Размеры 6 вольтовых свинцово кислотных аккумуляторов. Эксплуатация кислотных аккумуляторных батарей. Срок службы герметизированных аккумуляторов

Аккумуляторная батарея – именно то, что встречается на абсолютно всех современных транспортных средствах. Основное предназначение данного узла всегда заключалось и заключается на сегодня в подаче электроэнергии на электронные устройства машины, если таковая им требуется в обход генератора . Вообще, первые аккумуляторы появились несколько сотен лет назад. Начиная с 1800-х годов, конструкционное и техническое развитие аккумуляторных батарей привело к созданию одного из самых известных в мире видов узла – свинцово-кислотному аккумулятору. Взяв в расчёт востребованность подобных батарей для автомобилистов, наш ресурс решил более детально рассмотреть именно их.

История появления подобных АКБ

Первым, кто создал и спроектировал реально рабочую свинцово-кислотную АКБ, был французский ученый – Гастон Планте. Этот человек был всерьез заинтересован в создании универсальных на тот момент аккумуляторных батарей, так как имел не только научный интерес, но и отчасти финансовый. Согласно историческим сводкам, Гастону Планте производители аккумуляторов, коих на тот момент было немного, предлагали немалые деньги за создание нового вида аккумулятора и удобной зарядки к нему.

В итоге, французскому учёному частично удалось достичь поставленной цели. Если быть точнее, Планте создал конструкцию АКБ с использованием свинцовых электродов и 10-% раствором серной кислоты. Несмотря на инновационность кислотного аккумулятора в те года, недостаток у него был существенный – необходимость прохождения огромного количества циклов «заряд-разряд» для зарядки батареи «на полную». К слову, количество данных циклов было настолько велико, что для полного вмещения в АКБ электроэнергии могло потребоваться несколько лет. Во многом это происходило из-за используемой в батареях конструкции свинцовых электродов и сепараторов, вследствие чего последующие несколько десятилетий умы «аккумуляторного дела» боролись именно с этим недочётом батарей.

Так, в период с 1880-1900 годов такие учёные как Фор и Фолькмар спроектировали чуть ли не идеальный среди всех типов конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов. Суть такой батареи заключалась в использовании не цельных пластин из свинца, а лишь его окисла, объединённого с сурьмой и нанесённого на специальные пластины. Позже, Селлон запатентовал наиболее удачный вид конструкции данной АКБ, внедрив в неё намазанную окислами свинца и сурьмы металлическую решётку, что в итоге:

• увеличило ёмкость аккумуляторов в несколько раз;
• усилило коммерческий интерес со стороны компаний к АКБ;
• и, в целом, совершило некоторый эволюционный скачок в аккумуляторном деле.

Отметим, что с начала 1890 года свинцово-кислотные батареи пошли в серийный выпуск и стали широко применяться повсеместно.

В 1970 годов произошла герметизация аккумуляторов, вследствие замены в них стандартных кислотных электролитов , на усовершенствованные газы и гели. В итоге, АКБ стала отчасти герметична. Однако полной герметизации добиться не удалось, так как, в любом случае, при зарядке и разрядке батареи образуются некоторые газы, которые важно выпускать из внутренностей аккумулятора для его же блага. Именно с тех пор герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы стали использоваться в огромнейших масштабах и практически не изменялись, за исключением незначительных усовершенствований электролитов и электродов, используемых в их конструкции.

Устройство свинцово-кислотного аккумулятора

По своей общей конструкции свинцово-кислотные АКБ уже более 110 лет неизменны. В общем виде батарея состоит из следующих элементов:

• пластмассовый или резиновый корпус в форме призмы;
• металлическая решётка, имеющая соответствующую намазку из свинца и подразделения на положительный, отрицательный электроды;
• клапан для сброса газов;
• области для наполнения электролитом, иначе — сепараторы;
• межпространственные области, заполненные мастикой;
• крышка.

Все элементы как стационарного свинцово-кислотного аккумулятора, так и нестационарной батареи подобного вида представляют собой герметизированный комплекс. Частично-полная герметизация имеется у большинства современных АКБ, ибо имеет системы отвода излишне давящих газов. Полная же герметизация конструкционно предусмотрена только в высоких аккумуляторах с использованием особой конструкции электродов, что позволяет совершенно не добавлять электролит в процессе эксплуатации и не выводить газы отработки. В любом случае, что АКБ с частично-полной герметизацией, что с совершенно полной изоляцией принято называть герметизированными свинцово-кислотным аккумуляторы, поэтому в этом плане между разными типами батарей различий не имеется.

Разновидности АКБ и принцип их работы

Ранее уже было упомянуто, что свинцово-кислотные АКБ подразделяются на разные виды. Вне зависимости от типа их организации работают они по принципу электролитических химических реакций. В основе таковых лежит взаимодействие свинца (или иного металла), оксида свинца (с сурьмой) и серной кислоты (или иного электролита). Именно такой тип взаимодействия в кислотных батареях был признан наилучшим, так как при гидролизе кислоты другие комбинации взаимодействия веществ приводят либо к низкому ресурсу аккумуляторов (при добавлении кальция), либо к чрезмерному «кипению» внутри детали (при отсутствии сурьмы), либо к недостаточной мощности (при использовании только свинца пластин).

На сегодняшний день имеется три основных разновидности свинцово-кислотных аккумуляторов, а точнее:

1. Свинцово-кислотные аккумуляторы 6V. Построены по принципу использования 6 элементов, то есть, АКБ изнутри разделён на 6 работающих вместе блоков, каждый из которых в общем случае вырабатывает порядка 2,1 Вольт напряжения, что в итоге даёт 12,6 Вольт на целую батарею. На данный момент свинцово-кислотные аккумуляторы 6V наиболее используемые в сфере автомобилестроения, так как выполнены качественней всего со всех сторон рассмотрения их работы;
2. Гибридные АКБ. Эти «звери» представляют собой смесь, где используется один электрод (зачастую положительный) со свинцово-сурьмистым оксидом, а другой (как правило, отрицательный) со свинцово-кальциевым. Такие АКБ из-за использования кальция в их конструкции менее долговечны;
3. Гелевые свинцово-кислотные батареи. Слегка отличаются от конструкции описанных выше видов АКБ, так как имеют гелеобразный электролит, что позволяет их использовать в любой положении. По характеристикам гелевые аккумуляторы схожи с обычными свинцово-сурмистыми батареями и уже сегодня активно завоёвывают рынок автоиндустрии в своём сегменте.

Как показывает практика, наиболее удачные конструкции свинцово-кислотных АКБ – это стандартная с наличием сурьмы на электродной сетке и гелевая, относительно молодая. Что касается гибридных, то в силу своих особенностей спроса на рынке они так и не имеют, поэтому практически не продаются и встретить их можно крайне редко.

Правила эксплуатации

По сравнению с другими типами АКБ, свинцово-кислотные аккумуляторы менее прихотливы к использованию. Общие требования к эксплуатации батарей предъявляют специальные организации и непосредственно их производителя. К слову, требования различны для стационарных и нестационарных АКБ. Для первых видов аккумуляторов они таковы:

• Проверка и осмотр – еженедельно, специализирующимся на этом персоналом;
• Текущий ремонт – не менее раз в 1 год;
• Капитальное восстановление – не менее раза в 3 года, и только если это возможно;
• Надёжное крепление АКБ при эксплуатации на специальных стендах;
• Обязательное наличие освещения в месте хранения;
• Покраска поверхности, на которой стоит аккумулятор, в кислостойкую краску;
• Поддержание в сепараторах батареи электролита на должном уровне (проверка/долив ежемесячные);
• Наличие зарядных устройств и соблюдение правил зарядки;
• Номинальное напряжение в сети на 5 % большее, чем выдают заряжаемые в ней АКБ;
• Недопущение хранения батареи в разряженном состоянии более 12 часов;
• Температура хранения от -20 до +45 градусов по Цельсию, для заряженных на 50 % АКБ – от -20 до +30. Незаряженные батареи хранить недопустимо.

В случае не со стационарными свинцово-кислотными аккумуляторами условия хранения заключаются лишь в своевременной их подзарядке, контроле электролита (при необходимости) и использовании батареи строго по назначению.

Правила зарядки

Зарядка любого аккумулятора – именно та процедура, которая должна проводиться в единственно верном режиме. В противном случае парочка неправильных операций по зарядке АКБ сделает из него либо маломощный источник тока, либо вовсе «убьёт» деталь. Зная подобную особенность аккумуляторных батарей, их владельцы нередко задаются двумя вопросами:

1. Как правильно заряжать АКБ?
2. Какое зарядное устройство для свинцово-кислотной аппаратуры лучше всего использовать?

Относительно второго вопроса можно однозначно сказать, что заряжать АКБ допустимо любой аппаратурой, главное – чтобы она была исправна. А о том, как заряжать свинцово-кислотный аккумулятор, поговорим более детально. В общем виде правильный порядок зарядки таков:

1. Аккумулятор ставится в специально оборудованное для зарядки место: поверхность покрашена в антикислотную краску, открытых источников воды и огня нет, доступ к территории ограничен;
2. После этого АКБ согласно всем нормам подключается к зарядному устройству;
3. Затем на зарядной аппаратуре выставляется режим зарядки с соблюдением двух основных условий:
   • напряжение постоянно и равно порядка 2,35-2,45 Вольт;
   • ток по началу заряда самый высокий, к концу — постепенно и заметно понижается.

Непосредственно процесс зарядки батареи в стандартном режиме длится около 3-6 часов, за исключением случаев с использованием дешёвой и слабой аппаратуры, а также при восстанавливающей зарядке «убитой» АКБ.

Восстановление аккумулятора

В завершение сегодняшнего материала обратим внимание на процесс восстановления свинцово-кислотных АКБ. Принято считать, что при глубоком разряде данный тип аккумуляторов либо вовсе «мертвеет», либо держит очень слабый заряд. На самом деле ситуация иная.

Согласно многочисленным исследованиям, свинцово-кислотные батареи способны не потерять номинальную ёмкость даже после 2-4 полных разрядов. Для этого достаточно грамотного проведения процедуры их восстановления. Как восстановить данный АКБ? В следующем порядке:

1. Аккумулятор ставится в специально подготовленное место с температурой воздуха около 5-35 градусов выше по Цельсию;
2. Происходит соединение АКБ и зарядного устройства;
3. На последнем выставляются такие показатели как:
   • напряжение – 2,45 Вольт;
   • сила тока – 0,05 СА.
4. Происходит цикличный заряд с небольшими перерывами порядка 2-3 раз;
5. Батарея восстановлена.

Отметим, что далеко не в каждой ситуации подобная процедура заканчивается успехом, но, если правила восстановления АКБ соблюдены и сама батарея выполнена из качественных материалов, то в успешности мероприятия сомневаться не стоит.

На этом, пожалуй, наиболее важная информация по свинцово-кислотным аккумуляторам подошла к концу. Надеемся, сегодняшний материал был для вас полезен и дал ответы на интересующие вопросы.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

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

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…

Изобретенный французским физиком Рэймондом Луи Гастоном Планте в 1859 году, свинцово-кислотный аккумулятор был первым аккумулятором для коммерческого использования. Сегодня, заливные свинцово-кислотные аккумуляторы широко используется в автомобилях, электропогрузчиках, источниках бесперебойного питания (ИБП).

Заливные свинцово-кислотные батареи состоят из свинцовых пластин, выступающих в качестве электродов, погруженных в воду и серную кислоту. Эти батареи требуют некоторого технического обслуживания за счет потери водорода с течением времени.

В середине 1970-х годов, исследователи разработали необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, которые могут работать в любом положении в пространстве. Жидкий электролит был заменен увлажненными сепараторами и была решена проблема изоляции. Были добавлены предохранительные клапаны, которые сделали возможным удаление воздуха во время заряда и разряда. Тем не менее, необслуживаемые батареи стоят дороже и имеют более короткий срок эксплуатации, чем заливные батареи.

Свинцово-кислотные батареи могут иметь жидкий или гелеобразный электролит.

В зависимости от областей применения, появились два обозначения свинцово-кислотно батарей. Это небольшие герметичные свинцово-кислотные (SLA , sealed lead acid ) батареи и большие клапанные регулируемые свинцово-кислотные (VRLA , valve regulated lead acid ) батареи . Конструктивно, обе батареи одинаковы. (Некоторые могут возразить, что название «герметичная свинцово-кислотная батарея » является неправильным, потому что свинцово-кислотный аккумулятор не может быть полностью герметичен. Я соглашусь — это действительно так, название не совсем корректное, но это не мешает ему быть широкораспространенным). Я сделаю акцент на портативных батареях, поэтому буду ориентироваться на SLA .

В отличие от заливной свинцово-кислотной батареи, как SLA , так и VRLA имеют низкий потенциал перенапряжения, чтобы исключить выделение газа во время зарядки. Перезаряд вызывает газообразование и обезвоживание батареи. Следовательно, эти батареи не могут быть заряжены до их полного потенциала.

Свинцово-кислотные батареи не имеют эффекта памяти. Если оставить аккумулятор на подзарядке в течение длительного времени, то это не вызывает его повреждения. Время удержания заряда свинцово-кислотным аккумулятором является лучшим среди различных типов аккумуляторных батарей. В то время, как никель-кадмиевая батарея саморазряжается примерно на 40 процентов от ее накопленной энергии за три месяца, SLA саморазряжается на ту же величину в течение одного года. SLA являются относительно недорогими источниками энергии.

SLA не поддается быстрой зарядке — типичный цикл заряда длится 8-16 часов.

SLA всегда должны храниться в заряженном состоянии. Оставив батарею в разряженном состоянии, вы запустите в ней процесс под названием сульфатация (по сути, это окисление и кристаллизация), что может привести к невозможности ее последующей перезарядки.

В отличие от никель-кадмиевых аккумуляторов, SLA не любит глубокого разряда. Полный разряд вызывает дополнительную деформацию, и каждый цикл лишает батарею небольшого количества мощности. Эта спадающая характеристика износа относится и к другим химическим батареям в той или иной степени. Для того, чтобы предотвратить частые глубокие разряды батареи, лучше использовать SLA несколько большей, чем требуется емкости.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры, SLA обеспечивает от 200 до 300 циклов заряда/разряда. Основной причиной столь относительно короткого жизненного цикла является коррозия сетки положительного электрода, истощение активного материала и расширение плюсовых пластин. Эти изменения более ярко выражены при более высоких рабочих температурах.

Оптимальной рабочей температурой для батарей SLA и VRLA , является температура в 25°C . Как правило, повышение температуры на 8°C сокращает срок службы батареи в два раза. VRLA , работающая в течение 10 лет при 25°C проработает только 5 лет при 33°C, и чуть более года при температуре 42°C.

Среди современных аккумуляторных батарей, семейство свинцово-кислотных аккумуляторов имеет самую низкую плотность энергии, которая измеряется в Ватт/кг, что делает его непригодным для портативных устройств, которым требуется компактный источник питания. Кроме того, КПД таких аккумуляторов при низких температурах оставляет желать лучшего.

Свинцово-кислотные батареи хорошо работают на высоких импульсных токах. Полная мощность может быть выдана в нагрузку за короткое время. Это делает их идеальными для использования там, где может внезапно понадобиться большое количество энергии. Именно поэтому они используются для электрического запуска двигателей внутреннего сгорания в большинстве транспортных средств.

С точки зрения утилизации, SLA является менее вредными, чем никель-кадмиевые батареи, но высокое содержание свинца делает SLA неэкологичными.

Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов

• Недорогие и простые в изготовлении — с точки зрения затрат на Вт·ч, SLA является наименее дорогими. Например, аккумулятор 12В емкостью 3.2 А·ч, имеющий размеры 134x67x60мм, стоит порядка 400 рублей.
• Зрелая, надежная и хорошо освоеная технология — при правильном использовании, SL A достаточно долговечны
• Низкий саморазряд — скорость саморазряда является одной из самой низких в аккумуляторных системах (3-20% в месяц)
• Низкие требования к обслуживанию — нет эффекта памяти, нет необходимости доливать электролит
• Способность к большой токоотдаче. Для упомянутого выше аккумулятора с C = 3.2 А·ч токоотдача составляет не менее 16А. Аккумулятор отдает большой пусковой ток в нагрузку, при этом не просаживая напряжение питания.

Недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

• Не могут храниться в разряженном состоянии
• Высокая чувствительность к изменению температуры — влияет и на продолжительность работы и на срок жизни аккумулятора
• Низкая плотность энергии — слабая весо-энергетическая плотность аккумулятора ограничивает область применения стационарными и колесными приложениями, поэтому их целесообразно использовать только в больших и средних по размерам роботах (если уж говорить о роботах)
• Позволяет только ограниченное количество полных циклов разряда — хорошо подходит для резервных приложений, в которых происходят только случайные глубокие разряды
• Экологически вредные — электролит и содержание свинца делают их небезопасными для окружающей среды
• Транспортные ограничения для заливных свинцово-кислотных батарей — в случае аварии может произойти утечка кислоты

Типичные характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Приведу типичные значения параметров, встречающиеся для необслуживаемых 6 и 12 вольтовых батарей с емкостью порядка 0.8-7 А·ч:

• Теоретическая энергоемкость: 135 Вт·ч/кг
• Удельная энергоемкость: 30-60 Вт·ч/кг
• Удельная энергоплотность: 1250 Вт·ч/дм 3
• ЭДС заряженного аккумулятора: 2.11В
• Рабочее напряжение: 2.1В (3 или 6 секций дают стандартные 6.3 или 12.6В)
• Напряжение полностью разряженного аккумулятора: 1.75-1.8В (на одну секцию). Более низкий заряд не допускается

• Рабочая температура: от -40 до +40ºС
• КПД: 80-90%

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.

3. Обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

Современные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи являются надёжными устройствами и обладают значительными сроками эксплуатации. Батареи хорошего качества имеют срок службы не менее пяти лет при условии тщательного и своевременного ухода. Поэтому мы рассмотрим правила эксплуатации аккумуляторов и методы регулярного технического обслуживания, которые позволят существенно повысить их ресурс при минимальных затратах времени и финансов.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Аккумуляторную батарею в процессе эксплуатации необходимо периодически осматривать на наличие трещин корпуса, содержать в чистоте и в заряженном состоянии.
Загрязнение поверхности аккумулятора, наличие окислов или грязи на штырях, а также неплотная затяжка зажимов проводов вызывают быстрый разряд аккумуляторной батареи и препятствуют нормальному её заряду. Во избежание этого следует:

• Содержать в чистоте поверхность аккумулятора и следить за степенью затяжки контактных клемм. Электролит, попавший на поверхность батареи, вытирать сухой ветошью или ветошью, смоченной в нашатырном спирте или растворе кальцинированной соды (10%-ный раствор). Окислившиеся контактные штыри аккумуляторной батареи и клеммы проводов очистить, неконтактные поверхности смазать техническим вазелином или солидолом.
• Следить за чистотой дренажных отверстий аккумулятора. В процессе работы электролит выделяет пары, и при забивании дренажных отверстий эти пары выделяются в других всевозможных местах. Как правило, это происходит около контактных штырей аккумуляторной батареи, что приводит к усиленному их окислению. При необходимости очистить их.
• Периодически проверять напряжение на контактных штырях аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Эта процедура позволит вам оценить уровень заряда, который обеспечивает генератор. Если напряжение, в зависимости от оборотов коленчатого вала, находится в пределах 12,5 -14,5 В для легковых машин и 24,5 - 26.5 В для грузовых машин, то это означает что агрегат исправен. Отклонения от указанных параметров говорит об образовании различных окислов на контактах проводки на линии подключения генератора, его износе и необходимости произвести диагностику и устранение неисправностей. После ремонта повторить контрольные мероприятия в разных режимах работы двигателя, в том числе при включенных фарах и иных потребителях электрического питания.
• При длительном простое автомобиля отключать от "массы" аккумуляторную батарею, а при длительном хранении - периодически подзаряжать её. Если аккумуляторная батарея часто и длительное время находятся в разряженном или даже полузаряженном состоянии, возникает эффект сульфатации пластин (покрытие пластин аккумулятора крупнокристаллическим сернокислым свинцом). Это приводит к снижению ёмкости аккумуляторной батареи, к увеличению её внутреннего сопротивления и постепенной полной неработоспособности. Для подзарядки используются специальные устройства, которые понижают напряжение до необходимого уровня и после этого переходят в режим зарядки аккумулятора. Современные зарядные устройства по большей части автоматические и в процессе их применения не требуют контроля со стороны человека.
• Избегать длительного пуска двигателя, особенно , в холодное время года. При запуске холодного двигателя стартер потребляет большой пусковой ток, который может вызвать "коробление" пластин аккумуляторной батареи и выпадание активной массы из них. Что в конечном итоге приведёт к полной неработоспособности аккумулятора.

Исправность аккумуляторной батареи проверяется специальным прибором - нагрузочной вилкой. Аккумулятор считается рабочим в том случае, если его напряжение не падает в течение минимум 5 секунд.

УХОД ЗА НЕОБСЛУЖИВАЕМОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ

Аккумуляторы данного типа получают всё большее распространение и пользуются всё большей популярностью. Уход за необслуживаемым аккумулятором сводится к стандартным действиям, требующимся для всех типов аккумуляторных батарей, описанный выше.

Необслуживаемые аккумуляторные батареи не имеют технологических отверстий с пробками для контроля уровня и доливки электролита до нужного уровня и плотности. В некоторые аккумуляторы этого типа встроены ареометры. В случае критического падения уровня электролита или снижения его плотности, аккумулятор подлежит замене.

УХОД ЗА ОБСЛУЖИВАЕМОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ

Аккумуляторные батареи данного типа имеют технологические отверстия для заливки электролита с плотными резьбовыми пробками. Общее техническое обслуживание автомобильного аккумулятора данного типа производится в том же порядке, что и для всех, но дополнительно необходимо выполнить работы по проверке плотности и уровня электролита.

Проверка уровня электролита производят визуально или с использованием специальной мерной трубки. На обнажённых (в следствие падения уровня электролита) частях пластин происходит процесс сульфатации. Для поднятия уровня электролита, в банки аккумуляторной батареи доливают дистиллированную воду.

Плотность электролита проверяется кислотомером-ареометром и по ней оценивается уровень заряда аккумуляторной батареи.
Перед проверкой плотности, если доливали электролит в аккумуляторную батарею, нужно запустить двигатель и дать ему поработать, чтобы при подзаряде аккумулятора электролит перемешался либо воспользуйтесь зарядным устройством.

В районах с резко континентальным климатом при переходе с зимней эксплуатации на летнюю, и наоборот, аккумуляторную
батарею снять с автомобиля, подключить к зарядному устройству, выполнить заряд силой тока 7 А. В конце процесса зарядки, не отключая зарядное устройство, довести плотность электролита до значений, указанных в табл.1 и табл.2 . Процедуру нужно проводить в несколько приёмов, при помощи резиновой груши, методом отсасывания либо доливки электролита или дистиллированной воды. При переходе на летнюю эксплуатацию доливать дистиллированную воду, при переходе на зимнюю эксплуатацию доливать электролит плотностью 1,400 г/см 3 .
Разницу в плотности электролита в различных банках аккумуляторной батареи тоже выравнить доливанием дистилированной воды или электролита.
Промежуток между двумя добавками воды или электролита должен быть не менее 30 мин.

УХОД ЗА РАЗБОРНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ

Техническое обслуживание разборных аккумуляторов не отличается от условий обслуживания неразборных обслуживаемых батарей, только дополнительно требуется следить за состоянием поверхности мастики. Если на поверхности мастики появились трещины, их необходимо устранить оплавлением мастики при помощи электрического паяльника или другого нагревательного прибора. Не следует допускать натяжения проводов при подключении аккумулятора к автомобилю, так как это приводит к образованию трещин в мастике.

ОСОБЕННОСТИ ЗАПУСКА СУХОЗАРЯЖЕННЫХ БАТАРЕЙ.

В случае приобретения вами не залитой сухозаряженной батареи ее необходимо заправить электролитом с плотностью в 1,27 г/см 3 до установленного уровня. Через 20 минут после заливки, но не позднее двух часов, произвести замер плотности электролита при помощи кислотомера-ареометра . Если падение плотности не превысило 0,03 г/см 3 , батарею можно устанавливать на автомобиль для эксплуатации. Если же произошло падение плотности электролита выше нормы, необходимо подключить зарядное устройство и произвести зарядку. Ток заряда не должен превышать 10 % от номинального значения и процедура проводится до появления обильного выделения газов в банках аккумулятора. После этого повторно контролируется плотность и уровень. При необходимости в банки доливается дистиллированная вода. Затем вновь подключается зарядное устройство на полчаса для равномерного распределения электролита по всему объёму банок. Теперь аккумулятор готов к применению и может быть установлен на автомобиль для эксплуатации.

Регулярный уход за аккумуляторной батареей позволит продлить срок её эксплуатации и избежать сульфатизации пластин или их механического разрушения. Правильная эксплуатация аккумулятора существенно увеличивает его ресурс, что даёт возможность снизить издержки на эксплуатацию автомобиля.