Аккумуляторные батареи свинцово кислотные: Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

Содержание

Аккумуляторные свинцово-кислотные батареи. Технологии AGM и Gel.

Свинцово-кислотный аккумулятор — тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса (от 500 циклов и более), высокой удельной мощности.

Свинцово-кислотные с жидким электролитом.

Плюсы использования свинцово-кислотных аккумуляторов:

Широкая распространенность технологии — такие батареи достаточно легко купить за приемлемые деньги (где-то в районе 1000-1500 USD за 8КВт*ч аккумуляторную батарею), и этот параметр часто перевешивает все минусы свинцово-кислотных аккумуляторов

Низкий саморазряд батареи — в 5-8 раз меньше, чем у никель-кадмиевых батарей

Хорошая переносимость мощностных нагрузок

Относительная дружественность к окружающей среде — вторичная переработка свинцово-кислотных аккумуляторов хорошо отработана

Минусы использования свинцово-кислотных аккумуляторов:

Низкая плотность энергии в аккумуляторе, в связи с чем вес батареи выше, чем у большинства других батарей

Проблема толерантности к глубокому разряду — при разряде свыше 80% резко снижается продолжительность жизни батареи. Рекомендуемые 60% разряда (при которых достигается до 1500 цилов разряда-заряда) еще больше усиливают проблему низкой плотности энергии.

Проблема обслуживания для вентилируемых батарей — требуется постоянный контроль уровня электролита раз в неделю, зарядка в специальном хорошо проветриваемом помещении

При заряде теряется до 30% затраченной электроэнергии

Нельзя оставлять сильно разряженную батарею на морозе

Трудно прогнозировать выход из строя аккумулятора

При больших токах разряда стоит проблема неполной одномоментной отдачи заряда батареей

ТЕХНОЛОГИИ СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ БАТАРЕЙ

Для того, чтобы достичь герметичности и устранить необходимость в обслуживании аккумуляторов для ИБП производители применяют две различные технологии: AGM (Absorptive Glass Mat) и GEL (Gelled Electrolite). Обе технологии обеспечивают рекомбинацию газов для сохранения объема электролита и его «связывание» во избежание выплескивания.

Свинцово-кислотные АКБ по технологии AGM.

AGM (Absorbent Glass Mat) — это технология изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов, созданная инженерами Gates Rubber Company^{в начале 1970-х годов. Отличие батарей AGM от классических в том, что в них содержится абсорбированный электролит, а не жидкий, что даёт ряд изменений в свойствах аккумулятора.}

Аккумуляторы, производимые с использованием технологии AGM, изготавливаются в спиральной или плоской конфигурации. Серия продукции со спиральной конструкцией блоков производится в основном в Северной Америке, а с плоской конфигурацией электродов — и в Северной Америке, и в Европе. Спиральные элементы обладают большей площадью поверхностного контакта, что даёт возможность кратковременно выдавать бóльшие токи и быстрее заряжаться. Однако обратной стороной является уменьшение удельной ёмкости аккумулятора (соотношение электрической ёмкости и размеров) по сравнению с плоской конфигурацией. Обе технологии являются перспективными и могут использоваться для поставки автопроизводителям в качестве компонентов OEM. В настоящий момент наиболее распространены автомобильные аккумуляторы AGM с плоской конфигурацией блоков. Спиральные блоки SpiraCell запатентованы компанией Johnson Controls для серии Optima и не могут использоваться без её разрешения, в отличие от плоских блоков.

Плюсы AGM
аккумуляторов:

Аккумулятор, произведённый по технологии AGM, имеет перед классическими аккумуляторами ряд преимуществ, полученных за счёт такой технологии. В частности, устойчивость к вибрации, отсутствие необходимости обслуживать, установка практически в любом положении (установка вверх дном не рекомендуется из соображений безопасности ввиду верхнего расположения клапанов). Некоторые производители заявляют увеличенную производительность таких АКБ или высокий пусковой ток.

Конструкция, не требующая обслуживания.

Конструкция герметизированная и имеет клапанную регулировку, предотвращает утечку кислоты и коррозию клемм.

Более безопасная работа: при правильной зарядке батарей исключается возможность выделения газов и опасность взрыва.

Герметизированная конструкция позволяет устанавливать батарею почти в любом положении (вверх дном не рекомендуется).

Уверенная работа при низких температурах в зависимости от технологии до −30 °С (ниже возможна кристаллизация электролита разряженной батареи и как следствие снижение срока службы ввиду повреждения активной поверхности).

Увеличенный срок службы в условиях повышенной вибрации.

Минусы AGM
аккумуляторов:

Большой вес (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)

Для их зарядки требуются специальные зарядные устройства

Не должны храниться в разряженном состоянии, напряжение каждого из элементов батареи не должно упасть ниже 1,8 В (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)

Крайне чувствительны к превышению напряжения заряда. (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)

Дают заметное падение напряжения на морозе при нагрузке (вопреки заблуждению, распространенному в интернете). (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)

Они обеспечивают число полных (70 %) циклов разряда до 500 — подходит для резервного питания. В зависимости от марки и модели, число циклов варьируется от 100 до 4000.

Оксид свинца содержащийся в них токсичен, что делает их опасными для окружающей среды. (относится ко всем свинцово-кислотным аккумуляторам)

Более высокая цена по сравнению с аккумуляторами с жидким электролитом, но более низкая, чем у аккумуляторов изготовленных по технологии GEL (у которых электролит желеобразный). Последние имеют ряд преимуществ.

Свинцово-кислотные АКБ по технологии GEL («гелевые»).

В гелевых аккумуляторах жидкий электролит доведен до желеобразной, вязкой консистенции путем добавления в него соединений кремния. В результате электролит не выплескивается при тряске, и не вытекает при незначительных повреждениях корпуса. Эта технология появилась первой, именно поэтому многие по старинке все герметичные необслуживаемые аккумуляторы называют гелевыми. Распространено также бытовое название «гелИевые аккумуляторы», что в корне не верно. Газ гелий не имеет никакого отношения к аккумуляторным батареям.

Благодаря вязкому состоянию в гелевых АКБ происходит рекомбинация газов:

В результате химической реакции вода в батарее распадается на водород и кислород.

Ионы водорода и кислорода остаются в замкнутом пространстве батареи и, перемещаясь по микропорам и трещинам в геле, соединяются и снова образуют воду.

Вода впитывается гелем, восстанавливается первоначальный объем электролита.

В итоге мы имеем батарею, в которую не нужно доливать воду, поскольку она практически не испаряется. Кроме того, не происходит газовыделение, поэтому АКБ может использоваться в жилых помещениях.

Плюсы GEL
аккумуляторов:

выдерживают большое число циклов заряда-разряда;

полностью восстанавливают емкость после глубокого разряда;

менее чувствительны к «плохому» заряду от нестабильной сети;

выдерживают разряд из недозаряженного состояния без потери емкости;

могут работать в циклическом режиме;

лучше переносят работу и в холоде, и при высокой температуре;

практически исключены тепловые пробои между пластинами.

Минусы GEL
аккумуляторов:

Длительная эксплуатация возможна лишь при чётком выполнении правил использования. Особенно это касается зарядки АКБ.

Высокая точность напряжения при зарядке. Как следствие, требуется специальное зарядное устройство с возможностью регулировки напряжения

Высокая стоимость по сравнению со стандартными АКБ с жидким электролитом.

Почему свинцово-кислотные аккумуляторы так сложно заряжать? / Хабр

Особенно глубоко разряженные, как в сегодняшнем опыте на видео. Особенно находившиеся какое-то время в состоянии частичной заряженности (PSoC), вследствие чего, сульфатированные. Учитывая неизбежный саморазряд при хранении и недозаряд под капотом, рано или поздно это судьба почти каждой АКБ.

Особенно изношенные AGM, склонные к сильному нагреву. Особенно, как ни странно, самые надёжные и долговечные АКБ премиум-сегмента, плотные сепараторы которых препятствуют как разрушению пластин, так и перемешиванию электролита. Особенно когда нет пробок для доступа к электролиту, как в большинстве современных аккумуляторов.

Всё потому, что АКБ, — аккумуляторные батареи наших транспортных средств, источников бесперебойного питания и систем возобновляемой энергетики, — имеют специфические особенности вольтамперной характеристики (ВАХ), обусловленные физико-химическими свойствами.

Об этом и пойдёт речь, на примере глубоко разряженной гибридной (Sb/Ca) Тюмень Стандарт 6СТ-60L.

Несколько полезных ссылок:

Яркий пример последствий саморазряда при хранении новой аккумуляторной батареи детально рассмотрен в первой части большого теста 6 отечественных АКБ.

Цикл рекомбинации кислорода, вызывающий «терморазгон» изношенных AGM, описан в статье про первый отечественный AGM.

Способ определения индивидуального напряжения завершения заряда конкретной АКБ с использованием адаптивного ЗУ при отсутствии доступа к электролиту приведён в первой части большого теста 6 АКБ иностранных брендов.

Как убивает аккумуляторы прогрессирующий недозаряд, и можно ли их после этого восстановить, а также феномен мнимого, или поверхностного, заряда описан здесь.

А здесь можно прочитать о «тайном», «высоковольтном» этапе заряда, в том числе, для AGM, известном профессионалам и указанном в инструкциях от производителей АКБ в явном или неявном виде.

В лабораторию поступил аккумулятор Тюмень Стандарт 6СТ-60L. 12 В 60 А*ч, паспортный ток холодной прокрутки (ТХП) 520 А в стандарте EN. АКБ эксплуатировалась полтора года.

Уровень электролита настолько низкий, что не покрывает пластины. Видны белые кристаллы сульфата свинца. Автомобиль простаивал 2 месяца по причине поломки КПП. Для гибридного Ca+ аккумулятора, в отличие от Ca/Ca, это немалый срок сам по себе. Кроме саморазряда, присутствовал ток покоя охранной сигнализации порядка 30 мА. За 2 месяца разряд таким током составляет 43 А*ч. Это практически вся ёмкость бывшей в употреблении батареи.

АКБ отогревается. Напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) составляет 10.53 В. На холоде 2 часа назад оно было 8 В. Оставим отогреваться у тепловой пушки ещё 2 часа.

Перед зарядом свинцово-кислотной АКБ «мокрого» (WET) типа, то есть, со свободно плещущимся электролитом, необходимо удостовериться, что электролит покрывает пластины. В противном случае, долить дистиллированную воду, (не водопроводную, не питьевую, не электролит!) до кромок пластин. (Не до нормального уровня!)
Уровень электролита будет расти в процессе заряда. Если долить слишком много, при заряде электролит может политься через верх горловин банок, создавая ненужные проблемы.

АКБ отогрелась, недостающую воду долили. Заряжать будем отечественным программируемым ЗУ Кулон-912.

▍ Вольтамперная характеристика

Коль скоро применяем зарядное устройство с классическим CC/CV режимом заряда на базе стабилизированного источника питания, просто необходимо вспомнить один важный момент, изо дня в день становящийся камнем преткновения. О стабилизации тока и напряжения при заряде аккумуляторной батареи или питании того или иного потребителя постоянно задают вопросы одного и того же рода, похожие как капли воды.

«Почему я устанавливаю 15 вольт 3 ампера, а получается ток ниже 3 ампер? 3 ампера ЗУ выдаёт только на 17 вольтах, оно бракованное?». «Почему устанавливаю 15.5 вольт 6 ампер, а напряжение всего лишь 14 вольт?»

Дело в том, что реальный потребитель электрической энергии, например, АКБ при заряде, имеет свою вольтамперную характеристику, в наипростейшем случае описываемую электрическим сопротивлением.

Допустим, у нас есть стабилизированный блок питания 100+ Вт, настроенный на 10 вольт 10 ампер. Если подключить на его выход резистор 1 Ом, ток при напряжении 10 В составит как раз 10 А, и по закону Джоуля-Ленца будет выделяться мощность 100 Вт. Такая ситуация называется согласованием сопротивлений, когда и ток, и напряжение, и мощность максимальны.

Если сопротивление резистора 10 Ом, сила тока составит всего 1 А, мощность 10 Вт. У источника питания будет активна обратная связь (ОС) по напряжению, а до срабатывания ОС по току дело не дойдёт. Это не неисправность блока питания, а логика его работы и природа резистора.

При сопротивлении 10 миллиом и токе 10 ампер, например, на токоизмерительном шунте, напряжение составит всего 0.1 вольта, тепловыделение 1 Вт. Здесь работает ОС по току, а ОС по напряжению не срабатывает.

Идеальный резистор — простейший случай, у него линейная вольтамперная характеристика (ВАХ), и она неизменна во времени и не зависит от температуры. Но если взять нить накаливания лампочки, то в момент включения холодная нить имеет малое сопротивление, идёт ток выше рабочего, так называемый пусковой ток. Пусть это будет 10 ампер, максимум, который выдаст блок питания (БП), при 8 вольтах. Далее нить нагреется, её сопротивление повысится, ток снизится, например, до 7 А, а напряжение возрастёт до заданных 10 вольт.

Это не неисправность лампочки или БП, а физика их работы. Получается, лампа накаливания имеет вольтамперную характеристику во времени, обусловленную температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) металла (сплава) её нити.

Кстати, именно по этой причине лампочки часто перегорают именно в момент включения, когда нить холодная, и у неё низкое сопротивление. Чтобы при перегорании спирали не поддерживался дуговой разряд, который может вызвать перегрузку электросети, взрыв колбы и пожар, внутри многих лампочек есть плавкий предохранитель в виде участка более тонкой проволоки, идущего от цоколя внутри колбы. В перегоревшей лампочке часто наблюдаем прилипшие изнутри к стеклу шарики расплавленного металла в зоне, где проходил этот участок.

Чтобы запустить электромотор, особенно нагруженный каким-либо механизмом на валу, (например, компрессором холодильника), необходимы бо́льшие ток и мощность, чем для поддержания его вращения даже при отборе уже запущенным механизмом крутящего момента и энергии с вала.

Причём обмотки двигателя не рассчитаны на долговременную работу в пусковом режиме. Потому уже много десятилетий используются пусковые конденсаторы более высокого номинала, чем рабочие, и тепловые пускозащитные реле, препятствующие не только продолжительной работе при повышенном токе, (например, при заклинивании механизма), но и нескольким пускам подряд в течение короткого времени, (при перебоях электроснабжения).

Итак, в технике приходится учитывать вольтамперную характеристику реального потребителя и её динамику во времени .

Свинцово-кислотная электрохимическая ячейка ведёт себя при заряде ещё сложнее, чем лампочка и электродвигатель. Кроме термодинамической ЭДС, (электродвижущей силы), и падения напряжения на внутреннем сопротивлении, (причём и ЭДС, и внутреннее сопротивление зависят от уровня заряженности и температуры, то и другое изменяется в ходе заряда), в свинцовом аккумуляторе проявляется поляризация.

Распределение ионов, (то есть, носителей заряда), в объёме банки (ячейки) аккумулятора, (где действует электрическое поле), создаёт ЭДС, прибавляющуюся к напряжению на клеммах при заряде и отнимающуюся при разряде. Это явление можно назвать «паразитным ионистором», или «суперконденсатором».
Плотная структура сепараторов современных аккумуляторных батарей, особенно премиум вариантов, (SSB — батареи для систем старт-стоп, EFB — улучшенные наливные батареи), препятствует дрейфу ионов в электролите и создаёт тем самым эффект «паразитного электрета», — стойкого перенапряжения, удерживающегося длительное время.
Также дополнительную ЭДС создают газы, — водород и кислород, — в порах активных масс. Это уже «паразитный топливный элемент».

Паразитные «суперконденсатор» и «топливный элемент» в кислотном аккумуляторе имеют довольно значительную электрическую ёмкость, заряд которой растянут во времени. Потому при заряде АКБ напряжение на её клеммах растёт не только по сумме термодинамической ЭДС банок и падения напряжения на внутреннем сопротивлении, но и по ходу заряда паразитных ёмкостей.

То есть, при подаче зарядного тока 5% ёмкости, (3 ампера для 60 А*ч) на разряженную АКБ с НРЦ, (термин, не тождественный ЭДС по вышеописанным причинам), 12 вольт, он создаст перенапряжение всего 100-200 милливольт, или даже ниже.

Этот же ток, подаваемый на клеммы заряженной АКБ с НРЦ 12.9 вольт, что всего на 900 милливольт выше разряженной, вскоре создаст перенапряжение, например, до 16.7 В, то есть, на 3.8 вольта, что в 25 раз выше случая из предыдущего абзаца.

Потому ЗУ, настроенное на 15 вольт 6 ампер, в первом случае будет подавать 6А 12.3 В, во втором напряжение быстро подскочит до 15В, а ток будет снижаться до 1 А и ещё ниже. Это не неисправность ЗУ или АКБ, а физика и химия свинцового аккумулятора, и работа обратных связей стабилизированного источника питания.

Предугадать правильные напряжения, токи и время для каждого этапа заряда при данном состоянии конкретного экземпляра АКБ бывает непросто. В одних случаях, производители ограничиваются общими рекомендациями, в других предписывают сложные многоступенчатые профили заряда, как, например, этот от Tianneng.

Разные зарядные устройства предоставляют разную степень автоматизации процесса и средств мониторинга и управления. Также при обслуживании свинцовых аккумуляторов используются такие приборы, как нагрузочные вилки, экспресс-тестеры, разрядные нагрузки, средства определения плотности электролита — ареометры и рефрактометры. Последние неактуальны при отсутствии доступа к пробкам у популярных MF (maintenance free) аккумуляторов.

Слово «необслуживаемый» не означает, что этим АКБ не требуется периодический стационарный заряд, и относится только к электролиту, заправленному на весь срок службы.

Цель стационарного заряда — преобразовать все сульфаты в намазках пластин АКБ в заряженные активные массы (АМ), — губчатый свинец отрицательной и оксид свинца положительной, и перемешать электролит до равномерной концентрации кислоты, т. е. плотности раствора, по всему объёму банок.

Это восстанавливает эксплуатационные характеристики, в том числе, способность оперативно и эффективно восполнять заряд от генератора транспортного средства после пуска двигателя, штатного ЗУ после поездки на электромотоцикле, или контроллера заряда источника бесперебойного питания после возобновления внешнего питания.

Десульфатацией называется процесс электролитической диссоциации застарелых труднорастворимых сульфатов. Это необходимая часть полного выравнивающего стационарного заряда, восстанавливающего ёмкость, токоотдачу, и продлевающего срок службы АКБ.

▍ Капельный предзаряд пульсирующим током

Начнём восстановление нашей АКБ. Кулон-912 снабжён функцией импульсного предзаряда. Целесообразность этого этапа обусловлена тем, что глубоко разряженная, т.е. разбалансированная АКБ при подаче стандартного тока 10% ёмкости может сильно нагреваться, так как разным участкам пластин достанется разная плотность тока, а разным банкам — разное перенапряжение.

Чтобы этого избежать, установим ток 5% номинальной ёмкости, для 60 А*ч это 3 А. Длительности импульса и паузы сделаем равными, по 5 секунд. Завершение этапа по достижении напряжения в паузе, т.е. НРЦ 12 вольт.

▍ Этап основного заряда

Настройки основного заряда стандартные для гибридной АКБ. Максимальное напряжение 14.6 В, начало снижения тока при 14.5 В, ток 6А, это 10% ёмкости. Но включим и асимметрию (реверс): разрядный ток 10% от зарядного, т.е. 0.6 А, длительность зарядного импульса 5 секунд, длительность разрядного импульса 50% от зарядного.

Разрядные импульсы при асимметричном (реверсивном) заряде частично снимают поляризацию, благодаря чему, повышают эффективность заряда и десульфатации. Некоторые адаптивные ЗУ, в отличие от классических, в т. ч. программируемых, используют разрядный импульс и для анализа отклика электрохимической системы. Разрядные импульсы, как и зарядные, могут быть модулированными, т. е. являться пачками более коротких импульсов и пауз, что позволяет исследовать внутреннее сопротивление АКБ на другой частоте.

Окончание этапа по прошествии 6 часов при достигнутом установленном напряжении. Каким будет ток в конце основного заряда, трудно предугадать. Потому хорошо, что ЗУ предоставляет такую опцию автоматики. Этапы дозаряда и хранения пока не активируем. Сначала проконтролируем, к чему приведут предзаряд и основной заряд с такими настройками.

Заряд продолжался 19 часов 34 минуты, аккумулятору сообщено 57.53 А*ч. Это число вселяет надежду, что АКБ не испытала значительной потери ёмкости после глубокого разряда.

Плотность электролита по банкам от 1.23 до 1.25, что явно недостаточно. Присутствует расслоение электролита, требуется дозаряд.

Тестер показывает ТХП 501 из 520 А, здоровье АКБ (SoH, state of health) 96%. Это хорошие показатели, аккумулятор ещё послужит, но надо учитывать, что недозаряженная АКБ имеет немного более низкое внутреннее сопротивление, чем заряженная на 100%. Сейчас оно 6.20 миллиома.

▍ Этап дозаряда

Дозаряд будем производить током 2.2А, это чуть выше 1/30 ёмкости, без ограничения напряжения, до тех пор, пока напряжение не перестанет расти в течение 2 часов. К сожалению, такой опции автоматизации ZDV, (zero delta voltage, нулевое приращение напряжения), у Кулона-912 нет, зато есть удалённые мониторинг и управление, а также запись лога. Потому будем наблюдать за процессом, и завершим его вручную.

За 21 минуту напряжение выросло на 40 милливольт и составило 14.94 вольта. Продолжаем наблюдение.

На 49-й минуте заряда напряжение снизилось до 14.92-14.93 В. Засекаем 2 часа, и отключаем заряд.

Прошло почти два часа, напряжение снизилось до 14.84 В. Это происходит по причине снижения внутреннего сопротивления АКБ, в частности, из-за её нагрева. Аккумулятор слегка тёплый. Отдано суммарно 5.92 А*ч.

Прошло более суток, НРЦ 12. 92 В. Плотность электролита по банкам 1.25 — 1.29. Более низкая плотность в тех банках, куда не доливалась вода.

▍ Kонтрольный разряд и итог

Для оценки остаточной ёмкости, произведём разряд до 12 В под нагрузкой током 2 ампера. Это составит примерно 50% ёмкости.

Разряд завершён, ёмкость составила 19.48 А*ч, как и ожидалось. Ставим на заряд, повторив 3 вышеописанных этапа.

После заряда и отстоя НРЦ 13.03 В, внутреннее сопротивление 5.78 мОм, ТХП 537 из 520 А по EN. SoH 100%. Прекрасный результат! Аккумулятор восстановился полностью. Теперь измерим и при необходимости скорректируем плотность электролита.

10-15 кубических сантиметров дистиллированной воды, доливаемых в банку 12-вольтового аккумулятора с корпусом L2, снизит плотность электролита на 0.01. Электролит, а не воду. следует доливать только в случае, если была потеря кислоты вследствие утечки электролита.

Плотность во всех банках составила 1. 27-1.28, коррекция не требуется. Восстановление АКБ завершено, возвращаем владельцу.

Видео-версия:

Статья написана в сотрудничестве с автором экспериментов и видео — Аккумуляторщиком Виктором VECTOR.

СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

org/Product»>

Герметизированные VRLA свинцово-кислотные аккумуляторы DELTA серии DT специально разработаны для эксплуатации в слаботочных системах. Изготавливаются по технологии AGM (электролит, абсорбированный в стекловолоконном сепараторе). АккумуляторыDELTA серии DT обладают великолепным соотношением цены и качества, что обуславливает повсеместное использование серии в охранно-пожарных и иных системах безопасности. Отвечая международным стандартам безопасности, рекомендованы для применения в системах контроля и управления доступом.

DELTA DT 12045

884 ₽

org/Product»>

DELTA DT 12022

DELTA DT 12022

698 ₽

DELTA DT 12012

DELTA DT 12012

418 ₽

org/Product»>

DELTA DT 1226

DELTA DT 1226

4 330 ₽

DELTA DT 1218

DELTA DT 1218

2 294 ₽

org/Product»>

DELTA DT 1212

DELTA DT 1212

1 701 ₽

DELTA DT 1207

DELTA DT 1207

922 ₽

org/Product»>

DELTA DT 6045

DELTA DT 6045

407 ₽

Кислотные аккумуляторы и аккумуляторные батареи, ГОСТы

Товары в корзине: 0 шт
Оформить заказ

Общероссийский классификатор стандартов
- Электротехника
  - Гальванические элементы и батареи
    - Кислотные аккумуляторы и аккумуляторные батареи

~~ГОСТ 24958-81~~ Аккумуляторы щелочные никель-кадмиевые малогабаритные герметичные прямоугольные. Общие технические условия. Заменен на ГОСТ 26367-84.
ГОСТ 26881-86 Аккумуляторы свинцовые стационарные. Общие технические условия
~~ГОСТ 28132-89~~ Аккумуляторы свинцовые тяговые. Основные параметры и размеры. Заменен на ГОСТ 28132-95.
~~ГОСТ 28132-95~~ Свинцово-кислотные тяговые батареи. Часть 2. Размеры аккумуляторов и выводов и маркировка полярности аккумуляторов. Утратил силу в РФ.
~~ГОСТ 29111-91~~ Свинцово-кислотные стартерные батареи. Часть 1. Общие требования и методы испытаний. Заменен на ГОСТ Р 53165-2008.
ГОСТ 6851-2003 Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные и нестартерные для мотоциклетной техники. Общие технические условия
~~ГОСТ 6851-84~~ Батареи аккумуляторные свинцовые емкостью до 30 А.Ч. Общие технические условия. Отменён.
~~ГОСТ 6851-91~~ Батареи аккумуляторные свинцовые нестартерные для мотоциклов и мотороллеров. Общие технические условия. Заменен на ГОСТ 6851-2003.
~~ГОСТ 959-2002~~ Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия. Заменен на ГОСТ Р 53165-2008.
~~ГОСТ 959-91~~ Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные напряжением 12 В для автотракторной и мотоциклетной техники. Общие технические условия. Заменен на ГОСТ 959-2002.
ГОСТ Р 50727-95 Батареи аккумуляторные свинцовые для мотоциклов и мотороллеров. Термины, основные параметры и размеры
ГОСТ Р 50728-95 Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные напряжением 12 В для автотракторной техники. Типы, основные параметры и размеры
ГОСТ Р 51979-2002 Батареи аккумуляторные свинцовые авиационные. Общие технические условия
ГОСТ Р 52083-2003 Аккумуляторы никель-железные открытые призматические. Общие технические условия
ГОСТ Р 52846-2007 Батареи аккумуляторные свинцовые тяговые. Часть 1. Основные требования и методы испытаний
~~ГОСТ Р 53165-2008~~ Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия. Заменен на ГОСТ Р 53165-2020.
ГОСТ Р 53165-2020 Батареи стартерные свинцово-кислотные. Часть 1. Общие требования и методы испытаний
ГОСТ Р 59986-2022 Система мониторинга тяговых свинцово-кислотных батарей. Общие технические требования
~~ГОСТ Р МЭК 60050-482-2011~~ Источники тока химические. Термины и определения. Заменен на ГОСТ Р 58593-2019.
ГОСТ Р МЭК 60095-2-2010 Батареи стартерные свинцово-кислотные. Часть 2. Размеры батарей и размеры и маркировка выводов
ГОСТ Р МЭК 60095-4-2010 Батареи стартерные свинцово-кислотные. Часть 4. Размеры батарей для тяжелых грузовиков
ГОСТ Р МЭК 60254-2-2009 Батареи аккумуляторные свинцово-кислотные тяговые. Часть 2. Размеры аккумуляторов и выводов и маркировка полярности аккумуляторов
ГОСТ Р МЭК 60622-2010 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Герметичные никель-кадмиевые призматические аккумуляторы
~~ГОСТ Р МЭК 60623-2008~~ Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-кадмиевые открытые призматические. Заменен на ГОСТ Р МЭК 60623-2019.
ГОСТ Р МЭК 60896-11-2015 Батареи свинцово-кислотные стационарные. Часть 11. Открытые типы. Общие требования и методы испытаний
ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013 Батреи свинцово-кислотные стационарные.Часть 21.Типы с регулирующим клапаном. Методы испытаний. Разработка ГОСТ Р. Прямое применение МС — IDT (IEC 60896-21(2004)).
ГОСТ Р МЭК 60896-22-2015 Батареи свинцово-кислотные стационарные. Часть 22. Типы с регулирующим клапаном. Требования
ГОСТ Р МЭК 60896-2-99 Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний. Часть 2. Закрытые типы
ГОСТ Р МЭК 60952-1-2017 Батареи авиационные. Часть 1. Общие требования и уровни характеристик
ГОСТ Р МЭК 60952-2-2017 Батареи авиационные. Часть 2. Конструкция и требования к конструкции
ГОСТ Р МЭК 60952-3-2017 Батареи авиационные. Часть 3. Технические требования к продукции и декларирование конструкции и характеристик
ГОСТ Р МЭК 61056-1-2012 Батареи свинцово-кислотные общего назначения (типы с регулирующим клапаном). Часть 1. Общие требования, функциональные характеристики. Методы испытаний
~~ГОСТ Р МЭК 61056-1-99~~ Портативные свинцово-кислотные аккумуляторы и батареи (закрытого типа). Часть 1. Общие требования, функциональные характеристики. Методы испытаний. Заменен на ГОСТ Р МЭК 61056-1-2012.
ГОСТ Р МЭК 61056-2-2012 Батареи свинцово-кислотные общего назначения (типы с регулирующим клапаном). Часть 2. Размеры, выводы и маркировка
~~ГОСТ Р МЭК 61056-2-99~~ Портативные свинцово-кислотные аккумуляторы и батареи (закрытого типа). Часть 2. Размеры, выводы, маркировка. Заменен на ГОСТ Р МЭК 61056-2-2012.
ГОСТ Р МЭК 61056-3-99 Портативные свинцово-кислотные аккумуляторы и батареи (закрытого типа). Часть 3. Рекомендации по безопасному применению в электрическом оборудовании
ГОСТ Р МЭК 61427-1-2014 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи для возобновляемых источников энергии. Общие требования и методы испытаний. Часть 1. Применение в автономных фотоэлектрических энергетических системах
ГОСТ Р МЭК 61429-2004 Маркирование аккумуляторов и аккумуляторных батарей международным символом переработки – ИСО 7000-1135
ГОСТ Р МЭК 61430-2004 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи. Методы испытаний функционирования устройств, предназначенных для уменьшения взрывоопасности. Свинцово-кислотные стартерные батареи
~~ГОСТ Р МЭК 61951-2-2007~~ Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Портативные герметичные аккумуляторы. Часть 2. Никель-металл-гидрид. Заменен на ГОСТ Р МЭК 61951-2-2019.
ГОСТ Р МЭК 61959-2007 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Механические испытания для портативных герметичных аккумуляторов и аккумуляторных батарей
~~ГОСТ Р МЭК 61960-2007~~ Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы и аккумуляторные батареи литиевые для портативного применения. Заменен на ГОСТ Р МЭК 61960-3-2019.
~~ГОСТ Р МЭК 61982-1-2011~~ Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах. Часть 1. Параметры испытаний. Заменен на ГОСТ Р МЭК 61982-2018.
ГОСТ Р МЭК 61982-2018 Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах, за исключением литиевых батарей. Методы испытаний для определения рабочих характеристик и выносливости
ГОСТ Р МЭК 62259-2007 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-кадмиевые призматические с газовой рекомбинацией
~~ГОСТ Р МЭК 62281-2007~~ Безопасность при транспортировании первичных литиевых элементов и батарей, литиевых аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Заменен на ГОСТ Р МЭК 62281-2020.
ГОСТ Р МЭК 62485-2-2011 Батареи аккумуляторные и установки батарейные. Требования безопасности. Часть 2. Стационарные батареи
~~ГОСТ Р МЭК 62485-3-2013~~ Требования безопасности к аккумуляторным батареям и батарейным установкам.Часть 3. Тяговые батареи. Разработка ГОСТ Р. Прямое применение МС — IDT (IEC 62485-3(2010)). . Заменен на ГОСТ Р МЭК 62485-3-2020.
ГОСТ Р МЭК 62485-4-2018 Батареи аккумуляторные и установки батарейные. Требования безопасности. Часть 4. Свинцово-кислотные батареи с регулирующим клапаном для портативных применений
~~ГОСТ Р МЭК 62660-1-2014~~ Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 1. Определение рабочих характеристик. Заменен на ГОСТ Р МЭК 62660-1-2020.

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы | Логический Элемент ⚡ Зарядные устройства для аккумуляторов

Первый работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте. Конструкция аккумулятора представляла собой электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10 % раствором серной кислоты. Недостатком первых свинцово-кислотных аккумуляторов была их невысокая емкость. Поначалу для ее увеличения проводили большое число циклов заряда-разряда. Для достижения существенных результатов требовалось до двух лет таких тренировок. Причина недостатка была явной — конструкция пластин. Поэтому дальнейшее совершенствование конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов было сосредоточено на совершенствование конструкции используемых в них пластин и сепараторов.

В 1880 г. К. Фор предложил методику изготовления намазных электродов путем нанесения на пластины окислов свинца. Такая конструкция электродов позволила значительно повысить емкость аккумуляторов. А в 1881 г. Э. Фолькмар предложил применять в качестве электродов намазную решетку. В том же году ученому Селлону был выдан патент на технологию изготовления решеток из сплава свинца и сурьмы.

Первоначально практическое использование свинцово-кислотных аккумуляторов было затруднено из-за отсутствия зарядных устройств — для заряда применяли первичные элементы конструкции Бунзена. То есть химический источник тока заряжался от другого химического источника — батареи гальванических элементов. Положение кардинально поменялось с появлением недорогих генераторов постоянного тока.

Именно свинцово-кислотные батареи первыми в мире из аккумуляторных батарей нашли коммерческое применение. К 1890 году во многих промышленно развитых странах был освоен их серийный выпуск. В 1900 году немецкая фирма Varta произвела первые стартерные аккумуляторы для автомобилей.

В 70-х годах XX века были созданы необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, способные работать в любом положении. Жидкий электролит в них сменили гелиевым или адсорбированным (впитанным) сепараторами электролитом, батареи герметизировали, а для отвода газов, выделяющихся при заряде или разряде, установили клапаны. Строго говоря, абсолютная герметизация свинцово-кислотных аккумуляторов не может быть достигнута, так как нельзя обеспечить полную рекомбинацию кислорода и водорода, которые выделяются в них при заряде и хранении. Но специальными мерами выделение газов и потери воды в процессе эксплуатации удается свести к минимуму.

Были разработаны новые конструкции пластин на базе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, а также на основе титановых, алюминиевых и медных решеток.

Свинцовые аккумуляторы являются наиболее распространенными среди всех существующих в настоящее время химических источников тока. Их масштабное производство определяется как относительно низкой ценой, обусловленной сравнительной не дефицитностью исходных материалов, так и разработкой разных вариантов этих аккумуляторов, отвечающих требованиям широкого круга потребителей.

Ключевые электрохимические процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе

Активные вещества аккумулятора сосредоточены в электролите и положительных и отрицательных электродах, а совокупность этих веществ называется электрохимической системой. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях электролитом является раствор серной кислоты (H₂SO₄), активным веществом положительных пластин — двуокись свинца (PbO₂), отрицательных пластин — свинец (Pb).

Основные процессы, проходящие на электродах, описывают реакции:
На отрицательном электроде:

Pb + HSO₄^— → PbSO₄ + H⁺ + 2e^— (разряд)
PbSO₄ + H⁺ + 2e^— → Pb + HSO4^— (заряд)

На положительном электроде:

PbO₂ + HSO4^— + 3H⁺ + 2e^— → PbSO₄ + 2H₂O (разряд)
PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + HSO₄^— + 3H⁺ + 2e^— (заряд)

Суммарная реакция в свинцовом аккумуляторе имеет вид:

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O (разряд)
2PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ (заряд)

Таким образом, при разряде свинцового аккумулятора на обоих электродах формируется малорастворимый сульфат свинца (двойная сульфатация) и происходит сильное разбавление серной кислоты.

Напряжение разомкнутой цепи заряженного аккумулятора равно 2,05-2,15 В, в зависимости от концентрации серной кислоты. При разряде по мере разбавления электролита напряжение разомкнутой цепи аккумулятора понижается и после полного разряда становится равным 1,95-2,03 В.

При заряде свинцово-кислотного аккумулятора, как и в других аккумуляторах с водным электролитом, имеют место побочные реакции выделения газов. Выделение водорода начинается при полном заряжении отрицательного электрода. Кислород начинает выделяться гораздо раньше: в обычных условиях заряда при 50-80% заряженности (в зависимости от тока заряда), а при температуре 0 °С уже после заряда на 30-40 %. Вследствие этого отдача положительного электрода по емкости составляет 85-90 %. Для получения полной разрядной емкости при заряде аккумулятору должен быть обеспечен перезаряд на 10-20 %. Этот перезаряд сопровождается существенным выделением водорода на отрицательном электроде и кислорода — на положительном.

Выделение водорода имеет место и при хранении заряженного свинцово-кислотного аккумулятора. Саморазряд его определяется преимущественно скоростью растворения свинца согласно реакции:

Pb + H₂SO₄ → PbSO₄ + H₂

Скорость этого процесса зависит от температуры, объема электролита и его концентрации, но более всего от чистоты компонентов. В отсутствие примесей реакция протекает медленно из-за большого перенапряжения выделения водорода на свинце. Но на практике, на поверхности свинцового электрода всегда много примесей, среди которых наибольшее влияние оказывает сурьма, количество которой в сплаве для решеток и токоведущих деталей доходит до 6 %.

На положительном электроде может также самопроизвольно проходить реакция восстановления диоксида свинца:

PbO₂ + H₂SO₄ → PbSO₄ + 1/2O₂ + H₂O

в результате которой выделяется кислород, но скорость ее незначительна.

В процессе эксплуатации саморазряд аккумулятора может увеличиваться из-за образования дендритных мостиков из металлического свинца. Потери емкости свежеизготовленного аккумулятора за счет саморазряда как правило не превышают 2-3 % в месяц. Но при эксплуатации они быстро увеличиваются.

Особенности герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора

Главные проблемы при создании герметичного варианта свинцово-кислотного аккумулятора связаны с необходимостью обеспечения условий для уменьшения газовыделения и содействия рекомбинации выделяющегося газа. При создании герметизированного аккумулятора, который в обычных условиях эксплуатации не требовал бы доливки воды в электролит в течение всего срока службы и не выделял бы газов, был предпринят ряд мер:

1. В аккумуляторе применяется иммобилизированный (обездвиженный) электролит, который сохраняет высокую электропроводность серной кислоты. Небольшое его количество позволяет обеспечить лучший транспорт кислорода от положительного электрода к отрицательному и высокий уровень его рекомбинации.

При одном методе иммобилизации электролита для его загущивания применяется силикагель (SiO₂), который обладает высокой пластичностью и заполняет и электроды, и сепаратор. Благодаря своей вязкости он хорошо удерживается в порах и способствует эффективному использованию активных веществ электродов. Транспортировка кислорода обеспечивается по трещинам, которые появляются при усадке твердеющего электролита.

При другом методе иммобилизации применяется сепаратор из стекловолокна с высокой объемной пористостью и хорошей смачиваемостью в растворе серной кислоты. Такой сепаратор не только осуществляет функцию разделения электродов, но и благодаря тонкой структуре волокон обеспечивает удержание электролита в порах и высокую скорость переноса кислорода. Применение стекловолокнистого сепаратора и плотная сборка блока электродов способствуют также уменьшению оплывания активной массы положительного электрода и разбухания губчатого свинца на отрицательном.

2. Для снижения вероятности выделения водорода свинцово-сурьмяные сплавы токоведущих решеток заменяются другими, обеспечивающими более высокое перенапряжение выделения водорода. Применяются сплавы свинца с кальцием (до 0,1 % Ca), иногда легированного алюминием, сплавы свинца с оловом (0,5-2,5 % Sn), которые имеют неплохие литейные характеристики, и другие.

3. В отрицательный электрод закладывается емкость больше, чем в положительный. В данном случае при полном заряде положительного электрода оставшаяся недозаряженной часть активной массы отрицательного электрода практически исключает вероятность разряда ионов водорода. Кислород, выделяющийся на диоксиде свинца, достигает отрицательного электрода и окисляет губчатый свинец до оксида свинца, который в кислотном электролите переходит в сульфат свинца PbSO₄ и воду. Следовательно, условия для герметизации аккумулятора улучшаются: газы не выделяются и вода не испаряется.

Снижению газовыделения способствуют и рекомендуемые для герметизированных аккумуляторов режимы заряда, при которых ток понижается по мере их заряжения.

И все-таки все реализованные варианты безуходного свинцово-кислотного аккумулятора оснащены клапаном, который время от времени открывается для сброса излишнего количества газа, главным образом водорода. Именно поэтому аккумулятор называется не герметичным, а герметизированным.

Успехи исследователей и технологов, достигнутые за прошедшие два десятилетия, тщательный контроль процесса изготовления и сотрудничество с потребителями, которые научились понимать, что безуходность этих батарей не означает полной свободы от контроля за их работой, позволяют в настоящее время выпускать на рынок продукцию, которая в ряде случаев может конкурировать с более дорогими герметичными щелочными аккумуляторами.

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи емкостью до 10-20 Ач применяются как источники питания для разнообразной портативной аппаратуры и инструментов в тех случаях, когда масса не является определяющим критерием для выбора источника тока, а также в системах бесперебойного питания, телекоммуникаций, информационных системах, для аварийного оборудования и т.д., где они работают в буферном режиме.

Конструкция герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Портативные герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы выпускаются в виде батарей, которые собраны в едином призматическом контейнере из пластмассы или резины (моноблочная конструкция). Положительные и отрицательные электроды аккумуляторов делаются обычно намазкой на решетку сотовой структуры. Контейнер и крышка загерметизированы. Межэлементные соединения утапливаются в углублениях крышки и залиты мастикой. Выводы аккумуляторной батареи (в виде ушка или борна) также загерметизированы. Клапанное приспособление для сброса газа при излишнем давлении состоит из резинового клапана и отражателя, служащего для улавливания капель электролита. Воздух в аккумулятор через него не поступает.

На электрических и эксплуатационных характеристиках герметизированных свинцовых аккумуляторных батарей большой емкости значительно сказываются различия в конструкции электродов (поверхностного типа, панцирные или стержневые), а также различия в сплавах, используемых для изготовления токоведущих основ.

При выборе герметизированной свинцовой аккумуляторной батареи большой емкости следует внимательно отнестись к использованному в ней способу иммобилизации электролита, поскольку известно, что в высоких аккумуляторах со стекловолокнистым сепаратором (технология AGM) со временем отмечается расслоение электролита. Такие аккумуляторы стараются проектировать высотой не более 35 см.

Электрические и эксплуатационные характеристики герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Напряжение разомкнутой цепи свинцово-кислотных аккумуляторов линейно возрастает с ростом степени заряженности аккумулятора (рисунок 1). По значению напряжения разомкнутой цепи можно судить о степени разряда свинцового аккумулятора.

Рис.1. Зависимость напряжения разомкнутой цепи свинцово-кислотного аккумулятора от уровня заряженности

Номинальной емкостью свинцово-кислотного аккумулятора считается емкость, полученная при разряде в течение 20 ч, т.е. током 0,05С. Отдаваемая аккумулятором емкость значительно зависит от тока разряда, который может достигать нескольких С. Типичные разрядные характеристики при различных токах нагрузки показаны на рисунке 2. Из рисунка видно, что от тока разряда зависит также и конечное разрядное напряжение свинцового аккумулятора.

Рис.2. Разрядные характеристики герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи

Герметизированные свинцовые аккумуляторные батареи работоспособны в интервале температур от -30 до +50 °С, чаще гарантируется работоспособность при температуре не ниже -15 °С. При более низких температурах возможности разряда мешает замерзание электролита. Работоспособность аккумуляторов при низких температурах может быть обеспечена увеличением концентрации электролита, как это и делается в специальных аккумуляторах.

Заряд свинцово-кислотного аккумулятора.
Заряд батарей, как было сказано ранее, должен осуществляться в режиме, при котором ток должен сильно понижаться к концу заряда. Используется несколько стратегий заряда, которые требуют оборудования различной сложности и стоимости. Наиболее простое и дешевое оборудование осуществляет заряд при постоянном напряжении 2,4-2,45В/ак (потенциостагический режим). Заряд считается законченным если ток заряда остается неизменным в течении 3-х часов.

Но чаще применяют комбинированный режим, при котором начальный ток ограничивают, а по достижении заданного напряжения, заряд проводится при стабилизации напряжения (рисунок 3). Заряд проводится при постоянном токе 0,1С на первом этапе и при постоянном напряжении источника тока на втором. Большинство производителей советуют проводить заряд циклируемых батарей при постоянном напряжении 2,4В на аккумулятор.

Рис.3. Зарядные кривые герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи при комбинированном режиме заряда нормированным током 0,1С и нормированным напряжением 2,45В/ак:
1-напрядение, 2-зарядная емкость, 3-ток заряда

Ускорение процесса заряда достигается при повышении тока на первой стадии заряда, но в соответствии с советами производителей не более чем до 0,3С. В конце заряда для большей безопасности может быть применена еще одна ступень заряда: при снижении напряжения источника питания до напряжения подзаряда аккумулятора 2,30-2,35 В.

Заряд аккумуляторных батарей, используемых, для работы в буферном режиме, проводится как правило при более низком напряжении (2,23-2,275 В).

Указанные напряжения заряда не требуют изменения при заряде в некотором интервале температуры (обычно от 5 до 35 °С). За пределами указанного температурного интервала, требуется компенсация влияния температуры: повышение напряжения при пониженных температурах и снижение при более высоких.

Рис.4. Рекомендуемое напряжение заряда при разных температурах для герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора

Саморазряд свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.
Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен по сравнению с вентилируемыми аккумуляторами и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.

Рис. 5. Действие температуры на остаточную емкость герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора:
1-40°С, 2-20°С, 3-10°С, 4-0°С

При продолжительном хранении в заряженном состоянии батареи рекомендуют периодически подзаряжать. Если они хранились при температуре ниже -20 °С, то подзаряд должен проводиться 1 раз в год в течение 48 ч при постоянном напряжении 2,275 В/ак. При хранении при комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев в течение 6-12 ч при постоянном напряжении 2,4 В/ак. Хранение при температуре выше 30 °С не желателен.

Продолжительное хранение батареи в разряженном состоянии приводит к быстрой потере ее работоспособности.

Изменения характеристик свинцово-кислотных аккумуляторов при эксплуатации

Срок службы герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, как и вентилируемых, в большинстве случаев определяется деградацией положительного электрода, которая определяется коррозией его решетки и изменениями в активной массе.

Скорость коррозии решеток зависит как от состава сплава, конструкции и условий отливки, так и от температуры, при которой работают батареи. Коррозия решетки из сплава без сурьмы или с низким ее содержанием существенно медленнее по сравнению с коррозией традиционных решеток вентилируемых аккумуляторов. В качественно отлитых решетках из сплавов Pb-Ca-Sn скорость коррозии маленькая, но в плохо отлитых — отдельные участки подвергаются глубокой коррозии, что вызывает локальный ее рост и деформацию. Деформация решеток может привести к короткому замыканию разнополярных пластин. Коррозия решеток положительных пластин — самый частый дефект батарей, эксплуатируемых в буферном режиме.

При эксплуатации в режиме циклирования происходит также разрыхление активных масс положительного электрода, которое приводит к потере контакта между частицами PbO₂. Емкость источника тока при этом уменьшается. Процесс разрыхления ускоряется при разряде большими импульсами тока.

В герметизированных аккумуляторах могут протекать и специфические коррозионные процессы на токоведущих деталях отрицательных пластин, которые находятся выше уровня электролита, и на борне. Так как продукты коррозии имеют больший объем, чем свинец, в результате может иметь место выдавливание компаунда, герметизирующего вывод, и повреждение борна, крышки и даже бака. Дефекты такого рода часто отмечались в аккумуляторах разных производителей на ранних этапах разработок и производства. Сейчас большая часть производителей решила эту проблему подбором сплавов для всех компонентов аккумулятора и контролем за металлургическим процессом их изготовления.

В течении эксплуатации герметизированных аккумуляторов из-за неизбежных потерь воды при открывании клапана для сброса излишнего давления газа происходит некоторое осушение сепаратора и повышение внутреннего сопротивления аккумулятора. При эксплуатации в буферном режиме количество отказов, спровоцированных высыханием аккумулятора, становится соизмеримым с отказами из-за коррозии решеток положительных электродов. В аккумуляторах с гелиевым электролитом снижение количества электролита менее критично, чем в аккумуляторах с сепаратором из стекловолокна.

Факторы, влияющие на срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов

Самое большое влияние на срок службы герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора оказывают: рабочая температура, глубина разряда и величина перезаряда, а также периодичность срабатывания клапана для сброса газа.

На рисунках 6 и 7 изображено изменение срока службы в зависимости от глубины разряда и температуры окружающей среды..

Рис.6. Зависимость срока службы герметизированной свинцово-кислотной батареи от глубины разряда

Рис.7. Зависимость срока службы герметизированной свинцово-кислотной батареи от температуры при работе в буферном режиме

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы очень чувствительны к перезаряду. На рисунке 8 изображено, как быстро уменьшается срок их службы при работе в режиме постоянного подзаряда при повышении напряжения (и тем самым — тока подзаряда) источника питания подключенного к аккумулятору.

Рис.8. Воздействие режима заряда на срок службы герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи при работе в буферном режиме

Следует помнить, что при заряде герметизированных аккумуляторов их температура может быть значительно выше температуры окружающей среды. Это связано как с разогревом аккумуляторов из-за реакции рекомбинации кислорода, так и с неудовлетворительным отводом тепла от плотноупакованной батареи. Разница температур особенно ощутима при ускоренном режиме заряда. Если нельзя избежать существенного увеличения температуры, то при заряде следует вводить корректировку напряжения источника питания.

Переразряд также вреден для свинцово-кислотных батарей, как и перезаряд. При многократных переразрядах уменьшается разрядная емкость и понижается срок службы аккумулятора. Такие же изменения могут происходить и при продолжительном хранении батарей в разряженном состоянии.

В связи с расширением сферы применения герметизированных свинцовых аккумуляторов до обитаемых комплексов специального назначения, где должны применяться мощные источники тока с большим напряжением, стало необходимым исследование последствий возникновения аварийных ситуаций в эксплуатации. Такие ситуации могут происходить как при разбалансировании характеристик аккумуляторов, составляющих батарею, так и в результате ошибочного обслуживания батарей или отказе управляющего оборудования. В этом случае при перезаряде или переразряде батарей, приводящем к переполюсованию наиболее слабых аккумуляторов, может произойти разгерметизация аккумуляторов или даже разрушение их баков.

Было показано, что повреждение корпуса приводит к снижению отдаваемой емкости, но более серьезных проблем не возникает. Даже при полном разрушении контейнера аккумулятора емкость его стала меньше только на 14 %, так как электролит не вытекает, а задерживается в порах электродов и сепаратора. При вскрытии 5 % площади контейнера, аккумуляторы оставались годными для циклирования при снижении разрядной емкости на 15-20 %.

При продолжительном перезаряде (током 0,25 Сн) как свежих аккумуляторов, так и после полтора года эксплуатации в режиме постоянного подзаряда, а также при заряде аккумуляторов при завышенном напряжении (2,6В), чрезвычайного разогрева аккумуляторов не происходило. Температура стабилизируется спустя 4-6 ч на уровне 50-70 °С или затем медленно понижается. Но из-за выброса газов через аварийный клапан происходит осушение аккумуляторов и быстрая их деградация.

Современные герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи обладают достаточно высокими удельными энергетическими характеристиками (до 40 Втч/кг и 100 Втч/л). Они работоспособны в буферном режиме при нормальной температуре в течение продолжительного периода (более 10 лет), а при циклировании обеспечивают несколько сотен циклов до потери 20 % емкости.

Материал сайта: www.powerinfo.ru

Эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторных батарей при повышенных температурах

28 ноября 2019

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи способны надежно работать в пределах заявленных заводом-изготовителем сроков службы при соблюдении правил эксплуатации, обслуживания и хранения, изложенных в соответствующих Руководствах. Существенное влияние на работоспособность и срок службы оказывают температурные условия, а также режимы заряда и разряда в процессе эксплуатации.

Оценивая условия эксплуатации резервных источников электропитания, применяемых в системах автоматики и телемеханики на видах транспорта, телекоммуникационного оборудования и оборудования связи, охранных и пожарных систем безопасности основное внимание следует обращать на место их установки. Если свинцово-кислотные аккумуляторные батареи расположены в капитальном помещении, то условия их работы, как правило, мало чем отличаются от тех, которые предписывает производитель. Условия эксплуатации батарей в наружных шкафах, где практически нет разницы с температурой внешней среды, заслуживают отдельного внимания. В этом случае не всегда выполняются требования к режиму заряда аккумуляторов, они часто подвергаются экстремальным тепловым нагрузкам, особенно в летний период и в регионах с жарким климатом. Все это сокращает прогнозируемый срок службы батарей.

При высоких температурах из-за повышенного испарения воды быстро понижается уровень электролита в аккумуляторах, происходит повышенная коррозия токоотводов положительных электродов и увеличивается саморазряд батарей при их длительном хранении. Так, при нормальных условиях, а это в пределах 20ºС — 25ºС, саморазряд составляет в среднем в пределах 3% в месяц от заявленной производителем номинальной емкости.

Кроме того, при высоких температурах при заряде также может происходить неконтролируемый перезаряд батарей, при котором прослеживаются так называемые невосстанавливаемые деградационные процессы внутри батарей.

Важно учитывать тот факт, что если снижение температуры приводит к потере емкости, то при повышении температуры емкость увеличивается, что требует при заряде использовать понижающий температурный коэффициент, который в среднем составляет 0,003 В/°С. В противном случае идет перезаряд батарей, сопровождающийся обильным газовыделением и нагревом за счет ускорения реакций внутри батарей, а как следствие, терморазгоном с выходом батарей из строя, а в худшем случае деформацией корпуса, разгерметизацией или даже разрывом батарей.

Известно, что скорость протекания любой химической реакции возрастает в 2 раза при повышении температуры на каждые 10°С. Это положение полностью справедливо и для реакций, происходящих внутри свинцово-кислотных аккумуляторных батарей: при повышении температуры электрохимическая активность аккумуляторов возрастает, что и ведет к увеличению емкости (см. Рис. 1).

Рис. 1

Для заряда аккумуляторных батарей в наружных шкафах зачастую применяют преобразователи с недостаточно стабильными выходными характеристиками выпрямителя при отсутствии интеллектуального управления режимом заряда. В частности, у них низкая точность стабилизации выходного напряжения (более 2%), высокий уровень остаточных пульсаций и, как следствие, большая амплитуда наложенных переменных токов, протекающих через батарею. Также отсутствуют функции термокомпенсации напряжения заряда, о которых говорилось выше.

Не всегда в полной мере удается оценить влияние этих факторов на процесс старения батареи. Каждый отдельно и в сочетании они могут приводить к перезаряду или недозаряду аккумуляторов, и, как следствие, к ускоренной деградации и выходу их из строя. Поскольку предотвратить негативные воздействия невозможно, следует внимательнее следить за состоянием батареи в этих условиях, чтобы своевременно принять необходимые меры для обеспечения максимально возможных условий эксплуатации, рекомендованных производителем.

Все технические характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов, включая проектируемый срок эксплуатации, определены для эталонной температуры 20°С или 25°С в зависимости от серии батарей и производителей. Поддерживать эту температуру в течение всего срока службы невозможно, поэтому рекомендуемая температура эксплуатации, как правило, находится в пределах 10°С — 30°С без применения температурного коэффициента при заряде. Для многих типов аккумуляторов в этом диапазоне не требуется регулирование напряжения подзаряда (использование температурного коэффициента компенсации).

Однако условия работы батареи в наружных шкафах существенно отличаются от рекомендованных производителем. В летний период температура в них может подниматься и выше +60°С. При эксплуатации в условиях повышенных температур фактический срок службы батареи по сравнению с расчетным сокращается. Превышение эталонной температуры на каждые 10°С уменьшает этот период вдвое. Эта зависимость, подтвержденная практикой, лежит в основе методики испытаний батарей на долговечность в режиме ускоренного старения.

Так, в соответствии со стандартом ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013: «Батареи свинцово-кислотные стационарные. Часть 21. Типы с регулирующим клапаном. Методы испытаний» предусмотрены испытания для определения влияния температурного воздействия 55°С или 60°С на срок службы. При этом аккумуляторные батареи, помещенные в тепловую камеру, заряжают при 55°С или 60°С напряжением «флотирующего» режима заряда, рекомендованного изготовителем для температуры 25°С, после чего через каждые 42 дня (для 55°С) или 30 дней (для 60°С) охлаждают и замеряют фактическую емкость при 3-часовом режиме разряда. Затем испытуемые образцы аккумуляторных батарей снова заряжают во «флотирующем» режиме заряда при 55°С или 60°С соответственно 42 или 30 дней. Такие испытания проводятся до тех пор, пока фактическая емкость не достигнет 80% от номинально заявленной емкости 3-часового разряда (0,8С3) производителем. На основе значений фактической емкости составляется график зависимости этих значений от дней проведения испытаний при температуре 55°С или 60°С и определяется точка пересечения линии регрессии, соединяющей индивидуальные точки фактической емкости с горизонтальной линией, соответствующей уровню емкости 0,8С3. Это дает информацию о поведении аккумуляторных батарей при эксплуатации в условиях чрезмерно повышенной температуры. Для дальнейших расчетов, чтобы привести сроки испытаний к срокам эксплуатации при 25°С, используют коэффициент энергии активации из уравнения Аррениуса, который отражает зависимость скорости протекания химической реакции от степени увеличения температуры и позволяет рассчитывать константы скорости при различных температурах.

Производители свинцово-кислотных аккумуляторов не предусматривают их эксплуатацию при температурах выше 60°С, так как уже при температуре выше 45°С срок их службы многократно сокращается. Например, если батарею, рассчитанную на 5 лет работы при 25°С, непрерывно эксплуатировать при 50°С, то учитывая прочие негативно воздействующие факторы, она будет работоспособной менее года (см. Рис.2).

Рис.2

В шкафах, где размещаются свинцово-кислотные аккумуляторы, должна быть предусмотрена вентиляция, поскольку при заряде выделяется взрывоопасный газ — водород. В зависимости от типа аккумуляторов — с жидким электролитом или герметизированных батарей — вентиляция может быть принудительной или естественной. Недопустимо устанавливать аккумуляторы в герметичных невентилируемых отсеках, в непосредственной близости от отопительных приборов, использовать вблизи них оборудование, которое может быть источником электрических искр или пламени, а также приборов накаливания с температурой поверхности выше 300°С.

Нельзя также забывать и о том, что аккумуляторные батареи необходимо защищать от попадания прямых солнечных лучей, особенно в летний период, так как у большинства производителей корпуса батарей окрашены в черный цвет, которые за счет солнечной радиации нагреваются быстрее.

Свинцово-кислотные аккумуляторы | PVEducation

5 Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи являются наиболее часто используемым типом батарей в фотогальванических системах. Хотя свинцово-кислотные батареи имеют низкую плотность энергии, лишь умеренную эффективность и высокие требования к обслуживанию, они также имеют длительный срок службы и низкие затраты по сравнению с другими типами батарей. Одним из исключительных преимуществ свинцово-кислотных аккумуляторов является то, что они являются наиболее часто используемой формой аккумуляторов для большинства применений перезаряжаемых аккумуляторов (например, в пусковых двигателях автомобилей) и, следовательно, имеют хорошо зарекомендовавшую себя зрелую технологическую базу.

Рисунок: Изменение напряжения в зависимости от уровня заряда для нескольких различных типов батарей.

Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из отрицательного электрода, изготовленного из губчатого или пористого свинца. Свинец является пористым, чтобы облегчить образование и растворение свинца. Положительный электрод состоит из оксида свинца. Оба электрода погружены в электролитический раствор серной кислоты и воды. В случае, если электроды соприкасаются друг с другом в результате физического перемещения батареи или изменения толщины электродов, два электрода разделяет электрически изолирующая, но химически проницаемая мембрана. Эта мембрана также предотвращает короткое замыкание через электролит. Свинцово-кислотные аккумуляторы накапливают энергию за счет обратимой химической реакции, показанной ниже.

Общая химическая реакция:

PbO2+Pb+2h3SO4⇔заряд-разряд2PbSO4+2h3O

На отрицательном выводе реакции заряда и разряда:

Pb+SO42-⇔заряд-разряд PbSO4+2e-

реакции заряда и разряда:

PbO2+SO42-+4H++2e-⇔заряд-разряд PbSO4+2h3O

Как показывают приведенные выше уравнения, разрядка батареи вызывает образование кристаллов сульфата свинца как на отрицательном, так и на положительном выводах. как высвобождение электронов из-за изменения валентного заряда свинца. Для образования этого сульфата свинца используется сульфат из сернокислотного электролита, окружающего батарею. В результате электролит становится менее концентрированным. Полный разряд приведет к тому, что оба электрода будут покрыты сульфатом свинца и водой, а не серной кислотой, окружающей электроды. При полном разряде два электрода изготовлены из одного и того же материала, и между ними отсутствует химический потенциал или напряжение. На практике, однако, разрядка прекращается при напряжении отсечки, задолго до этого момента. Поэтому аккумулятор не должен разряжаться ниже этого напряжения.

В промежутке между полностью разряженным и заряженным состояниями свинцово-кислотная батарея испытывает постепенное снижение напряжения. Уровень напряжения обычно используется для индикации состояния заряда батареи. Зависимость аккумулятора от состояния заряда аккумулятора показана на рисунке ниже. Если аккумулятор оставить в состоянии низкого заряда в течение длительного периода времени, могут вырасти крупные кристаллы сульфата свинца, что необратимо снизит емкость аккумулятора. Эти более крупные кристаллы отличаются от типичной пористой структуры свинцового электрода, и их трудно превратить обратно в свинец.

Реакция зарядки превращает сульфат свинца на отрицательном электроде в свинец. На положительном полюсе реакция превращает свинец в оксид свинца. В качестве побочного продукта этой реакции выделяется водород. В течение первой части цикла зарядки доминирующей реакцией является превращение сульфата свинца в свинец и оксид свинца. Однако по мере того, как зарядка продолжается и большая часть сульфата свинца превращается либо в свинец, либо в диоксид свинца, зарядный ток электролизует воду из электролита, и выделяются газообразные водород и кислород, процесс, известный как «загазование» батареи. Если ток подается на батарею быстрее, чем может быть преобразован сульфат свинца, то выделение газа начинается до того, как весь сульфат свинца будет преобразован, то есть до того, как батарея будет полностью заряжена. Газирование создает несколько проблем для свинцово-кислотных аккумуляторов. Выделение газа из батареи не только вызывает опасения по поводу безопасности из-за взрывоопасной природы образующегося водорода, но также приводит к уменьшению количества воды в батарее, которую необходимо заменять вручную, вводя в систему компонент обслуживания. Кроме того, выделение газа может привести к выделению активного материала из электролита, что приведет к необратимому снижению емкости аккумулятора. По этим причинам аккумулятор не следует регулярно заряжать выше напряжения, вызывающего газообразование. Напряжение газообразования изменяется в зависимости от скорости заряда.

Сульфат свинца является изолятором, поэтому способ образования сульфата свинца на электродах определяет, насколько легко может разрядиться аккумулятор.

Для большинства систем возобновляемой энергии наиболее важными характеристиками батареи являются срок службы батареи, глубина разрядки и требования к обслуживанию батареи. Этот набор параметров и их взаимосвязь с режимами зарядки, температурой и возрастом описаны ниже.

Глубина разряда в сочетании с емкостью батареи является фундаментальным параметром при проектировании блока батарей для фотоэлектрической системы, поскольку энергия, которую можно извлечь из батареи, определяется путем умножения емкости батареи на глубину разряда . Аккумуляторы классифицируются как аккумуляторы с глубоким или неглубоким циклом. Батарея глубокого разряда будет иметь глубину разряда более 50% и может достигать 80%. Чтобы достичь такой же полезной емкости, банк батарей с неглубоким циклом должен иметь большую емкость, чем банк батарей с глубоким циклом.

В дополнение к глубине разряда и номинальной емкости аккумулятора на мгновенную или доступную емкость аккумулятора сильно влияют скорость разряда аккумулятора и рабочая температура аккумулятора. Емкость аккумулятора падает примерно на 1% на каждый градус ниже 20°C. Тем не менее, высокие температуры также не идеальны для аккумуляторов, так как они ускоряют старение, саморазряд и использование электролита. На приведенном ниже графике показано влияние температуры аккумулятора и скорости разряда на емкость аккумулятора.

Рисунок: Зависимость между емкостью аккумулятора, температурой и скоростью разряда.

Со временем емкость батареи снижается из-за сульфатации батареи и осыпания активного материала. Снижение емкости аккумуляторной батареи наиболее сильно зависит от взаимосвязи между следующими параметрами:

режим заряда/разряда, в котором находилась батарея
DOD батареи в течение срока службы
его подверженность длительным периодам низкой разрядки
средняя температура батареи за время ее жизни

На следующем графике показано изменение функции батареи в зависимости от количества циклов и глубины разрядки свинцово-кислотной батареи с малым циклом. Свинцово-кислотная батарея глубокого цикла должна иметь срок службы более 1000 циклов даже при глубине разряда более 50%.

Рисунок: Соотношение между емкостью батареи, глубиной разрядки и сроком службы для батареи с малым циклом.

Помимо DOD, режим зарядки также играет важную роль в определении срока службы батареи. Перезарядка или недозарядка батареи приводит либо к осыпанию активного материала, либо к сульфатации батареи, что значительно сокращает срок службы батареи.

Рисунок: Влияние режима зарядки на емкость аккумулятора.

Окончательное влияние на зарядку аккумулятора оказывает температура аккумулятора. Хотя емкость свинцово-кислотного аккумулятора снижается при работе при низких температурах, работа при высоких температурах увеличивает скорость старения аккумулятора.

Рисунок: Зависимость между емкостью батареи, температурой и сроком службы для батареи глубокого разряда.

Кривые разряда постоянного тока для свинцово-кислотного аккумулятора емкостью 550 Ач при различных скоростях разряда с предельным напряжением 1,85 В на элемент (Mack, 1979). Более длительное время разрядки дает более высокую емкость батареи.

Производство и утечка водорода и газообразного кислорода из аккумуляторной батареи приводит к потере воды, поэтому в свинцово-кислотных аккумуляторных батареях необходимо регулярно заменять воду. Другие компоненты аккумуляторной системы не требуют регулярного обслуживания, поэтому потеря воды может стать серьезной проблемой. Если система находится в удаленном месте, проверка потери воды может увеличить расходы. Аккумуляторы, не требующие обслуживания, ограничивают потребность в постоянном внимании, предотвращая или уменьшая количество газа, выходящего из аккумулятора. Однако из-за коррозионной природы электролита все батареи в той или иной степени вносят дополнительный компонент обслуживания в фотоэлектрическую систему.

Свинцово-кислотные батареи обычно имеют кулоновскую эффективность 85% и энергоэффективность порядка 70%.

В зависимости от того, какая из вышеперечисленных проблем вызывает наибольшую озабоченность в конкретном приложении, соответствующие модификации базовой конфигурации батареи повышают ее производительность. При использовании возобновляемых источников энергии вышеуказанные проблемы будут влиять на глубину разряда, срок службы батареи и требования к техническому обслуживанию. Изменения в батарее обычно связаны с модификацией в одной из трех основных областей:

изменения состава и геометрии электрода
заменяет раствор электролита
модификаций корпуса или клемм аккумуляторной батареи для предотвращения или уменьшения утечки образующегося газообразного водорода.

Залитые свинцово-кислотные аккумуляторы характеризуются глубокими циклами и длительным сроком службы. Однако залитые батареи требуют периодического обслуживания. Мало того, что уровень воды в электролите должен регулярно контролироваться путем измерения его удельного веса, эти батареи также требуют «ускоренной зарядки».

Ускоренная зарядка

Ускоренная или выравнивающая зарядка включает кратковременный перезаряд, при котором выделяется газ и смешивается электролит, что предотвращает расслоение электролита в аккумуляторе. Кроме того, ускоренная зарядка также помогает поддерживать одинаковую емкость всех аккумуляторов. Например, если одна батарея имеет более высокое внутреннее последовательное сопротивление, чем другие батареи, то батарея с более низким значением SR будет постоянно недозаряжаться во время нормального режима зарядки из-за падения напряжения на последовательном сопротивлении. Однако, если аккумуляторы заряжаются при более высоком напряжении, то это позволяет полностью зарядить все аккумуляторы.

Удельный вес (SG)

Залитая батарея подвержена потере воды из электролита из-за выделения водорода и газообразного кислорода. Удельный вес электролита, который можно измерить ареометром, укажет на необходимость добавления воды в аккумуляторы, если аккумуляторы полностью заряжены. С другой стороны, ареометр точно покажет SOC батареи, если известно, что уровень воды правильный. SG периодически измеряется после ускоренной зарядки, чтобы убедиться, что в аккумуляторе достаточно воды в электролите. SG батареи должен быть предоставлен производителем.

Особые указания для гелевых, герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов

Гелиевые или AGM-свинцово-кислотные аккумуляторы (которые обычно герметичны или регулируются клапаном) имеют несколько потенциальных преимуществ:

они могут подвергаться глубокому циклированию при сохранении срока службы аккумулятора
им не нужна ускоренная зарядка
требуют меньше обслуживания.

Однако для этих аккумуляторов обычно требуется более точный режим зарядки с более низким напряжением. Режим зарядки с более низким напряжением обусловлен использованием свинцово-кальциевых электродов для минимизации газовыделения, но для минимизации газовыделения от батареи требуется более точный режим зарядки. Кроме того, эти батареи могут быть более чувствительными к перепадам температуры, особенно если режим зарядки не компенсирует температуру или не предназначен для этих типов батарей.

Аккумулятор для фотоэлектрической системы будет рассчитан на определенное количество циклов при определенном DOD, режиме зарядки и температуре. Однако аккумуляторы могут испытывать либо преждевременную потерю емкости, либо внезапный выход из строя по целому ряду причин. Внезапный отказ может быть вызван внутренним коротким замыканием батареи из-за выхода из строя электрического сепаратора внутри батареи. Короткое замыкание в аккумуляторе снизит напряжение и емкость всего блока аккумуляторов, особенно если секции аккумулятора соединены параллельно, а также приведет к другим потенциальным проблемам, таким как перезарядка оставшихся аккумуляторов. Батарея также может выйти из строя из-за обрыва цепи (то есть может иметь место постепенное увеличение внутреннего последовательного сопротивления), и это также повлияет на любые батареи, соединенные последовательно с этой батареей. Замерзание аккумулятора, в зависимости от типа используемого свинцово-кислотного аккумулятора, также может привести к необратимому выходу аккумулятора из строя.

Постепенное снижение емкости может усугубляться неправильной эксплуатацией, в частности ухудшением DOD. Однако работа одной части аккумуляторной батареи в условиях, отличных от другой, также приведет к снижению общей емкости и увеличению вероятности выхода из строя батареи. Аккумуляторы могут непреднамеренно эксплуатироваться в различных режимах либо из-за колебаний температуры, либо из-за выхода из строя батареи в одной цепочке батарей, что приводит к неравномерному заряду и разряду в цепочке.

Установка

Установка батарей должна производиться в соответствии с действующим стандартом страны, в которой они устанавливаются. В настоящее время существуют австралийские стандарты AS3011 и AS2676 для установки батарей. Существует также проект стандарта для батарей для приложений RAPS, который в конечном итоге станет австралийским стандартом.

Среди других факторов, которые необходимо учитывать при установке аккумуляторной системы, — вентиляция, необходимая для определенного типа аккумуляторной батареи, условия заземления, на которых должна быть размещена аккумуляторная батарея, и меры, принятые для обеспечения безопасности тех, кто может иметь доступ к блоку батарей. Кроме того, при установке блока аккумуляторов необходимо следить за тем, чтобы температура аккумулятора находилась в пределах допустимых условий эксплуатации аккумулятора и чтобы температура аккумуляторов в блоке аккумуляторов большего размера была одинаковой. Аккумуляторы в очень холодных условиях могут замерзнуть при низком уровне заряда, поэтому зимой аккумулятор с большей вероятностью будет находиться в состоянии низкого заряда. Чтобы предотвратить это, блок аккумуляторов можно закопать под землю. Батареи, регулярно подвергающиеся воздействию высоких рабочих температур, также могут сократить срок службы.

Аккумуляторы потенциально опасны, и пользователи должны знать о трех основных опасностях: Серная кислота в электролите вызывает коррозию. Защитная одежда в дополнение к средствам защиты ног и глаз необходима при работе с батареями.

Аккумуляторы способны генерировать большой ток. Если металлический предмет случайно положить на клеммы батареи, через него может протекать сильный ток. Наличие ненужных металлических предметов (например, ювелирных изделий) должно быть сведено к минимуму при работе с батареями, а инструменты должны иметь изолированные ручки.

Опасность взрыва вследствие выделения газообразного водорода и кислорода. Во время зарядки, особенно перезарядки, некоторые аккумуляторы, в том числе большинство аккумуляторов, используемых в фотоэлектрических системах, могут выделять потенциально взрывоопасную смесь газообразного водорода и кислорода. Чтобы снизить риск взрыва, используется вентиляция для предотвращения накопления этих газов, а потенциальные источники воспламенения (т. е. цепи, которые могут генерировать искры или дуги) удаляются из корпуса батареи.

Аккумуляторы представляют компонент периодического обслуживания в фотоэлектрической системе. Для всех аккумуляторов, включая «необслуживаемые» аккумуляторы, требуется график технического обслуживания, который должен гарантировать, что:

клеммы аккумулятора не покрыты коррозией
соединения аккумулятора тугие
корпус аккумулятора не должен иметь трещин и следов коррозии.

Залитые аккумуляторы требуют дополнительного и более частого обслуживания. Для залитых аккумуляторов необходимо регулярно проверять уровень электролита и плотность электролита для каждого аккумулятора. Проверку удельного веса аккумулятора с помощью ареометра следует проводить не менее чем через 15 минут после уравнительного или ускоренного заряда. В аккумуляторы следует заливать только дистиллированную воду. Водопроводная вода содержит минералы, которые могут повредить электроды батареи.

Свинец в свинцово-кислотном аккумуляторе представляет опасность для окружающей среды, если его не утилизировать должным образом. Свинцово-кислотные батареи следует перерабатывать, чтобы можно было восстановить свинец, не нанося ущерба окружающей среде.

Материалы, из которых изготовлены электроды, оказывают большое влияние на химический состав батареи и, следовательно, на напряжение батареи и ее зарядно-разрядные характеристики. Геометрия электрода определяет внутреннее последовательное сопротивление и скорость зарядки и разрядки.

Основными материалами анода и катода в свинцово-кислотной батарее являются свинец и диоксид свинца (PbO2). Свинцовый электрод выполнен в виде губчатого свинца. Желателен губчатый свинец, так как он очень пористый, и поэтому площадь поверхности между свинцом и сернокислотным электролитом очень велика. Добавление небольших количеств других элементов к свинцовому электроду для образования свинцовых сплавов может уменьшить некоторые недостатки, связанные со свинцом. Основные типы используемых электродов: свинец/сурьма (с использованием нескольких процентов сурьмы), сплавы свинца/кальция и сплавы свинца/сурьмы/кальция.

Батареи из сплава сурьмы и свинца имеют ряд преимуществ по сравнению с электродами из чистого свинца. К этим преимуществам относятся: более низкая стоимость свинца/сурьмы; повышенная прочность свинцово-сурьмяного электрода; и способность к глубокому разряду в течение короткого периода времени. Однако сплавы свинца и сурьмы подвержены сульфатации, и их нельзя оставлять при низком уровне заряда на продолжительное время. Кроме того, сплавы свинца и сурьмы увеличивают газовыделение батареи во время зарядки, что приводит к высоким потерям воды. Поскольку в эти батареи необходимо добавлять воду, они требуют более высокого обслуживания. Кроме того, свинцово-сурьмяные батареи имеют высокую скорость разряда и короткий срок службы. Эти проблемы (хх — проверьте, вызваны ли обе проблемы гальванопокрытием)) вызваны растворением сурьмы на одном электроде и ее отложением или гальванопокрытием на другом электроде. (xx повышенная адгезия PbO2 xx)

Свинцово-кальциевые батареи представляют собой технологию с промежуточной стоимостью. Как и сурьма, кальций также увеличивает прочность свинца отрицательного электрода, но, в отличие от сурьмы, добавление кальция снижает газообразование батареи, а также снижает скорость саморазряда. Однако свинцово-кальциевые аккумуляторы не следует сильно разряжать. Следовательно, эти типы батарей можно считать «необслуживаемыми», но они относятся только к батареям с коротким циклом.

Добавление в электроды сурьмы, а также кальция обеспечивает некоторые из преимуществ как сурьмы, так и свинца, но при повышенной стоимости. Подобные аккумуляторы с глубоким разрядом также могут иметь длительный срок службы. Кроме того, в электроды могут быть добавлены следовые количества других материалов для повышения производительности батареи.

В дополнение к материалу, используемому для изготовления электродных пластин, физическая конфигурация электродов также оказывает влияние на скорость зарядки и разрядки и на срок службы. Тонкие пластины обеспечивают более быструю зарядку и разрядку, но менее прочны и более склонны к осыпанию материала с пластин. Поскольку высокие зарядные или разрядные токи обычно не являются обязательной характеристикой батарей для систем возобновляемой энергии, можно использовать более толстые пластины, которые имеют меньшее время зарядки и разрядки, но также имеют более длительный срок службы.

В открытой залитой батарее любой образующийся газ может попасть в атмосферу, вызывая как проблемы с безопасностью, так и проблемы с техническим обслуживанием. Герметичная свинцово-кислотная (SLA), свинцово-кислотная батарея с регулируемым клапаном (VRLA) или рекомбинированная свинцово-кислотная батарея предотвращают потерю воды из электролита, предотвращая или сводя к минимуму утечку газообразного водорода из батареи. В герметичном свинцово-кислотном (SLA) аккумуляторе водород не уходит в атмосферу, а перемещается или мигрирует к другому электроду, где он рекомбинирует (возможно, с помощью процесса каталитической конверсии) с образованием воды. Вместо того, чтобы быть полностью герметичными, эти батареи имеют клапан сброса давления, чтобы предотвратить накопление избыточного давления в батарее. Герметичные батареи требуют строгого контроля зарядки, чтобы предотвратить накопление водорода быстрее, чем он может рекомбинировать, но они требуют меньше обслуживания, чем открытые батареи.

Свинцово-кислотные аккумуляторы с регулируемым клапаном (VRLA) по своей концепции аналогичны герметичным свинцово-кислотным аккумуляторам (SLA), за исключением того, что клапаны должны выделять некоторое количество водорода почти при полном заряде. Аккумуляторы SLA или VRLA обычно имеют дополнительные конструктивные особенности, такие как использование гелеобразных электролитов и использование свинцово-кальциевых пластин для сведения к минимуму выделения газообразного водорода.

Несмотря на разнообразие типов батарей и областей применения, особенно важными характеристиками в фотоэлектрических приложениях являются требования к обслуживанию батареи и возможность глубокой зарядки батареи при сохранении длительного срока службы. Чтобы обеспечить длительный срок службы при глубоком разряде, батареи глубокого цикла могут быть либо открытого типа, с избытком электролитического раствора и толстыми пластинами, либо батареи с иммобилизованным электролитом. Герметичные гелевые батареи могут быть классифицированы как батареи глубокого цикла, но они обычно выдерживают меньше циклов и более низкие разряды, чем специально разработанные батареи с залитыми пластинами или батареи AGM. В батареях с малым циклом обычно используются более тонкие пластины, изготовленные из свинцово-кальциевых сплавов, и глубина разряда обычно не превышает 25%.

Аккумуляторы для фотоэлектрических или удаленных источников питания (RAPS)

Строгие требования к батареям, используемым в фотогальванических системах, побудили некоторых производителей производить батареи, специально предназначенные для фотоэлектрических или других удаленных систем питания. Батареи, наиболее часто используемые в автономных фотоэлектрических системах, представляют собой свинцово-кислотные батареи с глубоким циклом или необслуживаемые батареи с более коротким циклом. Аккумуляторы глубокого цикла могут быть открытыми залитыми батареями (которые не требуют обслуживания) или батареями AGM с невыпадающим электролитом, которые не требуют обслуживания (но требуют осторожности при выборе регулятора). Специальные необслуживаемые батареи с коротким циклом, выдерживающие нечастую разрядку, также могут использоваться в фотоэлектрических приложениях, и при условии, что блок батарей спроектирован соответствующим образом, никогда не требуется глубина разряда более 25%. Батарея с длительным сроком службы в надлежащим образом спроектированной фотоэлектрической системе при правильном обслуживании может прослужить до 15 лет, но использование батарей, не рассчитанных на длительный срок службы или условий в фотоэлектрической системе, или являющихся частью плохой конструкции системы может привести к тому, что банк батарей выйдет из строя всего через несколько лет.

Доступны несколько других типов батарей специального назначения, которые описаны ниже.

Батареи пусковые, осветительные запальные (СЛИ). Эти батареи используются в автомобильной промышленности и имеют высокую скорость разрядки и зарядки. Чаще всего используют электродные пластины, укрепленные либо свинцово-сурьмяным в залитой конфигурации, либо свинцово-кальциевым в герметичной конфигурации. Эти батареи имеют хороший срок службы в условиях мелкого цикла, но очень плохой срок службы при глубоком цикле. Аккумуляторы SLI не следует использовать в фотоэлектрических системах, поскольку их характеристики не оптимизированы для использования в системах с возобновляемыми источниками энергии, поскольку срок службы в фотоэлектрических системах очень мал.

Тяговые или двигательные батареи. Тяговые или двигательные батареи используются для обеспечения электроэнергией небольших транспортных средств, таких как тележки для гольфа. По сравнению с батареями SLI, они имеют большую способность к глубокому циклу при сохранении длительного срока службы. Хотя эта особенность делает их более подходящими для фотоэлектрических систем, чем для систем, в которых используются батареи SLI, батареи с движущей силой не следует использовать ни в каких фотоэлектрических системах, поскольку их скорость саморазряда очень высока из-за использования свинцово-сурьмяных электродов. Высокая скорость саморазряда приведет к большим потерям мощности в батарее и сделает всю фотоэлектрическую систему неэффективной, если только батареи не будут ежедневно испытывать большой DOD. Способность этих батарей выдерживать глубокие циклы также намного ниже, чем у настоящей батареи глубокого цикла. Поэтому эти батареи не подходят для фотоэлектрических систем.

Батареи для жилых автофургонов или морских батарей. Эти батареи, как правило, представляют собой компромисс между батареями SLI, тяговыми батареями и настоящими батареями глубокого цикла. Хотя они не рекомендуются, в некоторых небольших фотоэлектрических системах используются как моторные, так и морские батареи. Срок службы таких батарей будет ограничен в лучшем случае несколькими годами, так что экономичность замены батарей означает, что такие батареи, как правило, не являются экономически эффективным вариантом в долгосрочной перспективе.

Стационарные батареи. Стационарные батареи часто используются для аварийного питания или источников бесперебойного питания. Это батареи с неглубоким циклом, предназначенные для того, чтобы оставаться почти полностью заряженными в течение большей части их срока службы с редкими глубокими разрядами. Их можно использовать в фотоэлектрических системах, если размер блока батарей таков, что его глубина разряда никогда не падает ниже 10–25 %.

Батареи глубокого разряда. Аккумуляторы глубокого разряда должны иметь срок службы в несколько тысяч циклов при высоком уровне разряда (80% и более). С двумя типами батарей глубокого цикла могут наблюдаться большие различия в характеристиках циклов, поэтому следует сравнивать срок службы и глубину разряда различных батарей глубокого цикла.

Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из электродов из оксида свинца и свинца, погруженных в раствор слабой серной кислоты. Потенциальные проблемы, возникающие в свинцово-кислотных батареях, включают:

Газообразование: выделение газообразного водорода и кислорода. Газообразование батареи приводит к проблемам с безопасностью и к потере воды из электролита. Потеря воды увеличивает требования к техническому обслуживанию батареи, поскольку воду необходимо периодически проверять и заменять.

Повреждение электродов. Вывод на отрицательном электроде мягкий и легко повреждается, особенно в приложениях, в которых батарея может подвергаться непрерывным или энергичным движениям.

Расслоение электролита. Серная кислота представляет собой тяжелую вязкую жидкость. По мере разрядки аккумулятора концентрация серной кислоты в электролите снижается, а при зарядке концентрация серной кислоты увеличивается. Это циклическое изменение концентрации серной кислоты может привести к расслоению электролита, когда более тяжелая серная кислота остается внизу батареи, а менее концентрированный раствор, вода, остается вверху. Непосредственная близость электродных пластин внутри батареи означает, что физическое встряхивание не смешивает серную кислоту и воду. Однако контролируемое газообразование электролита способствует смешиванию воды и серной кислоты, но его необходимо тщательно контролировать, чтобы избежать проблем с безопасностью и потери воды. В большинстве свинцово-кислотных аккумуляторов требуется периодическое, но нечастое выделение газа из аккумулятора для предотвращения или устранения расслоения электролита в процессе, называемом «ускоренной» зарядкой.

Сульфатация аккумулятора. При низком уровне заряда на свинцовом электроде могут расти большие кристаллы сульфата свинца, в отличие от мелкозернистого материала, который обычно образуется на электродах. Сульфат свинца является изоляционным материалом.

Разлив серной кислоты. Вытекание серной кислоты из корпуса аккумуляторной батареи представляет серьезную угрозу безопасности. Гелеобразование или иммобилизация жидкой серной кислоты снижает вероятность разлива серной кислоты.

Замерзание аккумулятора при низком уровне разряда. Если батарея находится на низком уровне разрядки после превращения всего электролита в воду, то температура замерзания электролита также снижается.

Потеря активного материала с электродов. Потеря активного материала с электродов может происходить в результате нескольких процессов. Одним из процессов, который может вызвать необратимую потерю емкости, является отслаивание активного материала из-за объемных изменений между ххх и сульфатом свинца. Кроме того, ХХХ. Неправильные условия зарядки и выделение газа могут привести к осыпанию активного материала с электродов, что приведет к необратимой потере емкости.

изменения состава и геометрии электрода
заменяет раствор электролита
модификаций корпуса или клемм аккумуляторной батареи для предотвращения или уменьшения утечки образующегося газообразного водорода.

Коррозия состоит из множества областей восстановления/окисления, в которых обе реакции протекают на одном и том же электроде. Для аккумуляторной системы коррозия приводит к нескольким пагубным последствиям. Одним из эффектов является преобразование металлического электрода в оксид металла.

Все химические реакции протекают как в прямом, так и в обратном направлении. Для протекания обратной реакции реагенты должны получить достаточно энергии, чтобы преодолеть электрохимическую разницу между реагентами и продуктами, а также перенапряжение. Обычно в аккумуляторных системах вероятность протекания обратной реакции мала, так как мало молекул с достаточно большой энергией. Однако, несмотря на малые размеры, некоторые частицы обладают достаточной энергией. В заряженной батарее существует процесс, посредством которого батарея может разряжаться даже в отсутствие нагрузки, подключенной к батарее. Величина, которую батарея разряжает при стоянии, называется саморазрядом. Саморазряд увеличивается с повышением температуры, потому что большая часть продуктов будет иметь достаточно энергии для протекания реакции в обратном направлении.

Идеальным набором химических реакций для батареи был бы такой, при котором имеется большой химический потенциал, который высвобождает большое количество электронов, имеет низкое перенапряжение, самопроизвольно протекает только в одном направлении и представляет собой единственную химическую реакцию, которая может произойти . Однако на практике существует несколько эффектов, которые ухудшают работу батареи из-за нежелательных химических реакций, таких эффектов, как изменение фазы объема реагентов или продуктов, а также из-за физического движения реагентов и продуктов внутри батареи.

Во время химических реакций многие материалы изменяются либо в фазе, либо, если они остаются в одной и той же фазе, объем и плотность материала могут изменяться в результате химической реакции. Наконец, материалы, используемые в батарее, в первую очередь анод и катод, могут изменить свою кристалличность или структуру поверхности, что, в свою очередь, повлияет на реакции в батарее. Многие компоненты в окислительно-восстановительных реакциях претерпевают фазовый переход либо при окислении, либо при восстановлении. Например, в свинцово-кислотном аккумуляторе ионы сульфата переходят из твердой формы (в виде сульфата свинца) в растворы (в виде серной кислоты). Если сульфат свинца рекристаллизуется где-либо, кроме анода или катода, то этот материал теряется в аккумуляторной системе. При зарядке в электронном обмене могут участвовать только материалы, соединенные с анодом и катодом, и поэтому, если материал не касается анода или катода, то он уже не может быть перезаряжен. Образование газовой фазы в аккумуляторе также представляет особые проблемы. Во-первых, газовая фаза обычно имеет больший объем, чем исходные реагенты, что приводит к изменению давления в батарее. Во-вторых, если предполагаемые продукты находятся в газообразном состоянии, они должны быть ограничены анодом и катодом, иначе они не смогут быть заряжены.

Изменение громкости также обычно отрицательно сказывается на работе батареи.

В стандартной «затопленной» свинцово-кислотной батарее электроды погружены в жидкую серную кислоту. Несколько модификаций электролита используются для улучшения характеристик батареи в одной из нескольких областей. Ключевыми параметрами электролита, которые контролируют работу батареи, являются объем и концентрация электролита, а также образование «захваченного» электролита.

Изменение объема электролита может быть использовано для повышения надежности батареи. Увеличение объема электролита делает аккумулятор менее чувствительным к потерям воды и, следовательно, делает регулярное техническое обслуживание менее критичным. Увеличение объема батареи также увеличит ее вес и снизит плотность энергии батареи.

В батареях с «неподвижным» электролитом серная кислота иммобилизуется либо путем «желирования» серной кислоты, либо с помощью «поглощающего стекломата». Оба имеют более низкое выделение газа по сравнению с залитой свинцово-кислотной батареей и, следовательно, часто встречаются в герметичных свинцово-кислотных батареях, не требующих обслуживания.

Гелеобразование. В «гелеобразной» свинцово-кислотной батарее электролит может быть иммобилизован путем гелеобразования серной кислоты с использованием силикагеля. Преимущество гелеобразного электролита заключается в том, что газовыделение уменьшается, и, следовательно, батареи не требуют особого обслуживания. Кроме того, в гелеобразных батареях не происходит расслоения электролита и, следовательно, не требуется ускоренная зарядка, а поскольку электролит гелеобразен, также снижается вероятность разлива серной кислоты. Однако для дальнейшего снижения газовыделения в этих батареях с «гелевыми элементами» также обычно используются свинцово-кальциевые пластины, что делает их непригодными для приложений с глубоким разрядом. Еще одним недостатком является то, что условия зарядки гелевой свинцово-кислотной батареи должны контролироваться более тщательно, чтобы предотвратить перезарядку и повреждение батареи.

Абсорбирующее матирование стекла. Вторая технология, которую можно использовать для иммобилизации серной кислоты, — это «абсорбирующий стеклянный мат» или батареи AGM. В аккумуляторе AGM серная кислота поглощается стекловолоконным матом, который помещается между пластинами электродов. Аккумуляторы AGM обладают многочисленными преимуществами, в том числе возможностью глубокой разрядки без ущерба для срока службы, высокой скоростью заряда/разряда и расширенным диапазоном рабочих температур. Основным недостатком этих аккумуляторов является необходимость в более тщательно контролируемых режимах зарядки и их более высокая начальная стоимость.

Статьи о батареях | Объяснение свинцово-кислотной батареи

База знаний : Учебные пособия : Статьи о батареях : Объяснение сверхсекретной работы свинцово-кислотной батареи

12-вольтовая аккумуляторная батарея мотоцикла состоит из пластикового корпуса, содержащего шесть элементов. Каждая ячейка состоит из набора положительных и отрицательных пластин, погруженных в разбавленный раствор серной кислоты, известный как электролит, и каждая ячейка имеет напряжение около 2,1 вольта при полной зарядке. Шесть элементов соединены вместе, чтобы получить полностью заряженную батарею с напряжением около 12,6 вольт.

Замечательно, но как при погружении свинцовых пластин в серную кислоту вырабатывается электричество? Батарея использует электрохимическую реакцию для преобразования химической энергии в электрическую. Давайте посмотрим. Каждая ячейка содержит пластины, напоминающие крошечные квадратные теннисные ракетки, сделанные либо из свинцово-сурьмяного, либо из свинцово-кальциевого сплава. Затем к пластинам приклеивается паста из так называемого «активного материала»; губчатый свинец для отрицательных пластин и диоксид свинца для положительных. В этом активном материале происходит химическая реакция с серной кислотой, когда на клеммы аккумулятора подается электрическая нагрузка.

Как это работает

Позвольте мне сначала представить вам общую картину для тех, кто не очень внимателен к деталям. В основном, когда батарея разряжается, серная кислота в электролите истощается, так что электролит больше напоминает воду. В то же время сульфат из кислоты покрывает пластины и уменьшает площадь поверхности, на которой может происходить химическая реакция. Зарядка обращает процесс вспять, превращая сульфат обратно в кислоту. Это в двух словах, но читайте дальше для лучшего понимания. Если вы уже выбежали из комнаты, крича и дергая себя за волосы, не волнуйтесь.

Электролит (серная кислота и вода) содержит заряженные ионы сульфата и водорода. Ионы сульфата заряжены отрицательно, а ионы водорода — положительно. Вот что происходит, когда вы включаете нагрузку (фары, стартер и т.д.). Ионы сульфата перемещаются к отрицательным пластинам и теряют свой отрицательный заряд. Оставшийся сульфат соединяется с активным материалом на пластинах, образуя сульфат свинца. Это снижает прочность электролита, а сульфат на пластинах действует как электрический изолятор. Избыточные электроны вытекают из отрицательной стороны батареи, проходят через электрическое устройство и возвращаются к положительной стороне батареи. На положительной клемме батареи электроны устремляются обратно и принимаются положительными пластинами. Кислород в активном материале (диоксид свинца) реагирует с ионами водорода с образованием воды, а свинец реагирует с серной кислотой с образованием сульфата свинца.

Ионы, движущиеся в электролите, создают ток, но по мере того, как ячейка разряжается, количество ионов в электролите уменьшается, и площадь активного материала, доступного для их приема, также уменьшается, потому что он покрывается сульфатом. Помните, что химическая реакция происходит в порах активного материала, прикрепленного к пластинам.

Многие из вас, возможно, замечали, что батарея, используемая для запуска велосипеда, который просто не заводится, быстро доходит до того, что двигатель даже не заводится. Однако, если эту батарею оставить на некоторое время в покое, она, похоже, вернется к жизни. С другой стороны, если вы оставите переключатель в положении «парк» на ночь (горит только пара маленьких лампочек), то утром аккумулятор будет совершенно бесполезен, и никакой отдых не заставит его восстановиться. Почему это? Поскольку ток возникает в результате химической реакции на поверхности пластин, сильный ток быстро превращает электролит на поверхности пластин в воду. Напряжение и ток будут снижены до уровня, недостаточного для работы стартера. Требуется время, чтобы большее количество кислоты диффундировало через электролит и добралось до поверхности пластин. Этому способствует короткий период отдыха. Кислота не истощается так быстро, когда ток мал (например, для питания лампы заднего фонаря), а скорость диффузии достаточна для поддержания напряжения и тока. Это хорошо, но когда напряжение, в конце концов, падает, больше не остается кислоты, скрывающейся во внешних пределах ячейки, чтобы мигрировать на пластины. Электролит в основном состоит из воды, а пластины покрыты изолирующим слоем сульфата свинца. Теперь требуется зарядка.

Саморазряд

Одной из неприятных особенностей свинцово-кислотных аккумуляторов является то, что они разряжаются сами по себе, даже если не используются. Общее эмпирическое правило – скорость саморазряда составляет один процент в день. Эта скорость увеличивается при высоких температурах и уменьшается при низких температурах. Не забывайте, что ваш Gold Wing с часами, стереосистемой и CB-радио никогда не выключается полностью. Каждое из этих устройств имеет «поддерживающую память» для сохранения ваших предварительных настроек радио и времени, и эти воспоминания потребляют около 20 миллиампер или 0,020 ампер. Это высасывает из вашей батареи около получаса ампер-часа в день при температуре 80 градусов по Фаренгейту. Это потребление в сочетании со скоростью саморазряда приведет к тому, что ваша батарея будет разряжена на 50 процентов за две недели, если велосипед оставить без присмотра и без движения.

Когда батарея заряжается

Зарядка — это процесс, который меняет направление электрохимической реакции. Он преобразует электрическую энергию зарядного устройства в химическую энергию. Помните, батарея не хранит электричество; он хранит химическую энергию, необходимую для производства электричества.

Зарядное устройство меняет направление тока при условии, что зарядное устройство имеет большее напряжение, чем аккумулятор. Зарядное устройство создает избыток электронов на отрицательных пластинах, и положительные ионы водорода притягиваются к ним. Водород реагирует с сульфатом свинца с образованием серной кислоты и свинца, и когда большая часть сульфата уходит, водород поднимается с отрицательных пластин. Кислород в воде вступает в реакцию с сульфатом свинца на положительных пластинах, снова превращая их в двуокись свинца, и когда реакция почти завершена, из положительных пластин поднимаются пузырьки кислорода.

Многие люди думают, что внутреннее сопротивление батареи высокое, когда батарея полностью заряжена, но это не так. Если вы подумаете об этом, вы вспомните, что сульфат свинца действует как изолятор. Чем больше сульфата на пластинах, тем выше внутреннее сопротивление батареи. Более высокое сопротивление разряженной батареи позволяет ей принимать более высокую скорость зарядки без выделения газа или перегрева, чем когда батарея почти полностью заряжена. Почти полностью заряженный, остается не так много сульфата, чтобы поддерживать обратную химическую реакцию. Уровень зарядного тока, который может быть применен без перегрева батареи или разрушения электролита на водород и кислород, известен как «естественная скорость поглощения» батареи. Когда ток заряда превышает эту естественную скорость поглощения, происходит перезарядка. Аккумулятор может перегреться, и электролит начнет пузыриться. На самом деле, часть зарядного тока теряется в виде тепла даже при правильном уровне заряда, и эта неэффективность создает необходимость возвращать в аккумулятор больше ампер-часов, чем было извлечено. Подробнее об этом позже.

Как долго будет работать мой аккумулятор?

Существует множество факторов, которые могут привести к выходу из строя батареи или значительному сокращению срока ее службы. Одна из таких вещей позволяет батарее оставаться в частично разряженном состоянии . Мы говорили о сульфатообразовании на поверхности пластин аккумулятора при разряде, сульфат также образуется в результате саморазряда. Сульфат также быстро образуется, если уровень электролита упадет до такой степени, что пластины будут открыты. Если позволить этому сульфату остаться на пластинах, кристаллы будут увеличиваться в размерах и затвердевать до тех пор, пока их станет невозможно удалить путем зарядки. Следовательно, количество доступной площади поверхности для химической реакции будет постоянно уменьшаться. Это состояние известно как «сульфатация», и оно необратимо снижает емкость аккумулятора. Аккумулятор на 20 ампер-часов может начать работать как аккумулятор на 16 ампер-часов (или меньше), быстро теряя напряжение под нагрузкой и не поддерживая достаточное напряжение во время проворачивания коленчатого вала для работы системы зажигания мотоцикла. Это последнее условие проявляется, когда двигатель отказывается запускаться до тех пор, пока вы не уберете палец с кнопки запуска. Когда вы отпускаете стартер, напряжение аккумуляторной батареи мгновенно подскакивает до достаточного уровня. Поскольку двигатель все еще кратковременно вращается, зажигание, включенное теперь, зажжет свечи зажигания. В следующем выпуске мы увидим, почему увеличение внутреннего сопротивления из-за сульфатации приводит к снижению мощности, подаваемой на стартер.

Глубокий разряд — еще один убийца аккумулятора. Каждый раз, когда аккумулятор глубоко разряжается, часть активного материала слетает с пластин и падает на дно корпуса аккумулятора. Естественно, при этом остается меньше материала для проведения химической реакции. Если в нижней части корпуса скапливается достаточное количество этого материала, он закорачивает пластины и убивает батарею.

Перезарядка — коварная убийца; его эффекты часто не очевидны для невиновного покупателя десятидолларового зарядного устройства, который оставляет его подключенным к батарее в течение длительного времени. https://www.batterystuff.com/battery-chargers/#mce_temp_url# заряжается с постоянной скоростью независимо от уровня заряда батареи. Если эта скорость больше, чем естественная скорость поглощения батареи при полной зарядке, электролит начнет разрушаться и выкипать. Многие водители всю зиму хранили велосипед на зарядном устройстве, а весной обнаруживали, что батарея практически разряжена. Кроме того, поскольку при зарядке положительные пластины окисляются, продолжительная перезарядка может вызвать коррозию пластин или разъемов до тех пор, пока они не ослабнут и не сломаются.

Недостаточный заряд — это состояние, характерное для многих мотоциклов. Ваш регулятор напряжения настроен на поддержание напряжения вашей системы на уровне от 14 до 14,4 вольт. Если вы один из тех людей, которые ездят по межштатным автомагистралям с вольтметром, показывающим всего 13,5 вольт, потому что вы сжигаете больше огней, чем рождественская витрина Macy’s, вы должны знать, что этого напряжения достаточно для поддержания заряженной батареи, но недостаточно для полного заряда. перезарядить разряженный.

Помните, мы говорили, что выделение газа происходит, когда весь или большая часть сульфата свинца превращается обратно в свинец и диоксид свинца. Напряжение, при котором это обычно происходит, известное как напряжение газообразования, обычно чуть выше 14 вольт. Если напряжение в вашей системе никогда не станет таким высоким, и если вы никогда не компенсируете это, подключив зарядное устройство дома, сульфат начнет накапливаться и затвердевать, как налет во рту. Считайте, что тщательная периодическая зарядка похожа на чистку зубов зубной нитью и зубной нитью. Если вы плохо соблюдаете гигиену полости рта, вы можете пойти к дантисту и попросить его соскрести всю гадость. Когда ваша батарея достигает этой стадии, это шторы!

Какой тип зарядного устройства и почему

Ваш генератор переменного тока и стандартное автомобильное конусное зарядное устройство имеют много общего; они стремятся поддерживать постоянное напряжение. Вот проблема с попыткой быстро зарядить глубоко разряженный аккумулятор любым из них. Помните, мы обсуждали, как сильное потребление тока может заставить батарею выглядеть разряженной. Затем, по мере того как кислота диффундировала через ячейки, концентрация на поверхности пластин увеличивалась, и батарея возвращалась к жизни.

Аналогичным образом, напряжение батареи во время заряда увеличивается из-за концентрации кислоты, которая возникает на поверхности пластин. Если скорость заряда значительна, напряжение будет быстро расти. Коническое зарядное устройство или регулятор напряжения автомобиля будут резко снижать скорость зарядки, когда напряжение поднимается выше 13,5 В, но соответствует ли уровень заряда аккумулятора напряжению? Нет! Опять же, кислоте требуется время, чтобы распространиться по клеткам.

Хотя напряжение может быть высоким, электролит во внешних частях элементов все еще слабый, и уровень заряда батареи может быть намного ниже, чем указывало бы напряжение. Только после продолжительной зарядки уменьшенным током будет достигнута полная емкость. По этой причине вы не должны судить о состоянии заряда батареи, измеряя напряжение во время зарядки. Проверяйте его только после того, как батарея постоит не менее часа. Напряжение будет уменьшаться и стабилизироваться по мере того, как кислота будет распространяться по ячейкам.

В течение последних нескольких лет несколько компаний разработали зарядные устройства, которые могут быстро зарядить разряженную батарею, а затем удерживать ее при напряжении, которое не приведет ни к выделению газа, ни к саморазряду. Их иногда называют «умными зарядными устройствами» или многоступенчатыми зарядными устройствами. Вот как они работают.

Мы сказали, что батарея может принимать гораздо более высокую скорость зарядки, когда она частично разряжена, чем когда она почти полностью заряжена. Эти многоступенчатые зарядные устройства используют этот факт, начиная заряд постоянным током или в режиме «объемного заряда». Как правило, они обеспечивают ток заряда от 650 миллиампер до 1,5 ампер, в зависимости от марки и модели. Этот объемный заряд поддерживается постоянным (или должен быть) до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет 13,5 вольт, что позволяет батарее поглощать большее количество заряда за короткое время и без повреждений. Затем зарядное устройство переключается на постоянное напряжение или «абсорбционный» заряд.

Идея состоит в том, чтобы позволить батарее поглотить последние 15 процентов своего заряда с естественной скоростью поглощения, чтобы предотвратить чрезмерное выделение газов или нагрев. Наконец, эти зарядные устройства переключаются в «плавающий» режим, в котором напряжение батареи поддерживается на уровне, достаточном, чтобы предотвратить ее разряд, но недостаточном, чтобы вызвать перезарядку. Различные компании в целом расходятся во мнениях относительно того, каким должно быть это плавающее напряжение, но обычно оно составляет от 13,2 до 13,4 вольт. На самом деле, плавающее напряжение должно иметь температурную компенсацию в пределах 13,1 В при 9°С.0 градусов по Фаренгейту до 13,9 вольт при 50 градусах. Большинство очень дорогих высокомощных многоступенчатых зарядных устройств для использования с большими батареями для жилых автофургонов имеют температурную компенсацию, но, насколько мне известно, ни одно из устройств для мотоциклов не компенсируется; они используют компромиссную настройку с плавающей запятой.

То есть я могу просто установить и забыть, верно? Ну, не совсем так. Во-первых, вам нужно время от времени контролировать уровень жидкости в аккумуляторе (если только у вас не герметичный аккумулятор). Еще одна проблема заключается в том, что заряд батареи. Даже если держать его на уровне 13 вольт, неизменное напряжение позволит аккумулятору со временем начать сульфатироваться. С большинством этих устройств я рекомендую отключать зарядное устройство не реже одного раза в 60 дней во время сезонного хранения. Дайте аккумулятору отдохнуть пару дней, а затем снова подключите зарядное устройство.

Все еще здесь?

Если ты все еще читаешь это, значит ты настоящий боец. Я понимаю, что эта тема может быть запутанной или даже скучной, но мужайтесь; Я полегчал с тобой. Там гораздо больше осталось невысказанным, чем то, что появляется здесь. Это были «Лучшие хиты Батареи». Я надеюсь, что этого было достаточно, чтобы заинтересовать вас, не отправляя вас в информационную перегрузку, и, может быть, теперь, когда вы знаете, сколько существует способов сократить срок службы батареи, вы понимаете, почему никто не может предсказать, как долго прослужит батарея. Многие гонщики, которые считают, что отлично заботятся о своих батареях, на самом деле убивают их добротой.

Выберите свое зарядное устройство

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

Адрес электронной почты должен быть в формате [email protected]

Мы уважаем ваше право на неприкосновенность частной жизни и никогда никому не передадим информацию о вашей электронной почте.

НЕОБХОДИМО включить JavaScript, чтобы иметь возможность комментировать

Герметичные свинцово-кислотные батареи, перезаряжаемые VRLA (SLA)

Power Sonic производит герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы с 1970, за это время мы разработали одну из самых полных линеек аккумуляторов в отрасли. Мы предлагаем полную линейку герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов, каждая серия была специально разработана и разработана, чтобы получить максимальную отдачу от вашего приложения.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы иногда называют VRLA (клапанно-регулируемый свинцово-кислотный аккумулятор). Существует два основных типа аккумуляторов: AGM и Gel. Мы предлагаем как AGM, так и гелевые аккумуляторы, каждый из которых имеет свои преимущества перед другим в зависимости от конкретного применения. Если вы не уверены, какой тип батареи лучше всего подходит для вашего приложения, свяжитесь с нашей командой опытных инженеров, которые помогут вам подобрать правильный аккумулятор.

НАШИ АССОРТИМЕНТЫ

СЕРИЯ PS

Аккумуляторы общего назначения VRLA, разработанные с использованием технологии AGM (absorbent Glass Mat). Емкость от 0,8 до 260 Ач для режима ожидания и легких циклических приложений.

Просмотр серии PS

СЕРИЯ PG

Долговечные батареи VRLA общего назначения с проектным сроком службы более 10 лет, включая моноблоки 2 В и батареи с передним выводом. Приложения включают в себя ИБП, телекоммуникации, аварийное освещение и резервное питание.

Просмотр серии PG

СЕРИЯ PHR

Аккумуляторы VRLA с превосходными характеристиками быстрого разряда обеспечивают надежную работу в ИБП и других устройствах с высоким уровнем разряда на срок до 10 лет.

Просмотр серии PHR

СЕРИЯ PDC

Аккумуляторы VRLA глубокого цикла, рассчитанные на длительный срок службы, подходят для приложений глубокого цикла, включая мобильность, гольф, солнечную энергию и ветер.

Посмотреть серию PDC

СЕРИЯ PSOPzV

Трубчатые гелевые аккумуляторы с расчетным сроком службы до 20 лет и превосходной надежностью в суровых условиях, таких как высокие рабочие температуры или нестабильные электрические сети.

Просмотр серии PSOPzV

СЕРИЯ PG FT

Со всеми преимуществами, которые вы ожидаете от серии Power Sonic PG, но с дополнительными функциями простых в использовании передних клеммных соединителей, обеспечивающих простоту установки и обслуживания при установке в аккумуляторном шкафу.

Просмотр серии PG FT

СЕРИЯ DCG

Гелевые батареи глубокого цикла, которые обеспечивают превосходную производительность и срок службы по сравнению со стандартными AGM, применяются в возобновляемых источниках энергии, гольфе и мобильности.

Посмотреть серию DCG

СЕРИЯ PG 2V

Благодаря использованию специального сплава сетки и сырья высокой чистоты серия Power Sonic PG 2V обеспечивает меньшее выделение газов и меньший саморазряд, что обеспечивает высокую надежность батареи с длительным сроком службы.

Просмотр серии PG 2V

СЕРИЯ PSH

Серия герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов Power Sonic PSH была разработана специально для ИБП с высокой скоростью разряда.

Посмотреть серию PSH

ХОТИТЕ ПОФИЛЬТРОВАТЬ НАШ ПОЛНЫЙ АССОРТИМЕНТ АККУМУЛЯТОРОВ?

кликните сюда

СКАЧАТЬ БРОШЮРУ ПРОДУКЦИИ POWER SONIC

СКАЧАТЬ

НЕ МОЖЕТЕ НАЙТИ НУЖНУЮ БАТАРЕЮ?

Power Sonic предлагает широкий выбор размеров и конфигураций аккумуляторов, которые подходят для различных приложений. Для тех приложений, которые требуют уникальных требований к питанию, наши опытные инженеры могут помочь спроектировать, разработать, протестировать и изготовить индивидуальные аккумуляторные решения для конкретных потребностей практически любого приложения. Свяжитесь с нами сегодня для получения дополнительной информации о наших нестандартных решениях для аккумуляторов.

Узнать больше

Качество

Изготовленные с использованием новейших технологий и под строгим контролем качества, наши аккумуляторы отличаются превосходной производительностью и надежностью.

Опыт

Наш целенаправленный подход к исключительному комплексному обслуживанию клиентов отличает нас от конкурентов. От запроса до доставки и всего, что между ними, мы регулярно превосходим ожидания наших клиентов.

Служба

Доставка вовремя, каждый раз по спецификации заказчика. Мы гордимся тем, что предлагаем индивидуальные сервисные решения, точно соответствующие спецификациям наших клиентов.

Свинцово-кислотная технология » Заметки по электронике

Что такое свинцово-кислотные аккумуляторы и как работают свинцово-кислотные аккумуляторы — обзор технологии, работы, преимуществ и конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов.

Аккумуляторная технология Включает:
Обзор аккумуляторных технологий
Определения и термины батареи
Емкость и срок службы батареи
Батареи / ячейки последовательно и параллельно
Цинк-углерод
Щелочные элементы
Цинковые воздушные ячейки
Литиевая первичная батарея
NiCad
NiMH
литий-ион
Свинцово-кислотный

Свинцово-кислотные аккумуляторы дешевы, удобны и подходят для многих приложений питания от аккумуляторов. Они, вероятно, наиболее известны своим использованием в обычных автомобильных транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания, где они обеспечивают питание для всего, от запуска двигателя до электроники и многого другого.

Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют много преимуществ для автомобильного и многих других применений: они имеют большой ток и способность к импульсным перенапряжениям, что идеально подходит для запуска двигателей внутреннего сгорания.

Как технология, свинцово-кислотные аккумуляторы являются хорошо зарекомендовавшей себя технологией, и их можно легко производить с использованием относительно несложного технологического оборудования.

Однако технология свинцово-кислотных аккумуляторов в настоящее время вытесняется технологией ионно-литиевых аккумуляторов. Эти новые ионно-литиевые аккумуляторы для электромобилей способны обеспечить питание автомобиля, а также электронное и электрическое оборудование в автомобиле.

Соответственно, использование технологии свинцово-кислотных аккумуляторов сокращается, поскольку аккумуляторы электромобилей все чаще используются для новых карт и других транспортных средств.

Типичная свинцово-кислотная батарея в автомобиле

История свинцово-кислотной батареи

Свинцово-кислотная батарея была первой разработанной формой перезаряжаемой батареи. Идея была первоначально предложена французским физиком Гастоном Планте в 1860 году.

Хотя другой французский ученый по имени Готеро обнаружил, что платиновые или серебряные провода, которые использовались для электролиза соленой воды, производили ток в течение короткого промежутка времени, это так и не было превращено в работоспособную батарею.

Первые свинцово-кислотные аккумуляторы были изготовлены из свинцовых пластин. Затем батарею нужно было «сформировать», зарядив ее так, чтобы одна из пластин окислилась. Затем батарея увеличивала свою емкость в течение последовательных циклов зарядки-разрядки.

Базовая ячейка

Планта была позже улучшена другим французским инженером по имени Фор. Ему удалось значительно сократить процесс формования, нанеся на пластины несколько полосок оксида свинца. Это значительно ускорило процесс формования, поскольку отрицательная пластина стала только свинцовой, а положительная пластина окислилась до перекиси свинца.

После того, как была создана основная технология свинцово-кислотных аккумуляторов, следующим важным шагом стало решение проблемы потери воды и высыхания электролита.

Аккумуляторы требовали периодической доливки дистиллированной воды для обеспечения их работы. Это было преодолено путем вставки клапана в батарею. Эти свинцово-кислотные батареи с регулируемым клапаном, VRLA, использующие механизм рекомбинации кислорода.

Газы, образующиеся внутри батареи VRLA, были рекомбинированы внутри, и батарея была герметизирована для производства батарей, используемых для стандартных условий эксплуатации.

Основные сведения о свинцово-кислотных батареях: как они работают

При рассмотрении того, как работает свинцово-кислотный аккумулятор, необходимо обратить внимание на основные компоненты. Батарея состоит из сравнительно небольшого количества компонентов — по сути, это четыре основных элемента:

.
Схема концепции свинцово-кислотного перезаряжаемого элемента

Положительная пластина: Она покрыта пастой из диоксида свинца.
Отрицательная пластина: Изготовлена из губчатого свинца.
Разделитель: Это изолирующий материал между двумя пластинами, но он позволяет электролиту и ионам проникать в него, обеспечивая проводимость без соприкосновения двух пластин.
Электролит: Состоит из воды и серной кислоты

Все эти компоненты находятся в пластиковом контейнере, который служит для удержания электролита и аккумулятора вместе.

Хотя пластины или электроды свинцово-кислотной батареи обозначены как свинцовые, сам по себе свинец слишком мягок, чтобы его можно было использовать отдельно. Соответственно, к свинцу добавляют небольшие количества других металлов, чтобы обеспечить необходимую дополнительную прочность. Они также могут улучшить электрические характеристики. Типичные аддитивные металлы включают: сурьму, кальций, олово и селен.

Общая батарея, как правило, состоит из нескольких элементов, соединенных последовательно, чтобы обеспечить требуемое напряжение, поскольку каждый элемент способен обеспечить ЭДС 2,1 вольта.

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов

Чтобы основной свинцово-кислотный элемент мог вырабатывать напряжение, он должен сначала получить заряд. Напряжение, применяемое для обеспечения этого, должно быть больше 2,1 вольта, чтобы ток мог протекать в ячейку. Если бы он был меньше этого, из него действительно вытекал бы заряд.

Свинцово-кислотные аккумуляторы требуют зарядки постоянным током и постоянным напряжением. Для этого регулируемый ток повышает напряжение на клеммах аккумулятора или элемента до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел напряжения заряда. В этот момент ток падает из-за насыщения.

Время полной зарядки батареи обычно составляет от двенадцати до восемнадцати часов для наиболее распространенных типов батарей, но может достигать 36 или даже 48 часов для больших батарей, которые могут использоваться для временного питания и т. д.

Можно обеспечить быструю зарядку, используя более сложную форму зарядки, что потребует более сложного зарядного устройства, которое в конечном итоге будет стоить дороже. В некоторых ситуациях это может оказаться экономически эффективным подходом. Здесь более высокие токи и многоступенчатая зарядка позволяют аккумулятору не подвергаться чрезмерным нагрузкам при одновременном сокращении времени зарядки. Методами время зарядки можно сократить до восьми-десяти часов, но это не дает полной зарядки.

Хотя зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов хорошо работает во многих приложениях, по сравнению с другими более новыми технологиями, такими как технология ионно-литиевых аккумуляторов, они относительно медленные.

После зарядки элемент или батарея смогут заряжать внешние цепи, часто работая в течение нескольких часов в зависимости от разрядки элемента или батареи.

Указания и советы по обслуживанию свинцово-кислотных аккумуляторов

Существует несколько советов и рекомендаций, позволяющих максимально эффективно использовать свинцовый аккумулятор путем его правильной зарядки. Это обеспечит безопасность, наилучшую работу и максимально длительный срок службы батареи.

Зарядка в хорошо проветриваемом помещении: Во время зарядки может образовываться газообразный водород, который, если он находится в небольшом пространстве, может быть взрывоопасным.
Не храните батареи в состоянии низкого заряда: Во избежание процесса, называемого сульфатацией, батареи не следует хранить в состоянии низкого заряда — в идеале их следует всегда заряжать после использования.
Избегайте «сплющивания» аккумулятора: Полная разрядка или сведение аккумулятора может значительно сократить срок его службы. Часто обнаруживается, что после полной разрядки автомобильного аккумулятора его емкость значительно снижается, и он, вероятно, снова полностью разрядится. Старые батареи, которые разряжены, следует заменить, чтобы избежать дополнительных проблем.
Убедитесь, что пластины батареи закрыты: В некоторых батареях необходимо долить электролит, чтобы пластины были закрыты. Это следует делать, используя дистиллированную воду (не обычную воду из-под крана, так как она содержит загрязняющие вещества, которые снижают эффективность электролита). Также никогда не добавляйте новый электролит. Для многих современных типов батарей, требующих минимального обслуживания, дозаправка не требуется, и для этого невозможно получить доступ к аккумуляторным отсекам.
Не переполнять: При заполнении заполняйте только до указанного уровня. Переполнение может привести к выплескиванию кислоты во время зарядки.
Пузырьки газа на пластинах указывают на то, что аккумулятор практически полностью заряжен: Когда на пластинах так называемых залитых свинцово-кислотных аккумуляторов начинают появляться пузырьки газа, это означает, что аккумулятор полностью заряжен и начинает расщеплять молекулы воды на водород (отрицательная пластина) и кислород (положительная пластина).
Избегайте зарядки при высоких температурах: Если температура выше 49 или 50°C, избегайте зарядки.
Не допускайте замерзания аккумулятора: Никогда не допускайте замерзания свинцово-кислотного аккумулятора, так как это может привести к непоправимому механическому повреждению. Стоит отметить, что полностью заряженный аккумулятор замерзает при более низкой температуре, чем частично заряженный.

Саморазряд свинцово-кислотного аккумулятора

Характеристики саморазряда свинцово-кислотных аккумуляторов относительно хорошие. При комнатной температуре 20°C скорость саморазряда составляет около 3% в месяц.

Теоретически свинцово-кислотная батарея может храниться до 12 месяцев без подзарядки. Однако при более высоких температурах саморазряд выше. При 30°C увеличивается саморазряд, и через 6 месяцев потребуется перезарядка. Падение заряда батареи ниже 60% в течение некоторого времени приводит к сульфатации.

Сульфатация — это процесс, снижающий емкость свинцово-кислотных аккумуляторов. При обычном использовании образуются маленькие кристаллы сульфата, но это нормально и не опасно. Однако при длительном отсутствии заряда аморфный сульфат свинца превращается в стабильный кристаллический и откладывается на отрицательных пластинах. Это приводит к образованию крупных кристаллов, которые уменьшают количество активного вещества внутри клетки и приводят к снижению ее емкости.

Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

Несмотря на то, что свинцово-кислотные аккумуляторы широко используются, поскольку они имеют ряд явных преимуществ, они также имеют несколько серьезных недостатков. Все это необходимо учитывать при принятии решения о том, использовать эту технологию или нет.

Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов

Отработанная технология
Относительно дешевы в производстве и покупке (они обеспечивают самую низкую стоимость единицы емкости аккумуляторных элементов)
Большой ток
Может быть изготовлен для различных применений
Терпимость к злоупотреблениям
Устойчив к перезарядке
Доступен широкий диапазон размеров и спецификаций
Многие производители по всему миру

Свинцово-кислотная батарея Недостатки

Выход из строя через несколько лет Срок службы обычно 300–500 циклов
Не всегда можно использовать в различных ориентациях
Коррозионный электролит (может вызвать ожоги людей и коррозию металлических конструкций)
Свинец не является экологически чистым
Кислоту необходимо утилизировать с осторожностью
Не подходит для быстрой зарядки
Должен храниться в заряженном состоянии после введения электролита
Типичная эффективность зарядки всего около 70 %

Как и все аккумуляторные технологии и аккумуляторные системы, свинцово-кислотные аккумуляторы имеют свои преимущества и недостатки. Преимущества и недостатки необходимо учитывать при рассмотрении аккумуляторной технологии для новой разработки. Для существующих систем это необходимо учитывать при обращении с ними, их использовании и обслуживании.

Свинцово-кислотный аккумулятор очень хорошо зарекомендовал себя. Он используется уже более 150 лет и является одной из опор автомобильной промышленности.

Свинцово-кислотная батарея обладает высокой токовой способностью, низкой стоимостью и устойчивостью к небрежному обращению. Это делает свинцово-кислотные аккумуляторы идеальными для многих применений.

Однако с переходом на более экологически безопасные источники энергии электромобили теперь представляются будущим, поскольку производители и законодательство указывают на поэтапный отказ от двигателей внутреннего сгорания. Для электромобилей литий-ионная технология обеспечивает лучшую производительность, они более экологически приемлемы и обладают характеристиками, позволяющими электромобилям добиться успеха. Таким образом, свинцово-кислотные батареи, вероятно, будут использоваться значительно реже.

Другие электронные компоненты:
Резисторы
конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
Транзистор
Фототранзистор
полевой транзистор
Типы памяти
Тиристор
Соединители
ВЧ-разъемы
Клапаны/трубки
Батареи
Переключатели
Реле
Технология поверхностного монтажа

Вернуться в меню «Компоненты». . .

Свинцово-кислотная батарея Недостатки и обслуживание

1/ Ограниченная «полезная» емкость

Обычно считается разумным использовать только 30–50 % номинальной емкости типичных свинцово-кислотных батарей «глубокого цикла». Это означает, что батарея на 600 ампер-часов на практике обеспечивает в лучшем случае только 300 ампер-часов реальной емкости.
Если вы даже время от времени разряжаете батареи больше, чем это, их срок службы резко сократится.

Свинцово-кислотный AGM Полезная емкость

2/ Ограниченный срок службы

Даже если вы бережно относитесь к своим батареям и никогда не разряжаете их чрезмерно, даже самые лучшие свинцово-кислотные батареи с глубоким циклом обычно рассчитаны только на 500–1000 циклов. Если вы часто подключаетесь к своему блоку аккумуляторов, это может означать, что ваши аккумуляторы могут нуждаться в замене менее чем через 2 года использования.

Свинцово-кислотный (AGM)
Ожидаемый срок службы по сравнению с DOD

3/ Медленная и неэффективная зарядка

Последние 20% емкости свинцово-кислотного аккумулятора не могут быть «быстро» заряжены. Первые 80% можно быстро «зарядить» с помощью интеллектуального трехступенчатого зарядного устройства (в частности, аккумуляторы AGM могут выдерживать высокий зарядный ток), но затем начинается фаза «поглощения», и зарядный ток резко падает.

Как и в случае с проектом по разработке программного обеспечения, последние 20% работы могут занять 80% времени.

Это не имеет большого значения, если вы заряжаетесь от сети на ночь, но это большая проблема, если вам приходится оставлять генератор включенным на несколько часов (что может быть довольно шумным и дорогим в эксплуатации). И если вы зависите от солнца и заката до того, как эти последние 20% будут пополнены, вы можете легко получить батареи, которые никогда не заряжаются полностью.

Неполная зарядка последних нескольких процентов не была бы большой проблемой на практике, если бы не тот факт, что отказ от регулярной полной зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов приводит к их преждевременному старению.

4/ Потери энергии

В дополнение ко всему потраченному впустую времени генератора, свинцово-кислотные батареи страдают еще одной проблемой эффективности – они тратят до 15% вложенной в них энергии из-за присущей им неэффективности зарядки. Таким образом, если вы обеспечиваете мощность 100 ампер, вы храните только 85 ампер-часов.

Это может быть особенно неприятно при зарядке от солнечной батареи, когда вы пытаетесь выжать максимальную эффективность из каждого усилителя до того, как солнце сядет или скроется облаками.

5/ Потери Пейкерта

Чем быстрее вы разряжаете свинцово-кислотную батарею любого типа, тем меньше энергии вы можете из нее получить. Этот эффект можно рассчитать, применив закон Пейкерта (названный в честь немецкого ученого В. Пейкерта), и на практике это означает, что сильноточные нагрузки, такие как кондиционер, микроволновая печь или индукционная плита, могут привести к тому, что банк свинцово-кислотных аккумуляторов сможет на самом деле обеспечивает всего 60% своей нормальной мощности. Это огромная потеря мощности, когда она вам больше всего нужна…

Последствия потерь Peukert при быстром разряде AGM

В приведенном выше примере показана спецификация батареи Concord AGM: эта спецификация указывает, что батарея может обеспечить 100% своей номинальной емкости при разряде в течение 20 часов (C/20). При разрядке в течение одного часа (C/1) батарея будет обеспечивать только 60% номинальной емкости . Это прямое влияние потерь Пейкерта.

В конце дня батарея AGM емкостью 100 Ач при C/20 обеспечивает полезную емкость 30 Ач при разрядке в течение одного часа как 30 Ач = 100 Ач x 50% DoD x 60% (потери Пейкерта).

Полезная емкость свинцово-кислотной кислоты при C/20
(20 часов разряда)

Полезная емкость свинцово-кислотной кислоты при C/1
(один час разряда)

6/ Вопросы размещения

Залитые свинцово-кислотные аккумуляторы выделяют ядовитый кислотный газ во время зарядки и должны содержаться в герметичном аккумуляторном ящике с вентиляцией наружу. Они также должны храниться в вертикальном положении, чтобы избежать проливания аккумуляторной кислоты.

Аккумуляторы AGM не имеют этих ограничений и могут размещаться в непроветриваемых помещениях — даже в жилом помещении. Это одна из причин, по которой аккумуляторы AGM стали так популярны среди моряков.

6/ Требования к техническому обслуживанию

Залитые свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо периодически доливать дистиллированной водой, что может быть трудоемкой процедурой технического обслуживания, если к отсекам для аккумуляторов трудно добраться.

AGM и гелевые элементы действительно не требуют технического обслуживания. Однако отсутствие необходимости в обслуживании имеет и обратную сторону: случайно перезаряженную аккумуляторную батарею часто можно спасти, заменив выкипевшую воду. Перезаряженная гелевая или AGM батарея часто необратимо разрушается.

7/ Просадка напряжения

Полностью заряженный 12-вольтовый свинцово-кислотный аккумулятор имеет начальное напряжение около 12,8 В, но по мере разрядки напряжение неуклонно падает. Напряжение падает ниже 12 вольт, когда в батарее остается 35% ее общей емкости, но некоторая электроника может не работать при напряжении менее 12 вольт. Этот эффект «провисания» также может привести к затемнению света.

Эффект провала напряжения при высокой мощности

8/ Размер и вес

Типичная батарея размера 8D, которая обычно используется для больших блоков батарей, имеет размеры 20,5″ x 10,5″ x 9.5″. Чтобы выбрать конкретный пример 8D, Trojan 8D-AGM весит 167 фунтов и обеспечивает всего 230 ампер-часов общей емкости, что оставляет вам 115 ампер-часов, которые действительно можно использовать, и только 70 для приложений с высоким разрядом!

Если вы разрабатываете обширную стыковку благ, вам понадобится как минимум четыре 8D или даже восемь. Это ОЧЕНЬ большой вес, который влияет на экономию топлива.

И, если у вас ограничено место для батарей на вашей буровой установке – только размер батарей ограничит вашу емкость.

Удельная плотность энергии по аккумуляторной технологии

Эта статья является эксклюзивной собственностью PowerTech Systems.
Воспроизведение без разрешения запрещено.

О батареях > Что такое свинцовая батарея?

Свяжитесь с нами | Войти | Присоединяйтесь к BCI

Поиск

Вернуться к оглавлению

Когда люди думают о свинцовых аккумуляторах, они обычно думают об автомобильном аккумуляторе. Это стартовые аккумуляторы. Они обеспечивают короткий импульс высокой мощности для запуска двигателя.

Существуют также аккумуляторы глубокого цикла. Их можно найти на лодках или кемперах, где они используются для питания таких аксессуаров, как троллинговые моторы, лебедки или фонари. Они обеспечивают более низкий стабильный уровень мощности в течение гораздо более длительного времени, чем пусковые батареи.

Свинцовые аккумуляторы используются для самых разных целей, но все аккумуляторы обеспечивают питание либо при пуске, либо при глубоком цикле. Единственная разница заключается в том, сколько энергии поставляется и как долго она должна быть доставлена.

Автомобильный аккумулятор

Автомобильный аккумулятор подает питание на стартер и систему зажигания для запуска двигателя. Они также обеспечивают дополнительную мощность, необходимую, когда электрическая нагрузка автомобиля превышает подачу от системы зарядки. Автомобильный аккумулятор действует как стабилизатор напряжения в электрической системе. Аккумулятор выравнивает скачки напряжения и предотвращает их повреждение других компонентов электрической системы.

Резервный аккумулятор

Резервные аккумуляторы обеспечивают электроэнергией критически важные системы в случае отключения электроэнергии. Больницы, телекоммуникационные системы, системы аварийного освещения и многие другие полагаются на свинцовые резервные батареи, чтобы обеспечить нашу безопасность, не пропуская ни секунды, когда отключается свет. Резервные аккумуляторы — это стабилизаторы напряжения, сглаживающие колебания в системах выработки электроэнергии. Эти батареи временно удерживают большие электрические нагрузки, когда электроэнергетические компании переключаются с одной системы генератора на другую, и могут быть чрезвычайно полезны в случае необходимости.

Аккумулятор Motive

Двигательная батарея питает двигатель электромобиля, например вилочного погрузчика; они также обеспечивают электроэнергию для определенной цели на электромобиле, например, для подъема вилочного погрузчика. Кроме того, двигательные батареи питают такие аксессуары, как фары электромобиля.

Небольшой потребительский запечатанный

Небольшие бытовые герметичные свинцовые аккумуляторы представляют собой шестивольтовые аккумуляторы, обеспечивающие длительную циклическую работу. Бытовые герметичные аккумуляторы питают многие потребительские товары, такие как дрели, фонарики, детские игрушки и электростартеры для бензиновых газонокосилок.

Пуск

Пусковые батареи используются для запуска двигателей автомобилей, катеров и многих других транспортных средств. Пусковые аккумуляторы обеспечивают кратковременный импульс большой мощности для запуска двигателя.

Глубокий цикл

Аккумуляторы глубокого цикла питают различные электрические аксессуары, такие как фонари, троллинговые двигатели или лебедки, а также моторизованные инвалидные коляски. Аккумуляторы глубокого цикла обеспечивают низкий стабильный уровень мощности в течение более длительного времени, чем пусковые аккумуляторы.

Аккумуляторы двойного назначения

Аккумуляторы двойного назначения разработаны для обеспечения сбалансированного сочетания пускового и глубокого циклов. Аккумуляторы двойного назначения имеют высокую пусковую мощность для запуска двигателя, но способны выдерживать требования циклического обслуживания от нескольких вспомогательных нагрузок. Исторически сложилось так, что большинство аккумуляторов для транспортных средств для отдыха (RV) и морских судов разрабатывались для двойного назначения: запуска двигателей и обеспечения освещения и зажигания (SLI), а также обеспечения ограниченной возможности глубокого цикла для «домашних нагрузок», когда двигатель не работает. Совсем недавно для дорожных грузовиков (18-колесных транспортных средств) были повышены требования к глубокому циклированию, чтобы обеспечить возможность глубокого циклирования, чтобы ограничить время работы двигателя на холостом ходу, когда водитель достиг установленного законом лимита времени вождения.

Промышленные

Промышленные батареи, такие как резервное питание вышек сотовой связи, обеспечивают низкую постоянную мощность в течение более длительного времени, чем обычные батареи глубокого цикла. Пластины толще, и общее количество энергии доступно в течение более длительного периода времени. Промышленные батареи могут работать годами и могут использоваться в стационарных приложениях, обеспечивающих критическое резервное питание для систем, которым требуется постоянное питание. Промышленные батареи часто не предназначены для выработки энергии, но когда они нужны, требуется, чтобы они выдавали достаточно энергии, которой хватило бы на то, чтобы резервные генераторы могли взять на себя управление. Часто промышленные батареи конфигурируются как системы для удовлетворения больших потребностей в мощности.

Почти все свинцовые аккумуляторы изготовлены из переработанного свинца и пластика, и все они перерабатываются по истечении срока службы. Для получения дополнительной информации об утилизации аккумуляторов посетите раздел утилизации.

Начальный процесс начинается с изготовления решеток из сплава свинца, смешанного с небольшим процентом других металлов. Сетки проводят ток и обеспечивают структуру для прилипания активного материала.

Затем на решетки наносится пастообразная смесь оксида свинца, представляющего собой порошок свинца и других материалов, серной кислоты и воды. Расширяющий материал из порошкообразных сульфатов добавляется в пасту для изготовления отрицательных пластин.

После этого вклеенную пластину необходимо вылечить. Отверждение обычно происходит в контролируемой среде с температурой от теплой до высокой и изменяющейся влажностью в течение двух-четырех дней подряд. Во время этого процесса происходит рост кристаллизации, который связывает пасту с сетками. После отверждения пластины должны полностью остыть и высохнуть.

После того, как пластины будут готовы, их нужно будет поочередно укладывать друг на друга, прокладывая между ними кусок сепаратора. Сепараторы представляют собой листы пористого материала, которые предотвращают короткое замыкание, но пропускают электрический ток между пластинами. После надлежащего объединения все плюсы соединяются вместе, а по отдельности все минусы соединяются вместе. Эта комбинация плюсов, минусов и разделителей называется элементом. Затем элементы правильно ориентируются, вставляются в корпус батареи и свариваются вместе. Элементы обычно располагаются последовательно, чтобы двухвольтовая ячейка достигала шести, 12 или любого другого предполагаемого напряжения конечной батареи.

Затем к верхней части корпуса, который содержит соединяемые элементы, приваривается крышка, а клеммные колодки формируются снаружи, создавая кислотостойкое уплотнение.

Поскольку конструкция батареи завершена, ее можно заполнить серной кислотой или электролитом и разместить на формовочном заряде. Во время формовочного заряда аккумулятор подключается к источнику электроэнергии и заряжается в течение многих часов. Наконец, после того, как батарея полностью сформирована, она проходит различные проверки качества, очищается и маркируется перед поступлением на место продажи.

Аккумулятор хранит электроэнергию для будущего использования. Он вырабатывает напряжение в результате химической реакции, когда два разных материала, таких как положительная и отрицательная пластины, погружаются в электролит, раствор серной кислоты и воду. В типичной свинцовой батарее напряжение составляет примерно два вольта на элемент, всего 12 вольт. Электричество течет от батареи, как только возникает цепь между положительной и отрицательной клеммами. Это происходит, когда к аккумулятору подключается любая нагрузка, требующая электричества, например радио.

Процесс разрядки и зарядки

Свинцовые батареи работают в постоянном процессе зарядки и разрядки. Когда батарея подключена к нагрузке, которая нуждается в электричестве, например, к стартеру в автомобиле, от батареи течет ток, и затем батарея начинает разряжаться. увольнять. Когда батарея начинает разряжаться, свинцовые пластины становятся более похожими, кислота становится слабее, а напряжение падает.

Полная зарядка восстанавливает химическую разницу между пластинами и оставляет батарею готовой к работе на полную мощность. В автомобиле зарядка происходит, когда вы едете, и генератор вырабатывает ток, который возвращается в аккумулятор.

Что делать с разряженным аккумулятором

Уникальный процесс разрядки и зарядки свинцовых аккумуляторов означает, что энергия может многократно разряжаться и восстанавливаться. Это то, что известно как циклическая способность батареи. Если аккумулятор не заводит ваш автомобиль, вы обычно называете его разряженным, даже если это технически неправильно.

Аккумуляторные свинцово-кислотные батареи. Технологии AGM и Gel.

Аккумуляторные свинцово-кислотные батареи. Технологии AGM и Gel.

Почему свинцово-кислотные аккумуляторы так сложно заряжать? / Хабр

▍ Вольтамперная характеристика

▍ Капельный предзаряд пульсирующим током

▍ Этап основного заряда

▍ Этап дозаряда

▍ Kонтрольный разряд и итог

СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

Навигация

Аккумулятор DELTA DTM 12012

Аккумулятор DELTA DTM 6045

Аккумулятор DELTA HR 12-24

Аккумулятор DELTA HR 12-34

Аккумулятор DELTA HR 12-51

Аккумулятор DELTA HR 6-4.5

Аккумулятор DELTA HRL 12-33

Аккумулятор DELTA HR 12-65

Аккумулятор Delta HR 12-100

Аккумулятор DELTA HR 12-28

Аккумулятор DELTA HRL 12-9

Аккумулятор DELTA HRL 12-155

Аккумулятор DELTA HRL 12-260

Аккумулятор DELTA HRL 12-320

Аккумулятор DELTA HRL 12-420

Аккумулятор DELTA HRL 12-560

Аккумулятор DELTA HRL 12-600

Аккумулятор DELTA HRL 12-650

Аккумулятор DELTA HRL 12-890

Аккумулятор DELTA HRL 12-211

Аккумулятор DELTA HRL 12-370

DELTA DT 12032

DELTA DT 12045

DELTA DT 12022

DELTA DT 12012

DELTA DT 1226

DELTA DT 1218

DELTA DT 1212

DELTA DT 1207

DELTA DT 6045

Кислотные аккумуляторы и аккумуляторные батареи, ГОСТы

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы | Логический Элемент ⚡ Зарядные устройства для аккумуляторов

Ключевые электрохимические процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе

Особенности герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора

Конструкция герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Электрические и эксплуатационные характеристики герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Изменения характеристик свинцово-кислотных аккумуляторов при эксплуатации

Факторы, влияющие на срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов

Эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторных батарей при повышенных температурах

Свинцово-кислотные аккумуляторы | PVEducation

Ускоренная зарядка

Удельный вес (SG)

Особые указания для гелевых, герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов

Установка

Аккумуляторы для фотоэлектрических или удаленных источников питания (RAPS)

Доступны несколько других типов батарей специального назначения, которые описаны ниже.

Статьи о батареях | Объяснение свинцово-кислотной батареи

Как это работает

Саморазряд

Когда батарея заряжается

Как долго будет работать мой аккумулятор?

Какой тип зарядного устройства и почему

Все еще здесь?

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

Герметичные свинцово-кислотные батареи, перезаряжаемые VRLA (SLA)

НАШИ АССОРТИМЕНТЫ

СЕРИЯ PS

СЕРИЯ PG

СЕРИЯ PHR

СЕРИЯ PDC

СЕРИЯ PSOPzV

СЕРИЯ PG FT

СЕРИЯ DCG

СЕРИЯ PG 2V

СЕРИЯ PSH

ХОТИТЕ ПОФИЛЬТРОВАТЬ НАШ ПОЛНЫЙ АССОРТИМЕНТ АККУМУЛЯТОРОВ?

СКАЧАТЬ БРОШЮРУ ПРОДУКЦИИ POWER SONIC

НЕ МОЖЕТЕ НАЙТИ НУЖНУЮ БАТАРЕЮ?

Качество

Опыт