необратимо выйти из строя.
• Генератор и реле-регулятор должны работать исправно , поддерживая напряжение в гелевой батарее не больше цифры в 14,4 В.
• Что касается реле-регулятора, многие опытные автомобилисты рекомендуют сразу установить в машину запасное реле в случае приобретения гелевой АКБ. Если одно реле вдруг «накроется», другое, в данном случае, спасет батарею.
• Следует сразу же приобрести зарядное устройство , желательно с автоматическим режимом .
• Если вдруг напряжение в АКБ становится выше 14,4 вольт (это уже критический показатель), обязательно должен сработать регулятор напряжения .

Как видите, несмотря на все положительные характеристики и внешние удобства эксплуатации аккумулятора такого типа, гелевые батареи очень капризны и также требуют особого к себе отношения. Только в несколько ином виде. Ради них водителю придется еще дополнительно потратиться на приведение в идеальный порядок бортовой сети автомобиля.

Особенности применения щелочных батареек

Как бы удивительно это ни выглядело, но эксплуатация , иными словами, обычных батареек, на которых работают электроинструменты и прочие бытовые приборы, тоже имеет свои тонкости и особенности. Их обязательно следует знать для того, чтобы элементы питания правильно вырабатывали свой ресурс.

При эксплуатации никель-кадмиевых батареек нужно иметь в виду то, что им свойственен так называемый «эффект памяти» . Если такие аккумуляторы подвергать частой и не очень длительной подзарядке, а также подключать к ним ЗУ, когда разряд их происходит не полностью, они как бы «запоминают» тот уровень заряда, который у них оставался, и работают не в полную силу. Поэтому у пользователя может сложиться впечатление, что АКБ вышли из строя. Но это не так.

Чтобы избавиться от «эффекта памяти» и возвратить никель-кадмиевым батарейкам хороший уровень емкости, их обязательно следует «прогнать» с помощью нескольких циклов «заряд-разряд». Не злоупотребляйте быстрыми подзарядками и не бойтесь оставлять их разряженными. Такие элементы глубоких разрядов не боятся.

Никель-металлогидридные, или , напротив, не любят глубоких разрядов и подвержены влиянию перепадов температур.

Если вы храните такие батарейки долго без применения, а потом вдруг появилась необходимость ими воспользоваться, они не подведут вас и будут работать полноценно, даже если вы не пользовались ими несколько месяцев. Потребуется только небольшая подготовка их к работе: восстановите их емкость, зарядив и разрядив несколько раз.

Срок хранения никель-кадмиевых аккумуляторов с периодическим их применением может составлять до пяти лет. Хранить их нужно в теплом и сухом месте, желательно отдельно от электроинструмента или иного бытового прибора.

Когда речь заходит о понятии «щелочные аккумуляторы» с применением никелевых соединений, некоторые пользователи часто путают никель-металлгидридный аккумулятор с никель-кадмиевым. Они отличаются между собой главным образом тем, что Ni-Cd элементы - самые неприхотливые в эксплуатации, редко перегреваются, и их «старение» происходит очень медленно, что очень выгодно для пользователя.

Особенности применения литий-ионных и Li-pol батареек

Эксплуатация также имеет свои особенности. При этом, правила эксплуатации Li-Ion и литий-полимера фактически идентичны, учитывая то, что современные технологии помогли устранить технические недостатки всей литиевой «линейки».

Как известно, первые Li-Ion батареи были довольно опасными и часто взрывались - главным образом, при перегреве. Сейчас все аккумуляторы этого типа снабжены контроллером уровня напряжения , который не позволяет U подниматься выше требуемого.

Для того чтобы продлить и литий-полимерных аккумуляторов, соблюдайте следующие несложные рекомендации:

• Всегда следите за тем, чтобы заряд Li-Ion или Li-полимерных аккумуляторов составлял, как минимум, 45% . Литий не любит глубокого разряда и очень к нему чувствителен.
• Поддерживайте этот показатель заряда стабильно, не уменьшайте его.
• Частые подзарядки таким батарейкам, вопреки распространенному мнению, не повредят. Главный плюс любого литий-ионного и li-pol аккумулятора состоит в том, что ни у тех, ни у других нет «эффекта памяти» .
• Не допускайте их перезаряда или перегрева : они довольно чувствительны.
• Новым Li-I on аккумуляторам можно провести несколько циклов «заряд-разряд» . Но не с целью убрать «эффект памяти», а для того, чтобы откалибровать их контроллер для его правильной и четкой работы.

Эксплуатация аккумулятора любого типа имеет особенности и нюансы, которые пользователь всегда должен иметь в виду. Это поможет больше узнать как об автомобильных аккумуляторах, так и о самых обычных батарейках, вникнуть в суть их работы и продлить срок их службы при использовании.

Техническая эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

В процессе эксплуатации свинцово-кислотные аккумуляторные батареи заряжают, контролируют их текущую работу, выполняют операции технического обслуживания, подготавливают батареи к длительному хранению.

Заряжают аккумуляторные батареи после пропитки пластин электролитом (3 ч для сухозаряженных и 4…6 ч для незаряженных пластин) в одну или две ступени.

Сила зарядного тока при вводе в действие новой батареи выбирается в зависимости от состояния пластин. При сухо-заряженных пластинах зарядный ток должен составлять 0,1 от номинальной емкости батареи, при разряженных - на 25% меньше.

Одноступенчатая зарядка проводится током 0,1-10 до конца. При двухступенчатой зарядке сила зарядного тока на первой ступени составляет 1,5 Q10 (до 70… 100 А), а на второй снижается в два-три раза. Сила зарядного тока практически ограничивается нагревом электролита. Его температура в любых случаях не должна превышать 45 °С.

Конец зарядки определяется по такому основному признаку: в течение последних 3 ч наблюдается постоянство напряжения и плотности электролита, интенсивный электролиз воды в электролите приводит к бурному газовыделению (кипению).

При переходе от первой ступени зарядки ко второй аккумуляторной батарее дают отдых (отключают от зарядного устройства). Как только э. д. с. покоя аккумуляторов снизится до 2,11 В, а температура электролита станет 20 °С, батарею подключают на зарядку током второй ступени.

Полная разрядка аккумулятора характеризуется снижением плотности электролита на 0,16 г/см3.

Контроль работы аккумуляторных батарей включает в себя такие операции: проверку уровня электролита, проверку плотности электролита с целью определения степени разрядки, испытание под нагрузкой более 100 А включением стартера либо нагрузочной вилкой.

В процессе эксплуатации из состава электролита вследствие электролиза теряется вода, поэтому для восстановления уровня электролита (10…15 мм выше верхнего края пластин) в аккумуляторы доливают дистиллированную воду.

Испытанием батареи под нагрузкой проверяют наличие внутренних дефектов (образование на поверхности и в порах активной массы пленки крупнокристаллического сульфата свинца - явление сульфатации, выкраивание активной массы, разрушение сепараторов, короткое замыкание пластин и др.).

Техническое обслуживание аккумуляторной батареи включает в себя такие операции, как очистку от пыли и грязи, удаление разбрызганного электролита с поверхности крышек, перемычек и пленки, зачистку окислившихся клемм и наконечников проводов, прочистку вентиляционных отверстий, проверку целостности баков и т. п.

Подготовка аккумуляторных батарей к хранению заключается в создании условий, при которых максимально замедляются химические реакции в аккумуляторах. Новые сухие батареи следует хранить герметически закрытыми в неотапливаемых помещениях. При подготовке таких батарей к хранению проверяют наличие герметизирующих прокладок и шайб под пробками. Бывшие в эксплуатации батареи с залитым электролитом перед постановкой на хранение полностью заряжают и хранят в неотапливаемых помещениях при температуре ниже 0 °С. Саморазрядка батареи тем меньше, чем ниже температура окружающего воздуха. Однако хранение аккумуляторных батарей допускается при температуре не ниже минус 30 градусов С.

Работа с свинцово-кислотными аккумуляторами чревата отравлениями свинцовой пылью и соединениями серной кислоты и взрывами выделяющихся газов.

При обслуживании аккумуляторов необходимо пользоваться спецодеждой, защитными очками и приспособлениями для безопасной работы. Приготовление электролита связано с интенсивным выделением теплоты и возможным разбрызгиванием серной кислоты. Это учитывается при выборе материала емкостей для электролита (рекомендуется использовать нехрупкие пластмассовые сосуды) и технологии смешивания серной кислоты с дистиллированной водой (тяжелая кислота тонкой струей наливается в более легкую воду при непрерывном помешивании).

В статье рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС)

Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные аккумуляторные батареи (далее - аккумуляторы), предназначенные для использования в качестве источников постоянного тока для электропитания или резервирования аппаратуры ОПС, связи и видеонаблюдения, в короткий срок завоевали популярность у пользователей и разработчиков. Наиболее широкое применение получили аккумуляторы, производимые фирмами: «Power Sonic», «CSB», «Fiamm», «Sonnenschein», «Cobe», «Yuasa», «Panasonic», «Vision».

Аккумуляторы такого типа имеют следующие достоинства:

Рисунок 1 - Зависимость времени разряда аккумулятора от тока разряда

• герметичность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу;
• не требуются замена электролита и доливка воды;
• возможность эксплуатации в любом положении;
• не вызывает коррозии аппаратуры ОПС;
• устойчивость без повреждений к глубокому разряду;
• малый саморазряд (менее 0,1%) от номинальной ёмкости в сутки при температуре окружающей среды плюс 20 °С;
• сохранение работоспособности при более чем 1000 циклов 30% разряда и свыше 200 циклов полного разряда;
• возможность складирования в заряженном состоянии без подзаряда в течение двух лет при температуре окружающей среды плюс 20 °С;
• возможность быстрого восстановления ёмкости (до 70% за два часа) при заряде полностью разряженного аккумулятора;
• простота заряда;
• при обращении с изделиями не требуется соблюдение каких-либо мер предосторожности (так как электролит находится в виде геля, отсутствует утечка кислоты при повреждении корпуса).

Рисунок 2 - Зависимость емкости аккумулятора от температуры окружающей среды

Одной из основных характеристик является ёмкость аккумулятора С (произведение тока разряда А на время разряда ч). Номинальная ёмкость (значение указано на батарее) равна ёмкости, которую отдает аккумулятор при 20-часовом разряде до напряжения 1,75 В на каждой ячейке. Для 12-вольтового аккумулятора, содержащего шесть ячеек, это напряжение равно 10,5 В. Например, аккумулятор с номинальной ёмкостью 7 Ач обеспечивает работу в течение 20 ч при токе разряда 0,35 А. При расчете времени работы аккумулятора при токе разряда, отличном от 20-часового, реальная ёмкость его будет отличаться от номинальной. Так, при более 20-часовом токе разряда реальная ёмкость аккумулятора будет меньше номинальной (рисунок 1 ).

Ёмкость аккумулятора также зависит от температуры окружающей среды (рисунок 2 ).
Все фирмы-производители выпускают аккумуляторы двух номиналов: 6 и 12 В с номинальной ёмкостью 1,2 … 65,0 А*ч.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ АККУМУЛЯТОРОВ

При эксплуатации аккумуляторов необходимо соблюдать требования, предъявляемые к их разряду, заряду и хранению.

1. Разряд аккумулятора

При разряде аккумулятора температура окружающей среды должна поддерживаться в пределах от минус 20 (для некоторых типов аккумуляторов от минус 30 °С) до плюс 50 °С. Такой широкий температурный диапазон позволяет устанавливать аккумуляторы в неотапливаемых помещениях без дополнительного подогрева.
Не рекомендуется подвергать аккумулятор «глубокому» разряду, так как это может привести к его порче. В таблице 1 приведены значения допустимого напряжения разряда для различных значений тока разряда.

Таблица 1

Аккумулятор после разряда следует немедленно зарядить. Это особенно касается аккумулятора, который был подвергнут «глубокому» разряду. Если аккумулятор в течение длительного периода времени находится в разряженном состоянии, то возможна ситуация, при которой восстановить полностью его ёмкость будет невозможно.

Некоторые разработчики источников питания со встроенным аккумулятором устанавливают напряжение отключения батареи при ее разряде предельно низким (9,5…10,0 В), пытаясь увеличить время работы в резерве. На самом деле увеличение продолжительности ее работы в этом случае незначительно. Например, остаточная ёмкость батареи при ее разряде током 0,05 С до 11 В составляет 10% от номинальной, а при разряде большим током это значение уменьшается.

2. Соединение нескольких аккумуляторов

Для получения номиналов напряжений свыше 12 В (например, 24 В), используемых для резервирования приемно-контрольных приборов и извещателей для открытых площадок, допускается последовательное соединение нескольких аккумуляторов. При этом следует соблюдать следующие правила:

• Необходимо использовать одинаковый тип аккумуляторов, производимых одной фирмой-изготовителем.
• Не рекомендуется соединять аккумуляторы с разницей даты времени изготовления больше чем 1 месяц.
• Необходимо поддерживать разницу температур между аккумуляторами в пределах 3 °С.
• Рекомендуется соблюдать необходимое расстояние (10 мм) между батареями.

3. Хранение

Рисунок 3 - Зависимость изменения емкости аккумулятора от времени хранения при различной температур

Допускается хранить аккумуляторы при температуре окружающей среды от минус 20 до плюс 40 °С.

Аккумуляторы, поставляемые фирмами-изготовителями в полностью заряженном состоянии, имеют достаточно малый ток саморазряда, однако при длительном хранении или использовании циклического режима заряда возможно уменьшение их емкости (рисунок 3 ). Во время хранения аккумуляторов рекомендуется перезаряжать их не реже 1 раза в 6 месяцев.

4. Заряд аккумулятора

Рисунок 4 - Зависимость срока службы аккумулятора от температуры окружающей среды

Заряд аккумулятора можно осуществлять при температуре окружающей среды от 0 до плюс 40 °С.
При заряде аккумулятора нельзя помещать его в герметично закрытую емкость, так как возможно выделение газов (при заряде большим током).

ВЫБОР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

Рисунок 5 - Зависимость изменения относительной емкости аккумулятора от срока службы в буферном режиме заряда

Необходимость правильного выбора зарядного устройства продиктована тем, что чрезмерный заряд будет не только уменьшать количество электролита, а приведет к быстрому выходу из строя элементов аккумулятора. В то же время уменьшение тока заряда приводит к увеличению продолжительности заряда. Это не всегда желательно, особенно при резервировании аппаратуры ОПС на объектах, где часто происходят отключения электроэнергии,
Срок службы аккумулятора существенно зависит от методов заряда и температуры окружающей среды (рисунки 4, 5, 6 ).

Буферный режим заряда

Рисунок 6 - Зависимость количества циклов разряда аккумулятора от глубины разряда* % показывает глубину разряда на каждый цикл номинальной емкости, взятой как 100%

При буферном режиме заряда аккумулятор всегда подключен к источнику постоянного тока. В начале заряда источник работает как ограничитель тока, в конце (когда напряжение на батарее достигает необходимого значения) - начинает работать как ограничитель напряжения. С этого момента ток заряда начинает падать и достигает величины, компенсирующей саморазряд аккумулятора.

Циклический режим заряда

При циклическом режиме заряда производится заряд аккумулятора, затем он отключается от зарядного устройства. Следующий цикл заряда осуществляется только после разряда аккумулятора или через определенное время для компенсации саморазряда. Характеристики заряда аккумулятора приведены в таблице 2 .

Таблица 2

Примечание - Температурный коэффициент не следует принимать во внимание, если заряд протекает при температуре окружающей среды 10…30° С.

На рисунке 6 показано количество циклов разряда, которым можно подвергнуть аккумулятор в зависимости от глубины разряда.

Ускоренный заряд аккумулятора

Допускается проведение ускоренного заряда аккумулятора (только для циклического режима заряда). Для данного режима характерно наличие цепей температурной компенсации и встроенных температурных защитных устройств, так как при протекании большого тока заряда возможен разогрев аккумулятора. Характеристики ускоренного заряда аккумулятора приведены в таблице 3.

Таблица 3

Примечание - следует использовать таймер, чтобы предотвратить заряд аккумулятора.

Для аккумуляторов, имеющих ёмкость более чем 10 Ач, начальный ток не должен превышать 1C.
Срок службы кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов может составлять 4…6 лет (при соблюдении требований, предъявляемых к заряду, хранению и эксплуатации аккумуляторов). При этом в течение указанного срока их эксплуатации никакого дополнительного обслуживания не требуется.

* Все рисунки и технические характеристики, использованные в данной статье, приведены из документации для аккумуляторов фирмы «Fiamm», а также полностью соответствуют техническим характеристикам параметров аккумуляторов, производимых фирмами «Cobe» и «Yuasa».

Продолжить чтение

Какая емкость АБ Вам нужна? При расчете системы автономного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании "Ваш Солнечный Дом" помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета Вы можете руководствоваться следующими простыми…