Зміст
- загальні положення
Типи, технології та призначення акумуляторів
Опис технології SLA AGM
властивості батарей
Сфера застосування - зарядка
Зарядка після глибокого розряду
Обмеження зарядного струму
температурна компенсація - розрядні характеристики
Розрядні характеристики при різних швидкостях розряду
Кінцева напруга при розряді
температурний ефект
Зміни внутрішнього опору - зберігання
саморозряд
Термін зберігання
залишкова ємність
Додаткова підзарядка - Термін служби
кількість циклів
Термін служби в буферному режимі
- загальні положення
1. Загальні положення
1.1. Типи, технології та призначення акумуляторів
В даному описі ми розглянемо типи свинцево-кислотних акумуляторних батарей, які до сих пір залишаються найпоширенішими, надійними, довговічними і не вимагають високих експлуатаційних витрат, джерелами струму. Жодні з нових технологій акумуляторів (літій - іонні, літій-полімерні, лужні та ін.) Поки не витримують конкуренції з кислотними за ціною і / або ККД. Свинцево-кислотні акумулятори на даний момент є найбільш економічно вигідною та надійної технологією, з цього і використовуються вони в усіх сферах застосування.
Свинцево-кислотні акумулятори можна розділити на чотири основні групи; стартерні, стаціонарні, тягові та портативні. Також свинцево кислотні акумулятори мають кілька технологій виготовлення, які за технічними характеристиками, підходять для тієї чи іншої сфери приминения.
Свинцево-кислотні - найбільш поширений на сьогоднішній день тип акумуляторних батарей. Дана технологія є класичною і вважається першим поколінням свинцево-кислотних акумуляторів. Основними областями застосування даної технології є запуск двигуна внутрішнього згоряння (автомобільний транспорт) і енергозабезпечення пристроїв машин. Такі акумулятори відносяться до групи стартерних. На жаль стартерні акумулятори на сьогоднішній день є найслабшими і недовговічними акумуляторами. Вимоги до них невеликі, тому вони виготовляються з найпростішої технології. Поділяються вони за типами: обслуговуються - які вимагають перевірки рівня електроліту і доливання дистильованої води, зазвичай раз на рік. Витримують близько 100 циклів розрядів на 80%. Необслуговувані - є герметизованими, і в разі перезаряда великими струмами або напругами, якщо вода випаровується через запобіжний клапан, долити її не можна і АКБ викидаються. Циклічність герметизованих автомобільних - близько 200.
Свинцево-кислотні гелеві - кислотні герметизовані акумулятори (VRLA), в яких електроліт загущених за допомогою селикогелем. Витримують приблизно 350 - 450 циклів розрядів на 80%. Більш чутливі до перезарядити. Необхідно забезпечити точне відповідність зарядних струмів і напруг паспортним (для них напруга кінця заряду зазвичай нижче, ніж у інших АКБ).
Свинцево-кислотні герметичні - кислотні герметизовані акумулятори, в яких електроліт адсорбований стекломата. Витримують приблизно 300 - 500 циклів розрядів на 80%. У батареях використовуються більш дорогі матеріали з особливими властивостями: електроди виготовляються з особливо чистого свинцю.
Панцирні - це широкий клас високоякісних кислотних акумуляторів, побудованих на гратчастої структурі пластин з трубчастими електродами. Так звані трубчасті позитивні плити, в яких кожен компонент укладений в полімерний кіслотопроніцаемий стрижень, виготовляються зі сплаву хімічно чистого свинцю (чистота металу не менше 99,9%) і 2% сурми. Дана технологія застосовується у всіх промислових типах АКБ (тягових, стаціонарних, сонячних, як малообслуговуваних, так і герметичних) з великим терміном служби. Герметизовані гелеві АКБ, зроблені на основі панцирних пластин, витримують близько 900 - 1000 циклів розрядів на 80%. Кислотні малообслуговувані - близько 1500 циклів.
Так само, часто АКБ ділять за сферою застосування - стартерні (про них говорилося на початку розділу), тягові, стаціонарні, сонячні.
Тягові - призначені для використання в електропідйомником і інший електротехніці. Зазвичай, загальна акумуляторна батарея на потрібне напруження, складається з батарей на 2 У великій ємності кожна (200 - 1200 Ач). Справжні тягові АКБ, зроблені по панцирної технології. Стандартна маркування - малообслуговувані PzS (H), герметизовані гелеві - PzV.
Стаціонарні - застосовують на промислових об'єктах (там необхідна підвищена довговічність і надійність). Зазвичай, загальна акумуляторна батарея на потрібне напруження, складається з батарей на 2 В. Вони великої місткості - поодинокі акумулятори бувають від 200 до 1200 Ач. Всі використовують панцирну технологію. Випускаються як малообслуговувані (в прозорому корпусі OPzS), так і герметизовані гелеві (OPzV). У них найбільша надійність і найбільший термін служби з усіх типів акумуляторів.
Сонячні - зазвичай модифікація тягових або стаціонарних акумуляторів. Ці батареї випускаються як на 2 В, так і на 6 або 12 В. Зазвичай мають панцирну технологію. У багатьох випадках це стаціонарні або тягові АКБ з іншого маркуванням / назвою.
Відзначимо, що довговічність і надійність всіх 12-і вольтів АКБ нижче, ніж у аналогічного типу акумуляторів, але на 2 В. Це пов'язано з технологією виготовлення. Адже 12-і вольт АКБ складаються з 2 В акумуляторів малої ємності, з'єднаних в загальний корпус. Тобто, будь-який одиночний акумулятор 12В складається з шести вбудованих маленьких акумуляторів по 2 В. Тому, для підвищення надійності і довговічності, рекомендується набирати необхідну ємність відразу з 2-х вольтів банок акумуляторів великої ємності.
1.2. Опис технології SLA AGM
Герметичні, не обслуговуються, свинцево-кислотні акумулятори BOSSMAN (sealed lead acid або скорочено SLA) виготовлені за технологією AGM.
AGM (Absorbent Glass Mat) - це технологія виготовлення свинцево-кислотних акумуляторів, створена інженерами Johnson Controls Inc. Відмінність батарей AGM від класичних в тому, що в них міститься абсорбований електроліт, а не рідкий, що дає ряд змін у властивостях акумулятора.
Технологія AGM використовує просочений рідким електролітом пористий заповнювач відсіків корпусу зі скловолокна. Ця речовина діє як губка, воно повністю всмоктує всю кислоту і утримує її, не даючи розтікатися. Пластини електродів і шари сепаратора, чергуючись між собою, утворюють якусь подобу "листкового пирога".
При протіканні хімічної реакції всередині такого акумулятора також утворюються гази (в основному водень і кисень, їх молекули є складовими частинами води і кислоти). Їх бульбашки заповнюють деякі з пір, при цьому газ не випаровується. Він бере безпосередню участь в хімічних реакціях при підзарядці батареї, повертаючись назад в рідкий електроліт. Цей процес називається рекомбінацією газів. Зі шкільного курсу хімії відомо, що круговий процес не може бути 100% ефективним. Але в сучасних AGM акумулятори ефективність рекомбінації досягає 95-99%. Тобто всередині корпусу такого акумулятора утворюється мізерно мала кількість вільного непотрібного газу і електроліт не змінює своїх хімічних властивостей протягом багатьох років. Проте, після дуже довгого часу вільний газ створює усередині батареї надлишковий тиск, коли воно досягає певного рівня спрацьовує спеціальний випускний клапан. Цей клапан також захищає батарею від розриву в разі виникнення позаштатних ситуацій: робота в екстремальних режимах, різке підвищення температури в приміщенні через зовнішніх факторів тощо. Спеціальне технічне обслуговування батарей AGM не передбачено впринципі, нічого туди доливати не потрібно!
Головна технічна особливість AGM акумуляторів, на відміну від стандартних автомобільних - можливість роботи в режимі глибокого розряду. Тобто вони можуть віддавати електричну енергію протягом тривалого часу (годинник і навіть добу) до стану, коли запас енергії падає до 20-30% від початкового значення. Після проведення зарядки такого акумулятора він практично повністю відновлює свою робочу ємність. Звичайно, зовсім безслідно такі ситуації проходити не можуть. Але сучасні AGM акумулятори витримують від 600 і вище циклів глибокої розрядки.
Якщо припустити, що постійно раз в тиждень пропадає напруга у зовнішній мережі, відбувається підключення акумуляторів, і вони віддають всю доступну накопичену енергію, то ми можемо отримати приблизний життєвий термін такого акумулятора: 600 доступних циклів ділимо на 50 (кількість тижнів у році, коли пропадало електрика) отримуємо 12 років. Виробники заявляють таку ж цифру розрахункового терміну служби, але приписують фразу - при роботі в буферному режимі. Тобто в режимі, коли акумулятори повністю заряджені, готові включитися в роботу, але такі підключення відбуваються нечасто, і зовнішнє енергопостачання відновлюється ще до того як батареї повністю розрядилися. В реальному житті не все так ідеально, наприклад, цілком штатною є ситуація, коли акумулятори починають заряджатися після тривалої роботи, не встигають набрати необхідну ємність, а у зовнішній електричної мережі відбувається чергове відключення. Сильно впливають на акумулятори та зовнішні умови: температура і вологість, якість електричного струму, яким відбувається підзарядка тощо. На практиці змінювати AGM батареї потрібно чаші, але все одно це роки й роки. Автомобільні акумуляторами такими можливостями похвалитися не можуть.
Крім того, у AGM батарей дуже малий струм саморозряду. Заряджена батарея може зберігатися непідключеної довгий час. Наприклад, за 12 місяців простою заряд акумулятора впаде всього на 20% від початкового.
Такі характеристики досягаються не тільки за рахунок конструктивних особливостей AGM технології. При виготовленні батарей використовуються більш дорогі матеріали з особливими властивостями: електроди виготовляються з особливо чистого свинцю, самі електроди роблять товщими, в електроліт входить сірчана кислота високого ступеня очищення. Тому ціна AGM акумуляторів значно вище автомобільних побратимів.
Акумулятори, вироблені з використанням технології AGM, виготовляються в спіральної або плоскою конфігурації. На даний момент найбільш поширені акумулятори AGM з плоскою конфігурацією електродів.
Акумулятор, вироблений за технологією AGM, має перед класичними акумуляторами ряд переваг, отриманих за рахунок такої технології. Зокрема, стійкість до вібрації, можливість установки в будь-якому положенні і відсутності в необхідності обслуговувати. Збільшена продуктивність таких АКБ або високий пусковий струм.
Переваги акумуляторів AGM:
- Конструкція не вимагає обслуговування.
- Конструкція герметична і має клапанну регулювання, запобігає витоку кислоти і корозію клем.
- Більш безпечна робота: при правильній зарядці батарей виключається можливість виділення газів і небезпека вибуху.
- Герметична конструкція дозволяє встановлювати батарею майже в будь-якому положенні (проте установка догори дном не рекомендується).
- Робота при низьких температурах.
- Підвищена вібростійкість збільшує термін служби.
З недоліків акумуляторів виготовлених за технологією AGM можна віднести наступне:
- Високий вага (відноситься до всіх кислотним акумуляторам)
- Чи не повинні зберігатися в розрядженому стані, напруга не повинна впасти нижче 1,8V
- Дрібної термін служби. Число повних (70%) циклів розряду близько 500
- Оксид свинцю міститься в них токсичний
- Більш висока ціна. Акумулятори виготовлені за цією технологією можна порівняти з технологією GEL
Увага! Зарядні пристрої постійного струму не можна застосовувати для зарядки SLA AGM акумуляторів.
Для підзарядки AGM батарей необхідно спеціальний зарядний пристрій з відповідними параметрами заряду, що відрізняються від заряду класичних акумуляторів з рідким електролітом.
1.3 Властивості батарей
Герметизовані свинцево-кислотні батареї BOSSMAN мають ряд відмінностей від інших типів акумуляторів:
- Не потребує обслуговування - батареї герметизовані і повністю готові до роботи. Доливка води не потрібно.
- Немає ефекту пам'яті - деякі акумулятори, наприклад, нікель-кадмієві, зменшують свою ємність при неповному циклі заряду-розряду. Свинцево кислотні акумулятори вільні від такого недоліку.
- Невеликий саморозряд - величина саморозряду становить 2-3% на місяць при кімнатній температурі.
- Великі струми навантаження - оскільки внутрішній опір батареї мало, вона здатна віддавати великі потужності в навантаження.
- Широкий діапазон робочих температур - номінальна робоча температура становить 20 ° С, але можлива робота в діапазоні від -10 до + 50 ° С при 100% заряді.
1.4 Сфери застосування
Акумулятори BOSSMAN можуть використовуватися в багатьох сферах промисловості і різних приладах, як з циклічною, так і з буферної навантаженням:
- охоронні та протипожежні системи;
- джерела безперебійного живлення (ІБП);
- в складі инвертирующего обладнання;
- системи контролю та управління доступом (СКУД);
- системи відеоспостереження та тривожного сповіщення;
- системи аварійного освітлення;
- контрольно-касові машини,
- медичне обладнання;
- холодильне та торгівельне обладнання;
- АТС і приймально-передавальні Радіоцентри;
- радари ГИБДД і апаратура оповіщення МНС;
- ліхтарі і інші переносні освітлювальні прилади;
- персональний електротранспорт (електровелосипеди).
2. Зарядка
2.1 Зарядка після глибокого розряду
Батарею можна назвати глибоко розрядженою / переразряженной, якщо при її розряді кінцева напруга стало менше ніж вказано в специфікації. При цьому термін служби акумулятора може зменшитися, тому необхідно дещо збільшити період заряду. На рис. 1 видно, що в результаті зрослого внутрішнього опору, перші 30 хв. зарядки струм заряду буде малий, поступово збільшуючись. Після цього внутрішній опір падає, і зарядка йде в звичайному режимі.
2.2 Обмеження зарядного струму
На початковому етапі зарядки через розріджену батарею проходить великий струм. Періодично він може стати причиною занадто високого нагріву акумулятора, який може вивести батарею з ладу. Тому на початковому етапі зарядки необхідно обмежувати значення зарядного струму до О.ЗС або нижче при заряді постійною напругою.
Мал. 1. Графік заряду батареї після глибокого розряду.
____________________________________________________________________________________________________
Для зарядки акумулятора рекомендується використовувати зарядний пристрій з малим струмом зарядки. Для швидкої зарядки можна використовувати зарядний пристрій з великим струмом зарядки, однак, він не повинен перевищувати 1/10 потужності акумулятора. Не забувайте! Високий струм - згубний для акумулятора.
____________________________________________________________________________________________________
2.3 Температурна компенсація
Електрохімічна активність в батареї зростає при збільшенні температури і зменшується з її зниженням. Тому, при збільшенні робочої температури необхідно зменшувати зарядна напруга, щоб не сталося перезарядження. При зниженні температури зарядна напруга необхідно збільшувати.
Використання зарядних пристроїв з температурною компенсацією є найкращим варіантом, подовжує термін служби батареї.
Значення температурного коефіцієнта для 6-ти вольтів акумуляторів BOSSMAN становить 10мВ / ° С (для буферного режиму) і 15мВ / ° С (для циклічного режиму). Мал. 2 показує залежність між температурою і зарядним напругою, як для буферного, так і для циклічного режимів.
Мал. 2. Графік залежності між температурою і зарядним напругою
3. Розрядні характеристики
3.1. Розрядні характеристики при різних швидкостях розряду
Ємність батарей при використанні залежить від швидкості розряду. Ємність акумуляторів BOSSMAN оцінюється по 20-ти годинний швидкості розряду, яка вважається номінальною. Мал. 3 показує розрядні характеристики при різних швидкостях розряду
Мал. 3. Графік розрядних характеристик при різних швидкостях розряду
3.2 Кінцеве напруження при розряді
При розряді кінцева напруга на батареї не повинно бути нижче, ніж вказано в таблиці 1. В іншому випадку відбудеться перерозряду, який може пошкодити акумулятор.
Розрядний струм,
А Кінцеве напруження,
В / ел-т <0.2С 1.75 0.2 - 0.5с 1.70 0.5 - 1.0С 1.60> 1.0С 1.40 Таблиця 1. Кінцеве напруження при розряді.
При розряді кінцева напруга на батареї не повинно бути нижче, ніж вказано в таблиці 1. В іншому випадку відбудеться перерозряду, який може пошкодити акумулятор.
3.3 Температурний ефект
Підвищення робочої температури спричиняє збільшення ємності батареї. На рис. 4 показані температурні залежності. Для запобігання пошкодженню батареї не рекомендується використовувати її при температурах нижче -10 ° С і вище + 40 ° С.
Зміна внутрішнього опору
Мал. 4. Залежність ємності батареї від робочої температури.
3.4 Зміни внутрішнього опору
На рис. 5 показані графіки внутрішнього опору батареї BOSSMAN, виміряний на частоті 1000 Гц.
Мал. 5. Залежність внутрішнього опору від ступеня розряду.
Внутрішній опір батареї BOSSMAN найменше, коли акумулятор повністю заряджений, далі повільно зростає в процесі розряді і різко збільшується на фінальній стадії розряду.
4. Зберігання
4.1. саморозряд
На рис. 6 показана залежність між часом зберігання батареї і залишкової ємністю при різних температурах.
Мал. 6. Залежність залишкової ємності батареї від часу зберігання
Величина саморазряда акумуляторів BOSSMAN становить близько 3% в місяць при температурі зберігання 20 ° С.
4.2. Термін зберігання
При довгому зберіганні батареї без підзарядки на негативних пластинах утворюється сульфат свинцю. Цей процес назівається сульфатація. Підвищення температури зберігання прискорює сульфатацію. Оскільки сульфат свинцю є діелектриком, то сульфатация зменшує значення максимального струму розряду.
Зберігання батареї при температурах вище, ніж вказано в таблиці 2 може привести до скорочення терміну служби. Батареї необхідно зберігати в сухому, прохолодному місці.
Температура Час зберігання 0 ° - 20 ° С 12 міс. 21 ° - 30 ° С 9 міс. 31 ° - 40 ° С 5 міс. 41 ° - 50 ° С 2.5 міс. Таблиця 2. Максимальний термін зберігання при різних температурах.
4.3. залишкова ємність
Приблизне значення ємності батареї можна дізнатися за напругою холостого ходу. Дана залежність показана на рис. 7.
Мал. 7. Залежність ємності від напруги холостого ходу
4.4. Додаткова підзарядка
В процесі зберігання батарей необхідно проводити додаткову підзарядку, якщо залишкова ємність стала менш 80%. У таблиці 3 вказані додаткові зарядні інтервали і методи при різній температурі зберігання.
Температура зберігання Рекомендований інтервал
підзарядки Рекомендований метод
підзарядки <20 ° С кожні 6 місяців 16-24 години постійною напругою
2.27 В / елемент 20 ° - 30 ° С кожні 3 місяці 5-8 години постійною напругою
2.34 В / елемент> 30 ° С не зберігайте 5-8 годин постійною напругою
0.05 В / елемент
5. Термін служби
5.1. кількість циклів
Найголовніший чинник - це глибина розряду, від якого залежить кількість циклів заряду-розряду. На рис. 8 показана ця залежність.
Мал. 8. Кількість циклів при різній глибині розряду
5.2. Термін служби в буферному режимі
Батареї BOSSMAN можуть працювати в буферному режимі до 5 років. Термін служби в такому режимі Завіт від температури (рис. 9).
Мал. 9. Залежність терміну служби батарей в буферному режимі від температури