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.

Герметичные свинцовые аккумуляторы обычно производятся по двум технологиям - гелевые и AGM. В статье подробнее рассмотрены отличия и особенности этих двух технологий. Даны общие рекомендации по эксплуатации таких аккумуляторов.

Основные типы АКБ рекомендованные для применения в автономных солнечных энергосистемах:Неотъемлемой компонентом автономных солнечных энергосистем являются необслуживаемые аккумуляторные батареи большой емкости. Такие АКБ гарантируют неизменное качество и сохранение функциональных возможностей на протяжения всего заявленного жизненного цикла.

Технология AGM - (Absorbent Glass Mat) На русский язык это можно перевести как “поглощающее стекловолокно”. В качестве электролита также используется кислота в жидком виде. Но пространство между электродами заполнено микропористым материалом-сепаратором на основе стекловолокна. Это вещество действует как губка, оно полностью всасывает всю кислоту и удерживает её, не давая растекаться.

При протекании химической реакции внутри такого аккумулятора также образуются газы (в основном водород и кислород, их молекулы являются составными частями воды и кислоты). Их пузырьки заполняют некоторые из пор, при этом газ не улетучивается. Он принимает непосредственное участие в химических реакциях при подзарядке батареи, возвращаясь обратно в жидкий электролит. Этот процесс называется рекомбинацией газов. Из школьного курса химии известно, что круговой процесс не может быть 100% эффективным. Но в современных AGM аккумуляторах эффективность рекомбинации достигает 95-99%. Т.е. внутри корпуса такого аккумулятора образуется ничтожно малое количество свободного ненужного газа и электролит не меняет своих химических свойств на протяжении многих лет. Тем не менее, истечению очень долгого времени свободный газ создает внутри батареи избыточное давление, когда оно достигает определенного уровня, срабатывает специальный выпускной клапан. Этот клапан также защищает батарею от разрыва в случае возникновения внештатных ситуаций: работа в экстремальных режимах, резкое повышение температуры в помещении из-за внешних факторов и тому подобное.

Основные преимуществом аккумуляторов AGM перед технологией GEL, является более низкое внутреннее сопротивление аккумулятора. Прежде всего это влияет на время заряда АКБ, которое в автономных системах сильно ограничено, особенно в зимнее время. Таким образом, АКБ AGM быстрее заряжается, а значит быстрее выходит из режима глубокого разряда, который губителей для обоих типов АКБ. Если система автономная, то при использовании АКБ AGM ее КПД будет выше, чем у такой же системы с АКБ GEL, т.к. для заряда АКБ GEL требуется больше времени и мощности, которых может не хватать в пасмурные зимние дни. При отрицательных температурах гелевый аккумулятор сохраняет больше емкости и считается более стабильным, но как показывает практика, в пасмурную погоду при слабых токах заряда и отрицательный температурах, гелевый аккумулятор не будет заряжаться из-за высокого внутреннего сопротивления и "задубевшего" гелевого электролита, в то время как аккумулятор AGM будет заряжаться при малых токах зарядки.

Специальное техническое обслуживание батарей AGM не требуется. АКБ изготовленные по технологии AGM не требуют обслуживания и дополнительной вентиляции помещения. Недорогие АКБ AGM прекрасно работают в буферном режиме с глубиной разряда не более 20%. В таком режиме служат до 10-15 лет.

Если же их использовать в циклическом режиме и разряжать хотя бы до 30-40%, то их срок службы существенно сокращается. АКБ AGM часто используются в недорогих бесперебойниках (UPS) и небольших автономных солнечных энергосистемах. Тем не менее, в последнее время появились AGM батареи, которые рассчитаны на более глубокие разряды и цикличные режимы работы. Конечно, по своим характеристикам они уступают АКБ GEL, но прекрасно работают в автономных солнечных системах энергоснабжения.

Но главная техническая особенность AGM аккумуляторов, в отличие от стандартных свинцово-кислотных АКБ, - возможность работы в режиме глубокого разряда. Т.е. они могут отдавать электрическую энергию на протяжении длительного времени (часы и даже сутки) до состояния, когда запас энергии падает до 20-30 % от первоначального значения. После проведения зарядки такого аккумулятора он практически полностью восстанавливает свою рабочую емкость. Конечно, совсем бесследно такие ситуации проходить не могут. Но современные AGM аккумуляторы выдерживают от 600 и выше циклов глубокой разрядки.

Кроме того, у AGM батарей очень малый ток саморазряда. Заряженная батарея может храниться неподключенной долгое время. Например, за 12 месяцев простоя заряд аккумулятора упадет всего до 80% от первоначального. AGM аккумуляторы обычно имеют максимальный разрешенный ток заряда 0,3С, и конечное напряжение заряда 15-16В. Такие характеристики достигаются не только за счет конструктивных особенностей AGM технологии. При изготовлении батарей используются более дорогие материалы с особыми свойствами: электроды изготавливаются из особо чистого свинца, сами электроды делают более толстыми, в электролит входит серная кислота высокой степени очистки.

Технология GEL - (Gel Electrolite) В жидкий электролит добавляют вещество на основе двуокиси кремния (SiO2), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. Этой массой и заполнено пространство между электродами внутри аккумулятора. В процессе химических реакций в толще электролита возникают многочисленные газовые пузыри. В этих порах и раковинах происходит встреча молекул водорода и кислорода, т.е. газовая рекомбинация.

В отличие от AGM технологии, гелевые аккумуляторы ещё лучше восстанавливаются из состояния глубокого разряда, даже в том случае, когда к процессу заряда не приступили сразу же после зарядки батарей. Они способны перенести более 1000 циклов глубокой разрядки без принципиальной потери своей емкости. Так как электролит находится в густом состоянии, то он менее подвержен расслоению на составные части воду и кислоту, поэтому гелевые аккумуляторы лучше переносят плохие параметры тока подзаряда.

Пожалуй, единственный минус гелевой технологии – цена, она выше, чем у AGM батарей такой же емкости. Поэтому использовать гелевые аккумуляторы рекомендуется в составе сложных и дорогих систем автономного и резервного электроснабжения. А так же в случаях, когда отключения внешней электрической сети происходят постоянно, с завидной цикличностью. АКБ GEL лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Также, они лучше переносят сильные морозы. Снижение емкости при понижении температуры аккумуляторов также меньше, чем у других типов аккумуляторов. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения, когда батареи работают в циклических режимах (заряжаются и разряжаются каждый день) и нет возможности поддерживать температуру аккумуляторов в оптимальных пределах.

Почти все герметичные аккумуляторы могут устанавливаться на боку.
Гелевые аккумуляторы тоже отличаются по назначению - есть как общего назначения, так и глубокого разряда. Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.

Гелевые аккумуляторы имеют примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM аккумуляторы. Также, они менее болезненно переносят глубокий разряд. Одним из основных преимуществ гелевых аккумуляторов перед AGM является существенно меньшая потеря емкости при понижении температуры аккумулятора. К недостаткам можно отнести необходимость строгого соблюдения режимов заряда.

Батареи AGM идеальны для работы в буферном режиме, в качестве запасного варианта при редких перебоях электроэнергии. В случае слишком частого подключения в работу просто уменьшается их жизненный цикл. В таких случаях использование гелевых аккумуляторов бывает экономически более оправдано.

Системы на основе технологий AGM и GEL обладают особыми свойствами, которые просто необходимы для решения задач в области автономного энергоснабжения.

Аккумуляторы, изготовленные по технологиям AGM и GEL, являются свинцово-кислотными АКБ. Они состоят из схожего набора составных частей. В надежный пластиковый корпус, обеспечивающий необходимую степень герметизации, помещены пластины-электроды изготовленные из свинца или его особых сплавов с другими металлами. Пластины погружены в кислотную среду - электролит, который может выглядеть как жидкость, или быть в другом, более густом и менее текучем состоянии. В результате протекающих химических реакций между электродами и электролитом вырабатывается электрический ток. При подаче внешнего электрического напряжения заданной величины на клеммы свинцовых пластин, происходят обратные химические процессы, в результате которых батарея восстанавливает свои первоначальные свойства, заряжается.

Также существуют специальные АКБ по технологии OPzS, которые специально разработаны для "тяжелых" цикличных режимов.
Данный тип АКБ создавались специально для использования в системах автономного электроснабжения. Они имеют пониженное газовыделение, допускают много циклов заряд/разряда до 70% от номинальной емкости без повреждения и значительного сокращения срока службы. Но данный тип АКБ не пользуется высоким спросом в России из-за достаточно высокой стоимостью АКБ по сравнению с технологиями AGM и GEL.

Основные правила эксплуатации аккумуляторных батарей

1. Не допускайте хранения АКБ в разряженном состоянии. В этом случае происходит сульфатация электродов. В этом случае АКБ теряет емкость и существенно сокращается срок службы АКБ.

2. Не допускайте короткого замыкания клемм АКБ. Это может происходить при монтаже АКБ неквалифицированным персоналом. Сильный ток короткого замыкания заряженного АКБ способен расплавить контакты клемм и нанести термический ожог. Короткое замыкание также наносит серьезный ущерб АКБ.

3. Не пытайтесь вскрывать корпус необслуживаемого аккумулятора. Содержащийся внутри электролит способен вызвать химический ожог.

4. Подключайте АКБ в устройство только в правильном соответствии с полярностью. Полностью заряженный АКБ имеет значительный запас энергии и способен при неправильном подключении вывести устройство (инвертор, контроллер и т.д.) из строя.

5. Не забудьте утилизировать отслужившую свой срок батарею в соответствии с правилами утилизации для изделий, содержащих тяжелые металлы и кислоты.

Мы живем в мире, который уже невозможно представить без всевозможных аккумуляторов и батареек. На батареях работают сотовые телефоны, ноутбуки, детские игрушки и автомобили. Они также используются для поддержания работы устройств, работающих от сети. Когда случаются аварии и выключается электричество, тогда источники бесперебойного питания поддерживают функционирование оборудования. Мы везде сталкиваемся с батарейками и аккумуляторами, но практически не задумываемся о том, что они обладают не только полезными для нас свойствами. Также надо знать, что при неправильной и они несут в себе потенциальную угрозу для здоровья и окружающей среды.

До изобретения батарей производство электроэнергии требовало прямого подключения к источнику электроэнергии, поскольку не имелось возможности хранить электроэнергию. Батареи работают путем преобразования химической энергии в электрическую энергию. Противоположные концы батареи анод и катод создают электрическую цепь благодаря химическим веществам, называемым электролиты, которые пропускают электрический ток на устройство, когда оно подключено к батарее.

Вообще, батареи безопасны, но обращаться с ними стоит аккуратно, особенно со свинцово-кислотными аккумуляторами, в которых есть доступ к свинцу и серной кислоте. Также надо очень аккуратно обращаться с поврежденными батареями. В некоторых странах свинцово-кислотные батареи маркируются как устройство с опасными материалами, и это правильно. Давайте посмотрим на то, каким может быть вред аккумуляторов и батареек для здоровья, если с ними обращаться не надлежащим образом.

Свинцово-кислотные батареи

Свинец является токсичным металлом, который может попасть в организм при вдыхании свинцовой пыли или при прикосновении ко рту руками, которыми до этого трогали свинец. Попадая в землю, частицы свинца загрязняют почву и, когда она просыхает, попадают в воздух. Дети, поскольку их тела только развиваются, наиболее уязвимы к воздействию свинца. Чрезмерное содержание свинца может повлиять на рост ребенка, вызвать повреждение головного мозга, повредить почки, ухудшают слух и приводить к поведенческим проблемам. Свинец также опасен для детей, которые еще только находятся в утробе матери. У взрослых свинец может привести к потере памяти и к снижению способности концентрации внимания, а также нанести вред репродуктивной системе. Известно, что свинец вызывает повышенное кровяного давления, неврологические нарушения и мышечные и суставные боли. Исследователи считают, что Людвиг ван Бетховен заболел и умер из-за отравления свинцом.

Серная кислота в свинцово-кислотных батареях чрезвычайно агрессивна и потенциально более вредна, чем кислоты, используемые в других аккумуляторных системах. При попадании в глаза она может привести к постоянной слепоте; при проглатывании она повреждает внутренние органы, что может привести к смерти. Первая помощь при попадании на кожу серной кислоты – это промывание большим количеством воды в течение 10-15 минут, вода несколько охлаждает пораженные ткани и предотвращает вторичное повреждение. При попадании на одежду ее надо немедленно снять и тщательно промыть кожу под ней. При работе с серной кислотой всегда необходимо носить защитную одежду.

Никель-кадмиевые батареи

Кадмий, который используется в никель-кадмиевых батареях, считается более вредным при попадании внутрь, чем свинец. Рабочие на заводах в Японии, которые работают с никель-кадмиевыми батареями, испытывают серьезные проблемы со здоровьем, связанные с длительным воздействием металла. Утилизация на свалке таких батарей запрещена во многих странах. Мягкий, беловатый металл, который встречается в природе, может привести к повреждению почек. При прикосновении к протекшей батарее кадмий может всасываться через кожу. Так как большинство NiCd батарей герметизировано, то при обращении с ними практически не существует риска для здоровья. Но очень осторожно надо обращаться с открытыми батареями.

Никель-металл-гидридные и литий-ионные батареи

Никель-металл-гидридные батареи считается нетоксичными и единственное, чего следует опасаться – это электролит. Токсичный для растений, никель тем не менее не представляет опасности для человека. Литий-ионные батареи также являются довольно безопасными, они содержат мало токсичных материалов. Тем не менее, с поврежденными батареями необходимо обращаться с осторожностью. При работе с протекшей батареей не прикасайтесь ко рту, носу и глазам и тщательно мойте руки.

Батарейки и опасность для маленьких детей

Держите батарейки в недоступном для детей месте. Дети в возрасте до четырех лет очень легко могут проглотить батарейку. Чаще всего они глотают кнопочные элементы. Батарея часто застревает в пищеводе у ребенка и при этом электрический ток может сжигать окружающие ткани. Врачи часто неправильно диагностируют симптомы, которые могут быть такими как лихорадка, рвота, отсутствие аппетита и усталость. Батареи, которые свободно проходят через пищеварительный тракт, практически не причиняют длительного ущерба здоровью. Родителям стоит выбирать не только безопасные игрушки, но и хранить батарейки подальше от маленьких детей.

Безопасность зарядки аккумуляторов

Зарядка аккумуляторов в жилых, хорошо проветриваемых помещениях, когда она выполняется правильно, вполне безопасна. При зарядке свинцово-кислотные аккумуляторы выделяют некоторое количество водорода, которое, однако, не так велико. Водород становится взрывоопасным при концентрации 4%. Такое количество водорода может выделиться только при зарядке очень больших аккумуляторов в герметично закрытом помещении.

Перезарядка свинцово-кислотных аккумуляторов также может привести к выделению сероводорода. Это бесцветный, очень ядовитый легковоспламеняющийся газ, который пахнет тухлыми яйцами. Сероводород также встречается в природе, хотя и не очень часто, он образуется в результате распада органических веществ в болотах и канализации; присутствует в вулканических газах, в составе природного газа, попутных нефтяных газов, иногда встречается в растворенном виде в воде. Будучи тяжелее воздуха, газ скапливается внизу в плохо вентилируемых пространствах. Сероводород опасен ещё и тем, что хотя сначала запах газа можно ощутить, потом обоняние притупляется и его перестаешь замечать. Поэтому потенциальная жертва может и не знать о присутствии газа. Надо отметить, что когда запах сероводорода становится заметным, то концентрации газа опасна для жизни человека. При этом надо выключить зарядное устройство и хорошо проветрить помещение, пока весь запах не исчезнет.

Зарядка литий-ионных батарей вне безопасных ограничений сопряжена с опасностью взрыва и воспламенения. Большинство изготовителей снабжают Li-ion элементы устройством защиты, но это делается не всегда, поскольку это сопряжено с увеличением стоимости. Не надо заряжать вышедшие из строя аккумуляторы. Это может привести к взрыву и воспламенению устройства.

Для защиты герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA) при зарядке с перенапряжением должны применяться ограничители тока. Всегда устанавливайте ограничение тока на минимальное значение и следите за напряжением и температурой батареи во время зарядки.
В случае утечки электролита или в любом другом случае воздействия электролита на кожу немедленно промойте поврежденный участок большим количеством воды. При попадании в глаза также необходимо промыть их большим количеством воды и немедленно обратиться к врачу.
Надевайте защитные перчатки при работе с электролитом, свинцом и кадмием.

Читайте также статьи:

(Просмотрели48 167 | Посмотрели сегодня 3)

Экологические проблемы океана. 5 угроз будущему
Исчезающие виды животных и растений. Статистика и тенденции

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.

Тяговые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АКБ) с трубчатыми положительными пластинами предназначены для обеспечения непрерывной работы транспортных средств на электротяге – электропогрузчиков, штабелеров, тележек, поломоечных машин, а также шахтных тягачей, электровозов, трамваев и троллейбусов.

Основные параметры аккумуляторов

Основными параметрами АКБ являются номинальное напряжение, номинальная емкость, габаритные размеры и срок службы.

Номинальное напряжение одного аккумуляторного элемента составляет 2 В, соответственно общее номинальное напряжение АКБ, состоящей из соединенных последовательно N аккумуляторов, равно сумме напряжений каждого из них. Например, напряжение батареи, состоящей из 24 элементов, 48 В. Нормальное значение напряжения при правильной эксплуатации может варьироваться в процессе работы от 1,86 до 2,65 В/элемент для батарей с жидким электролитом и от 1,93 до 2,65 В/элемент для гелевых батарей.

Историческая справка

Идея загустить электролит батареи до состояния геля появилась у доктора Якоби, разработчика компании Sonnenschein, в 1957 г. В том же году была запатентована технология dryfit и начато производство гелевых батарей. Интересно, что первые их аналоги начали появляться на рынке только в середине 1980-х, в это время Sonnenschein имела уже почти 30-летний опыт производства таких батарей.

Электрической емкостью АКБ называется количество электричества, снимаемое при разряде АКБ. Емкость может измеряться в разных режимах, например, при 5-часовом разряде (С 5) и 20-часовом разряде (С 20). При этом у одной и той же батареи получится разное значение емкости. Так, при емкости батареи С 5 = 200 А·ч емкость С 20 той же самой батареи будет равна 240 А·ч. Этим иногда пользуются для завышения емкости батареи. Как правило, емкость тяговых аккумуляторов измеряют в 5-часовом режиме разряда, стационарных – в 10-часовом или 20-часовом, стартерных – только в 5-часовом режиме. Кроме того, при снижении температуры батареи ее полезная емкость уменьшается.

Габаритные размеры, как правило, имеют определяющее значение, поскольку в любой технике на электротяге для аккумулятора предусмотрено специальное посадочное место. Точный размер ящика зачастую можно узнать по модели машины.

Срок службы АКБ (для ведущих западноевропейских производителей) определяется DIN/EN 60254-1, IEC 254-1 и составляет 1500 циклов для батарей с жидким электролитом и 1200 циклов для гелевых батарей. Однако реальный срок службы может сильно отличаться от этих цифр, причем, как правило, в меньшую сторону. Он зависит прежде всего от качества производства и используемых материалов, от правильности эксплуатации и своевременности обслуживания, от режима работы, а также типа используемого зарядного устройства.

Эксплуатация

Условно процедуры эксплуатации и обслуживания можно разделить на четыре группы – ежедневные, еженедельные, ежемесячные и ежегодные операции.

Ежедневные операции:

• зарядить батарею после разряда;
• проверить уровень электролита и при необходимости откорректировать его, долив дистиллированную воду.

Еженедельные операции:

• очистить батарею от загрязнений;
• провести визуальный осмотр;
• провести выравнивающий заряд (желательно).

Ежемесячные операции:

• проверить исправность зарядного устройства;
• проверить и записать в журнал значение плотности электролита на всех элементах (после заряда);
• проверить и записать в журнал значение напряжения на всех элементах (после заряда).

Ежегодные операции:

• измерить сопротивление изоляции между батареей и корпусом машины. Сопротивление изоляции тяговых батарей в соответствии с DIN VDE 0510, ч. 3 должно быть не менее 50 Ом на каждый вольт номинального напряжения.

Вообще говоря, долив воды требуется примерно 1 раз в 7 циклов (1 раз в неделю при односменной работе), но проверка требуется после каждого заряда, так как вода расходуется неравномерно.

На заметку

При замене щелочных АКБ на свинцово-кислотные надо иметь в виду, что эти аккумуляторы нельзя заряжать вместе, поэтому нужно либо сразу переводить весь парк аккумуляторов на свинцово-кислотные, либо использовать два изолированных зарядных помещения. Кроме того, при замене щелочных АКБ на свинцово-кислотные потребуется сменить зарядное устройство.

Электролит

Электролит в тяговых аккумуляторах играет ключевую роль. Заливают его один раз, при вводе в эксплуатацию, и от его качества зависит стабильность эксплуатации батареи на протяжении ее срока службы (именно поэтому лучше приобретать батареи, залитые и заряженные в заводских условиях). При эксплуатации АКБ во время заряда в результате электролиза вода разлагается на кислород и водород (визуально это выглядит как кипение электролита), вот почему требуется периодически доливать воду. Уровень электролита, как правило, определяют по меткам min и max на заливной пробке. Кроме того, существует система автоматического долива воды Aquamatic, которая существенно ускоряет этот процесс.

Золотые правила

При эксплуатации батарей нужно соблюдать следующие основные правила:

Ни в коем случае не оставлять батарею в разряженном состоянии. После каждого разряда необходимо сразу ставить батарею на подзарядку, иначе начнется необратимый процесс сульфатации пластин. Это приводит к снижению емкости и срока службы батарей.

Разряжать батарею не более чем на 80% (для гелевых АКБ – 60%) . Как правило, за это отвечает датчик разряда, установленный на машине, однако его поломка, отсутствие или неправильная настройка может также привести к сульфатации пластин, перегреву батарей при заряде и в конечном итоге сокращению срока их службы.

В АКБ можно доливать только дистиллированную воду. В обычной воде содержится множество примесей, оказывающих негативное влияние на аккумуляторную батарею. Долив электролита в АКБ для увеличения плотности запрещен: во-первых, это не даст прироста емкости, а во-вторых, вызовет необратимую коррозию пластин.

На заметку

Температура электролита батареи не должна опускаться ниже +10 °С перед зарядом, однако это не запрещает работу в зонах с низкой температурой вплоть до –40 °С. При этом нужно давать батарее достаточно времени для нагрева перед зарядом. Во время заряда батарея нагревается примерно на 10 °С.

Поскольку при понижении температуры АКБ снижается ее полезная емкость, обычные зарядные устройства, основанные на методе заряда Wa или WoWa, будут недозаряжать батарею.

Для заряда рекомендуется использовать «умные» устройства, контролирующие состояние АКБ в процессе заряда, не допускающие недозаряд или перезаряд, например, Tecnys R, либо использовать термокомпенсацию – корректировку зарядного тока в зависимости от температуры АКБ.

Чистка АКБ

Чистота абсолютно необходима не только для хорошего внешнего вида батареи, но в значительно большей степени – для предотвращения несчастных случаев и ущерба, уменьшения срока службы, а также для того, чтобы АКБ находилась в состоянии, пригодном к эксплуатации. Аккумуляторные корпуса, ящики, изоляторы необходимо чистить для обеспечения требуемой изоляции элементов по отношению один к другому, по отношению к земле («массе») или внешним проводящим частям. Кроме того, очистка позволяет избежать коррозионных повреждений и возникновения блуждающих токов. Вне зависимости от времени работы и места на АКБ неизбежно оседает пыль.

Небольшое количество электролита, выступающего из батареи во время заряда после достижения напряжения газообразования, образует более-менее токопроводящий слой на крышках элементов или блоков, по которому протекают блуждающие токи. Результатом является повышенный и неоднородный саморазряд элементов или блоков. Это одна из причин того, почему операторы электрических машин жалуются на упавшую емкость батареи после того, как техника не эксплуатировалась в течение выходных дней.

Бытует мнение, что необслуживаемые системы возможны только на базе гелевых батарей, использование которых влечет естественные ограничения (большое время заряда, сниженная емкость и высокая стоимость). Однако мало кто знает, что необслуживаемые и сверхмалообслуживаемые системы возможны также на базе батарей с жидким электролитом (например, батареи Liberator).

Аккумуляторный журнал и организация работы

При использовании парка электропогрузчиков целесообразно закреплять за каждым погрузчиком свои АКБ. Для этого их нумеруют: 1а, 1б, 2а, 2б и т. д. (батареи с одинаковым номером используются на одном и том же погрузчике). После этого заводят журнал, в котором о каждой АКБ ежедневно отражается информация, проиллюстрированная на примере.

Пример 1

Номер батареи	Установлена на погрузчик				Поставлена на заряд
	Дата	Время		Показания счетчика, машино-ч	Дата	Время	Плотность (средняя по трем элементам выборочно)	Показания счетчика, машино-ч
1а
1б
2а
и т.д.

Таким образом, с помощью данного мероприятия можно избежать использования недозаряженных батарей, а также спрогнозировать и спланировать замену АКБ до полного выхода ее из строя. Помимо этого по каждой батарее целесообразно вести еще один журнал, в котором раз в месяц отражается информация о батарее, перечисленная в примере 2. Эти данные являются основным источником информации для сервисной службы, поэтому зачастую ведение такого журнала является обязательным условием гарантийного обслуживания. За все аккумуляторное хозяйство должен быть ответственен один или два (в случае двухсменной работы) человека. В их обязанности по данной зоне ответственности должны входить прием и выдача АКБ, их обслуживание и заряд, ведение аккумуляторных журналов, прогнозирование выхода АКБ из строя.