Герметичные свинцовые аккумуляторы обычно производятся по двум технологиям - гелевые и AGM. В статье подробнее рассмотрены отличия и особенности этих двух технологий. Даны общие рекомендации по эксплуатации таких аккумуляторов.
Основные типы АКБ рекомендованные для применения в автономных солнечных энергосистемах:Неотъемлемой компонентом автономных солнечных энергосистем являются необслуживаемые аккумуляторные батареи большой емкости. Такие АКБ гарантируют неизменное качество и сохранение функциональных возможностей на протяжения всего заявленного жизненного цикла.
Технология AGM - (Absorbent Glass Mat) На русский язык это можно перевести как “поглощающее стекловолокно”. В качестве электролита также используется кислота в жидком виде. Но пространство между электродами заполнено микропористым материалом-сепаратором на основе стекловолокна. Это вещество действует как губка, оно полностью всасывает всю кислоту и удерживает её, не давая растекаться.
При протекании химической реакции внутри такого аккумулятора также образуются газы (в основном водород и кислород, их молекулы являются составными частями воды и кислоты). Их пузырьки заполняют некоторые из пор, при этом газ не улетучивается. Он принимает непосредственное участие в химических реакциях при подзарядке батареи, возвращаясь обратно в жидкий электролит. Этот процесс называется рекомбинацией газов. Из школьного курса химии известно, что круговой процесс не может быть 100% эффективным. Но в современных AGM аккумуляторах эффективность рекомбинации достигает 95-99%. Т.е. внутри корпуса такого аккумулятора образуется ничтожно малое количество свободного ненужного газа и электролит не меняет своих химических свойств на протяжении многих лет. Тем не менее, истечению очень долгого времени свободный газ создает внутри батареи избыточное давление, когда оно достигает определенного уровня, срабатывает специальный выпускной клапан. Этот клапан также защищает батарею от разрыва в случае возникновения внештатных ситуаций: работа в экстремальных режимах, резкое повышение температуры в помещении из-за внешних факторов и тому подобное.
Основные преимуществом аккумуляторов AGM перед технологией GEL, является более низкое внутреннее сопротивление аккумулятора. Прежде всего это влияет на время заряда АКБ, которое в автономных системах сильно ограничено, особенно в зимнее время. Таким образом, АКБ AGM быстрее заряжается, а значит быстрее выходит из режима глубокого разряда, который губителей для обоих типов АКБ. Если система автономная, то при использовании АКБ AGM ее КПД будет выше, чем у такой же системы с АКБ GEL, т.к. для заряда АКБ GEL требуется больше времени и мощности, которых может не хватать в пасмурные зимние дни. При отрицательных температурах гелевый аккумулятор сохраняет больше емкости и считается более стабильным, но как показывает практика, в пасмурную погоду при слабых токах заряда и отрицательный температурах, гелевый аккумулятор не будет заряжаться из-за высокого внутреннего сопротивления и "задубевшего" гелевого электролита, в то время как аккумулятор AGM будет заряжаться при малых токах зарядки.
Специальное техническое обслуживание батарей AGM не требуется. АКБ изготовленные по технологии AGM не требуют обслуживания и дополнительной вентиляции помещения. Недорогие АКБ AGM прекрасно работают в буферном режиме с глубиной разряда не более 20%. В таком режиме служат до 10-15 лет.
Если же их использовать в циклическом режиме и разряжать хотя бы до 30-40%, то их срок службы существенно сокращается. АКБ AGM часто используются в недорогих бесперебойниках (UPS) и небольших автономных солнечных энергосистемах. Тем не менее, в последнее время появились AGM батареи, которые рассчитаны на более глубокие разряды и цикличные режимы работы. Конечно, по своим характеристикам они уступают АКБ GEL, но прекрасно работают в автономных солнечных системах энергоснабжения.
Но главная техническая особенность AGM аккумуляторов, в отличие от стандартных свинцово-кислотных АКБ, - возможность работы в режиме глубокого разряда. Т.е. они могут отдавать электрическую энергию на протяжении длительного времени (часы и даже сутки) до состояния, когда запас энергии падает до 20-30 % от первоначального значения. После проведения зарядки такого аккумулятора он практически полностью восстанавливает свою рабочую емкость. Конечно, совсем бесследно такие ситуации проходить не могут. Но современные AGM аккумуляторы выдерживают от 600 и выше циклов глубокой разрядки.
Кроме того, у AGM батарей очень малый ток саморазряда. Заряженная батарея может храниться неподключенной долгое время. Например, за 12 месяцев простоя заряд аккумулятора упадет всего до 80% от первоначального. AGM аккумуляторы обычно имеют максимальный разрешенный ток заряда 0,3С, и конечное напряжение заряда 15-16В. Такие характеристики достигаются не только за счет конструктивных особенностей AGM технологии. При изготовлении батарей используются более дорогие материалы с особыми свойствами: электроды изготавливаются из особо чистого свинца, сами электроды делают более толстыми, в электролит входит серная кислота высокой степени очистки.
Технология GEL - (Gel Electrolite) В жидкий электролит добавляют вещество на основе двуокиси кремния (SiO2), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. Этой массой и заполнено пространство между электродами внутри аккумулятора. В процессе химических реакций в толще электролита возникают многочисленные газовые пузыри. В этих порах и раковинах происходит встреча молекул водорода и кислорода, т.е. газовая рекомбинация.
В отличие от AGM технологии, гелевые аккумуляторы ещё лучше восстанавливаются из состояния глубокого разряда, даже в том случае, когда к процессу заряда не приступили сразу же после зарядки батарей. Они способны перенести более 1000 циклов глубокой разрядки без принципиальной потери своей емкости. Так как электролит находится в густом состоянии, то он менее подвержен расслоению на составные части воду и кислоту, поэтому гелевые аккумуляторы лучше переносят плохие параметры тока подзаряда.
Пожалуй, единственный минус гелевой технологии – цена, она выше, чем у AGM батарей такой же емкости. Поэтому использовать гелевые аккумуляторы рекомендуется в составе сложных и дорогих систем автономного и резервного электроснабжения. А так же в случаях, когда отключения внешней электрической сети происходят постоянно, с завидной цикличностью. АКБ GEL лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Также, они лучше переносят сильные морозы. Снижение емкости при понижении температуры аккумуляторов также меньше, чем у других типов аккумуляторов. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения, когда батареи работают в циклических режимах (заряжаются и разряжаются каждый день) и нет возможности поддерживать температуру аккумуляторов в оптимальных пределах.
Почти все герметичные аккумуляторы могут устанавливаться на боку.
Гелевые аккумуляторы тоже отличаются по назначению - есть как общего назначения, так и глубокого разряда. Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.
Гелевые аккумуляторы имеют примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM аккумуляторы. Также, они менее болезненно переносят глубокий разряд. Одним из основных преимуществ гелевых аккумуляторов перед AGM является существенно меньшая потеря емкости при понижении температуры аккумулятора. К недостаткам можно отнести необходимость строгого соблюдения режимов заряда.
Батареи AGM идеальны для работы в буферном режиме, в качестве запасного варианта при редких перебоях электроэнергии. В случае слишком частого подключения в работу просто уменьшается их жизненный цикл. В таких случаях использование гелевых аккумуляторов бывает экономически более оправдано.
Системы на основе технологий AGM и GEL обладают особыми свойствами, которые просто необходимы для решения задач в области автономного энергоснабжения.
Аккумуляторы, изготовленные по технологиям AGM и GEL, являются свинцово-кислотными АКБ. Они состоят из схожего набора составных частей. В надежный пластиковый корпус, обеспечивающий необходимую степень герметизации, помещены пластины-электроды изготовленные из свинца или его особых сплавов с другими металлами. Пластины погружены в кислотную среду - электролит, который может выглядеть как жидкость, или быть в другом, более густом и менее текучем состоянии. В результате протекающих химических реакций между электродами и электролитом вырабатывается электрический ток. При подаче внешнего электрического напряжения заданной величины на клеммы свинцовых пластин, происходят обратные химические процессы, в результате которых батарея восстанавливает свои первоначальные свойства, заряжается.
Также существуют специальные АКБ по технологии OPzS, которые специально разработаны для "тяжелых" цикличных режимов.
Данный тип АКБ создавались специально для использования в системах автономного электроснабжения. Они имеют пониженное газовыделение, допускают много циклов заряд/разряда до 70% от номинальной емкости без повреждения и значительного сокращения срока службы. Но данный тип АКБ не пользуется высоким спросом в России из-за достаточно высокой стоимостью АКБ по сравнению с технологиями AGM и GEL.
Основные правила эксплуатации аккумуляторных батарей
1. Не допускайте хранения АКБ в разряженном состоянии. В этом случае происходит сульфатация электродов. В этом случае АКБ теряет емкость и существенно сокращается срок службы АКБ.
2. Не допускайте короткого замыкания клемм АКБ. Это может происходить при монтаже АКБ неквалифицированным персоналом. Сильный ток короткого замыкания заряженного АКБ способен расплавить контакты клемм и нанести термический ожог. Короткое замыкание также наносит серьезный ущерб АКБ.
3. Не пытайтесь вскрывать корпус необслуживаемого аккумулятора. Содержащийся внутри электролит способен вызвать химический ожог.
4. Подключайте АКБ в устройство только в правильном соответствии с полярностью. Полностью заряженный АКБ имеет значительный запас энергии и способен при неправильном подключении вывести устройство (инвертор, контроллер и т.д.) из строя.
5. Не забудьте утилизировать отслужившую свой срок батарею в соответствии с правилами утилизации для изделий, содержащих тяжелые металлы и кислоты.
В настоящее время аккумуляторные батареи применяются в различных отраслях народного хозяйства, а также в Вооруженных силах РФ (ВС РФ). Батареи главным образом предназначены для накопление электроэнергии и поддержания энергобаланса в системе энергоснабжения объекта на требуемом уровне.
Самое широкое применение находят свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, ввиду своей низкой стоимости, простоты обслуживания, приемлемых сроков службы и высоких энергетических характеристик. Конструкции свинцово-кислотных батарей постоянно совершенствуются. В таблице 1 представлены основные характеристики аккумуляторов, наиболее часто используемых на объектах связи ВС РФ.
Таблица 1 – Основные характеристики аккумуляторов, наиболее часто используемых на объектах связи ВС РФ.
|
Характеристики |
Тип аккумулятора |
|||
|
никель-кадмиевые |
никель-металл-гидридные |
свинцово-кислотные |
литий-ионные |
|
| Рабочее напряжение, В | ||||
| Диапазон рабочих температур, °С |
–20 (40)…50 (60) |
|||
| Удельная энергия: весовая, Втч/кг (объёмная, Втч/дм3) |
30…60 (100…170) |
25…50 (55…100) |
100…180 (250…400) |
|
| Коэффициент отдачи по емкости, % | ||||
Температуры, указанные в скобках, достигнуты только для продукции некоторых зарубежных компаний.
Из таблицы 1 следует, что по энергетическим характеристикам современные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи вполне сопоставимы со щелочными. Исключение составляют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, стоимость которых в несколько раз, а иногда и на порядок, превышает стоимость щелочных. Современные подвижные комплексы связи комплектуются стартерными свинцово-кислотными аккумуляторными батареями той же номенклатуры, что и входящие в состав комплексов связи шасси. В случае аварийных ситуаций эти же батареи работают уже как резервные источники тока, однако основной режим их работы – буферный. В целях унификации, удешевления, простоты обслуживания и упрощения логистики замена щелочных батарей на стартерные свинцово-кислотные выглядит оправданной.
Свинцовые стартерные AGM батареи с регулирующими клапанами характеризуются высокой вибростойкостью, непроливаемостью электролита и малым газовыделением при заряде и повышенной цикличностью.
Своевременное и достоверное определение технического состояния свинцовых стартерных аккумуляторных батарей производится в ходе их диагностирования, что позволяет повысить эффективность использования батарей и продлить их срок службы .
Возможность определить в любой момент величину остаточной емкости и спрогнозировать ресурс батареи является достаточно трудоемкой задачей. Полученные данные представляют большую ценность для обслуживающего персонала и позволяют принимать оперативные решения. В стандарте указаны основные диагностические параметры, характеризующие техническое состояние стартерных батарей.
Основными задачами диагностирования являются :
Контроль технического состояния;
Поиск места и определение причин отказа (неисправности);
Прогнозирование технического состояния.
Под контролем технического состояния понимается проверка соответствия значений параметров объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени.
На рисунке 1 представлены виды технического состояния свинцовой стартерной батареи.
Рисунок 1 – Виды технического состояния свинцовой стартерной батареи
Для решения задач диагностирования необходимо:
Определить параметры аккумуляторных батарей, позволяющие с требуемой точностью произвести оценку их состояния;
Минимизировать разброс значений параметров у однотипных батарей;
Выбрать методики проведения диагностирования;
Подобрать аппаратуру, позволяющую провести контроль технического состояния батарей требуемой достоверности.
Согласно работе дефекты по механизму влияния на аккумулятор классифицируются следующим образом:
Дефекты, уменьшающие площадь истинной поверхности электродов;
Дефекты, увеличивающие ток утечки.
Для объективной оценки состояния аккумуляторных батарей необходимо определить степень заряженности аккумуляторов. Все диагностические параметры условно можно систематизировать по трем направлениям:
Определение степени заряженности;
Поиск дефектов, уменьшающих площадь истинной поверхности электродов;
Поиск дефектов, увеличивающих ток утечки.
Диагностирование свинцовых стартерных аккумуляторных батарей в настоящее время осуществляется согласно . Для выпускаемых промышленностью аккумуляторных батарей устанавливаются испытания:
Приемо-сдаточные;
Периодические;
На надежность;
Типовые.
Методы этих испытаний достаточно трудоемки, требуют специального дорогостоящего оборудования, высококвалифицированного персонала, и для диагностирования батарей при их эксплуатации в войсках практически неприемлемы. Классификация стартерных аккумуляторных батарей, применяемых в ВС РФ представлена в источнике , однако она не учитывает герметизированных GEL или AGM аккумуляторных батарей. В Руководстве не предусмотрены методы диагностирования батарей с регулирующими клапанами. Поэтому в настоящее время учеными и промышленностью активно ведутся работы по созданию и внедрению принципиально новых методов и способов диагностирования свинцовых стартерных аккумуляторных батарей. Связано это прежде всего с тем, что имеющиеся на сегодняшний момент способы и средства диагностирования герметизированных AGM аккумуляторных батарей не позволяют оперативно и с достаточной достоверностью оценить их состояние и спрогнозировать их ресурс.
Основные методы диагностирования свинцовых стартерных аккумуляторных батарей представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 – Основные методы диагностирования свинцовых стартерных аккумуляторных батарей
Разрушающие методы диагностирования в основном применяются в исследовательских работах с целью определить процессы, протекающие в свинцовом аккумуляторе, приводящие к его отказу. Иными словами выявить природу дефектов, которые уменьшают площадь активной поверхности электродов, увеличивают ток утечки и повышают внутреннее сопротивление аккумулятора.
Масс-спектроскопия – один из методов исследования вещества аккумуляторных электродов путем определения масс атомов, входящих в его состав и их количества под воздействием электрических и магнитных полей. Некоторые результаты его применения указаны в работе . Данный метод обладает очень высокой достоверностью определения атомного состава исследуемого образца, но применение спектрометров ограничено стационарными условиями из-за их массо-габаритных показателей и высоких требований к квалификации обслуживающего персонала. Самым неприемлемым при эксплуатации батарей является то, что применение масс-спектроскопии подразумевает полное разрушение аккумуляторной батареи.
Под неразрушающими методами следует понимать способы и средства не нарушающие целостность объекта диагностирования . Очевидно, что при эксплуатации свинцовых аккумуляторных батарей именно эти методы целесообразно использовать для контроля их состояния. Работа неразрушающих методов основана на регистрации изменения параметрических характеристик батарей в различных условиях эксплуатации. ГОСТ классифицирует диагностирование по типу и времени воздействия: рабочим, тестовым и экспресс. Рабочим и тестовым диагностированием называют диагностирование при котором на батарею подаются, соответственно, рабочие и тестовые воздействия, а экспресс – диагностирование по ограниченному числу параметров за заранее установленное время.
Рабочее воздействие зависит от режима работы аккумуляторной батареи, а следовательно работоспособность может быть оценена по внутренним приборам контроля объекта вооружения и военной техники (ВВТ), на котором установлена батарея, например: амперметру, вольтметру, либо сигнальным лампам. Используя эти методы можно достоверно определить лишь как батарея принимает заряд и, довольно грубо, заряжена она или разряжена.
Основными параметрами, характеризующими технического состояния свинцовых стартерных батарей, являются их номинальная и резервная емкости , то есть количество электричества, которое может отдать батарея в заданных условиях. Именно по этой величине производится оценка технического состояния батареи и степень деградации ее аккумуляторов.
Методы тестового диагностирования, по типу воздействия условно можно классифицировать как периодические и внеплановые, которые предусматривают заведомо известное внешнее воздействие, чаще всего, в течение определенного времени. Время тестового воздействия в зависимости от его типа и способа варьируется в широких пределах, может достигать нескольких десятков часов.
Все диагностические мероприятия начинаются с визуального осмотра, и только после его проведения принимается решение о целесообразности дальнейшего диагностирования батарей. Визуальные методы позволяют выявлять явные неисправности на первых этапах диагностирования. Оценивается состояние выводов (наличие коррозии и износ), моноблока и общей крышки (наличие на них трещин и загрязнений). По результатам осмотра дается оценка о внешнем состоянии аккумуляторной батареи и целесообразности ее дальнейшего диагностирования без учета прямых измерений параметров, определяющих техническое состояние батарей.
Методы периодического контроля регламентированы инструкциями, приказами, руководствами и стандартами, основаны на измерениях параметров аккумуляторных батарей непосредственно на выводах, таких как электродвижущая сила (ЭДС), рабочее напряжение, разрядный ток, плотность электролита и его температура.
ЭДС является одним из основных параметров, характеризующих состояние батареи. Она зависит от химических и физических свойств активных веществ и концентрации их ионов в электролите. Величина равновесной ЭДС батареи зависит от количества последовательно соединенных аккумуляторов, плотности их электролита и, в меньшей степени, от его температуры . ЭДС не дает точную оценку о состоянии разряженности батареи, так как ЭДС ее аккумуляторов зависит только от физической природы элементов химической системы, но не от их количества Зависимость ЭДС батареи Е б описывается эмпирической формулой
E б = n (0,84+ρ)
где n – количество последовательно соединенных аккумуляторов;
ρ – плотность электролита, приведенная к 25 о С, используется при определении степени заряженности аккумуляторов в батарее.
Измерение ЭДС проводится вольтметром с большим входным сопротивлением, чтобы не разряжать батарею. На рисунке 3 представлено изменение равновесной ЭДС и электродных потенциалов аккумулятора в зависимости от плотности электролита.
1 – ЭДС; 2 – потенциал положительного электрода; 3 – потенциал отрицательного электрода
Рисунок 3 – Изменение равновесной ЭДС и электродных потенциалов свинцового аккумулятора в зависимости от плотности электролита
Из рисунка 3 по зависимости 1 видно, что зная плотность электролита в конце заряда или плотность заливаемого электролита при приведении сухозаряженных батарей, можно на приемлемом уровне оценивать их техническое состояние при дальнейшей эксплуатации. Явным недостатком данного метода является невозможность определить емкость батареи.
Напряжением аккумуляторной батареи является разность потенциалов на полюсных выводах при зарядных или разрядных процессах при наличии тока во внешней цепи. Напряжение аккумуляторной батареи естественно отличается от ее ЭДС. При разряде оно будет меньше ЭДС, а при заряде больше. На рисунке 4 изображены разрядная и зарядная характеристики. Из рисунка 4 видно, что плотность электролита уменьшается, а при заряде увеличивается. Плотность электролита изменяется по линейному закону до напряжения конца разряда U кр (рисунок 4 а). При достижении этого значения сернокислым свинцом закрываются поры активного вещества, доступ электролита прекращается, сопротивление увеличивается. Напряжение начинает резко падать. В соответствии со стандартом U кр ограничено значением 1,75 В, а по стандарту , в зависимости от величины разрядного тока, может достигать 1,6 В на один аккумулятор. Дальнейший разряд ведет к разрушению аккумулятора.
Рисунок 4 – Характеристики свинцового аккумулятора: а – разрядная; б – зарядная
Метод диагностирования по рабочему напряжению заключается в подключении к батарее низкоомной нагрузки известной величины. Далее через определенный промежуток времени (как правило на пятой секунде) фиксируют величину рабочего напряжения и, используя табличные величины, производят оценку технического состояния батареи (в зависимости от производителя измерительного устройства рабочее напряжение должно составлять, как правило, не менее 8,5-9 В). Недостатком данного метода является то, что к батарее подключается большая нагрузка (в зависимости от номинальной емкости батареи составляет 100-200 А), что негативно сказывается на фактической емкости батареи и ее сроке службы, если после измерения батарею сразу не отправить на заряд. Температуры, отличные от 25 ± 2 о С ведут к искажению результатов измерений. Данный метод не дает оценки емкости и прогноза срока службы диагностируемой батареи.
Согласно Руководству и приказу установлена следующая емкость в конце гарантийного срока службы батарей (в процентах к номинальной): для танковых – 90-100 (в зависимости от модификации), для автомобильных – 70. В свою очередь емкость, отдаваемая стартерными батареями в конце минимального амортизационного срока службы, составляет (в процентах к номинальной): для танковых – 70, для автомобильных 50. Причем срок службы батарей должен быть не менее пяти лет. По истечении этих сроков предписывается оценить величину отдаваемой фактической емкости по отношению к номинальной и принять решение о списании или продлении срока службы батареи на год.
В ВС РФ емкость батарей определяется в ходе проведения контрольно-тренировочного цикла (КТЦ) током десятичасового разряда .
КТЦ включает в себя:
Предварительный полный заряд батареи;
Контрольный разряд током десятичасового разряда;
Окончательный полный заряд.
Согласно ГОСТ емкость свинцовых стартерных батарей батарей определяется в режиме двадцатичасового режима разряда, причем должно быть соблюдено постоянство температуры (25 ± 2 о С) на протяжении 20-ти часов. На практике, в обычных условиях эксплуатации возникают трудности в поддержании температуры в заданных границах продолжительное время. Величина разрядного тока должна быть постоянной и составлять I ном 20 ± 2% (I ном 20 – номинальный ток 20-ти часового разряда) до падения напряжения на полюсных выводах батареи до величины 10,50 ± 0,05 В. Время разряда должно быть измерено и зафиксировано для дальнейших расчетов емкости батареи.
Очевидно, что при реализации данного метода возникает необходимость в стабилизированных источниках напряжения или тока, так как, согласно , предварительно нужно полностью зарядить батарею, подвергаемую контролю. Также необходим контроль температуры электролита аккумуляторов, причем измерять ее необходимо в одном из центральных аккумуляторов (температура должна находиться в пределах 25 ± 2 о С) в течение всего разряда. При конечной температуре отличной от 25 ± 2 о С следует воспользоваться температурной поправкой:
С 20 25 о С = С 20Т ,
где С 20 25 о С - расчетная емкость в режиме 20-ти часового режима разряда с учетом температурной поправки;
С 20Т – фактическая емкость батареи в режиме 20-ти часового режима при конечной температуре, отличной от 25 ± 2 о С;
Контроль резервной емкости осуществляется аналогично вышеописанному методу с отличием лишь в том, что величина разрядного тока составляет 25А ± 1%, а формула температурной поправки имеет следующий вид:
С р 25 о С = С р Т ,
где С р 25 о С – расчетная резервная емкость с учетом температурной поправки;
С рТ – фактическая резервная емкость батареи при конечной температуре, отличной от 25 ± 2 о С;
Т – фактическая температура электролита в центральном аккумуляторе в конце разряда.
Кроме того, со стороны обслуживающего персонала необходим контроль напряжения на полюсных выводах и регулировки разрядных токов, так как при разрядных процессах снижается плотность электролита и, соответственно, увеличивается внутреннее сопротивление аккумуляторов батареи.
Данный метод дает самую точную оценку емкости и состоянию батареи в целом, но требует наличия специального оборудования, больших временных, энергетических и трудовых затрат. Большие трудности вызывает и то, что для применения данного метода батарею предварительно нужно отключить от нагрузки и заменить подменным фондом. В то же время измерение температуры электролита аккумуляторов герметизированных батарей вообще невозможно, что в свою очередь ведет к существенному снижению достоверности полученных результатов. Вместе с тем в источнике говорится, что приемлемый критерий точности таких измерений должен составлять 3% и выше. В Руководстве вообще не представлена информация по способам контроля технического состояния герметизированных батарей и определения их емкости, несмотря на то, что поставки таких батарей в войска уже начались.
В последнее время, в связи с массовым производством герметизированных свинцовых аккумуляторных батарей с иммобилизованным электролитом и их широким применением в телекоммуникационных системах, большую значимость получили исследования в области разработки и создания новых способов определения технического состояния именно этих батарей.
Из-за резко возросших требованиями к аккумуляторным батареям, возникла необходимость в контроле их состояния при минимизации времени его проведения, а в некоторых случаях и в масштабе реального времени. В свою очередь это обуславливает проведение контроля технического состояния вне предписанных руководящими документами временных рамках. Очевидно, что данный контроль должен проводится оперативно, с максимальной достоверностью и минимальным временем. Важным аспектом еще является и то, что такие методы должны исключать отключение батареи от потребителей и перерывы в работе средств связи.
Методы внепланового контроля должны проводиться за минимальное время, ведь его основное предназначение – оценка состояния батарей в межрегламентные сроки. Очевидно, что именно измерение функциональных зависимостей и расчет на их основе величины емкости необходимо применять при внеплановом контроле.
Внутреннее сопротивление батареи является важным диагностическим параметром . Зная его величину в начальный момент и ее изменение в процессе эксплуатации можно с приемлемой достоверностью сделать прогноз остаточного ресурса. Однако остаточный ресурс зависит от множества характеристик, в числе основных: режим работы батареи, величины разрядных и зарядных токов, глубина циклирования, температурные условия эксплуатации, повышенная вибрация, воздействие других внешних факторов. Поэтому прогнозирование остаточного ресурса батареи является довольно сложной задачей.
Измерение внутреннего сопротивления представляет определенные трудности, ввиду его малой величины. Но при больших величинах разрядных токов имеет существенное значение. При расчете учитывают сопротивления пластин, сепараторов и электролита. Для ее регистрации применяют методы измерений постоянным и переменным током.
Методы измерения постоянным током основаны на применении закона Ома. На рисунке 5 представлено сопротивление свинцово-кислотной аккумуляторной батареи из 12 элементов емкостью 3 А×ч при разных режимах разряда.
Рисунок 5 – Сопротивление аккумуляторной батареи из 12 элементов емкостью
3 А×ч при разных режимах разряда.
Из рисунка 5 видно, что величина сопротивления источника тока не является истинным омическим и зависит от состояния заряда батареи и разрядного тока.
В ГОСТ описана методика измерения сопротивления применительно к свинцово-кислотным химическим источникам тока, которая заключается в регистрации изменения напряжения по двум разрядным величинам тока в заданных временных условиях по следующей формуле:
R полное = R Ω + R пол = (U 1 – U 2)/(I 2 – I 1), где
R Ω – активное сопротивление;
R пол – сопротивление поляризации;
U 1 , U 2 – регистрационные напряжения соответственно на 20 и 5 секундах разрядных токов I 1 , I 2 ;
I 1 , I 2 – соответственно величины разрядных токов 4С 10 и 20С 10 .
На рисунке 6 изображен отклик химического источника тока на разрядный импульс постоянного тока.
Рисунок 6 – Отклик химического источника тока на разрядный импульс постоянного тока
К недостаткам данного метода можно отнести невозможность определения R пол, а также то, что достоверность результатов достигается лишь на батареях со степенью разряженности не более 90% . При большей разряженности батарей для определения нижней границы ΔU Ω , возникает острая необходимость в применении приборов, способных регистрировать отклик с высокой скоростью.
На рисунке 7 представлен резонансный мост для измерения сопротивления аккумуляторов переменным током, где В – батарея, подвергаемая измерениям. Согласно данная схема позволяет измерять величину внутреннего сопротивления 0,004 Ом с точностью 2%.
Рисунок 7 – Резонансный мост для измерения сопротивления аккумуляторов
Анализ работ показал, что методы измерения сопротивления переменным током применяются только для щелочных аккумуляторов и батарей на частоте 1 ± 0,1 кГц. Согласно измеренное переменным током сопротивление содержит как активную так и реактивную составляющую. Импеданс (полное сопротивление электрической цепи) для различных типов электрохимических систем и даже однотипных батарей будет различным. Хотя величина импеданса большинства зарубежных производителей оценивается на 1 ± 0,1 кГц и для довольно широкой номенклатуры импеданс будет равен R Ω . Сопротивление, полученное методом переменного тока будет всегда меньше измеренного при постоянном токе, так как исключает величину R пол. При частотной зависимости (кроме частот менее 3 Гц) переход к сопротивлению на постоянном токе крайне затруднителен из-за специфики электрохимических процессов.
Внутреннее сопротивление свинцово-кислотных батарей, полученное на переменном токе, нельзя использовать при расчете тока короткого замыкания и оценки чувствительности и селективности защитных аппаратов сети постоянного тока.
Величина тока короткого замыкания, рассчитанная по сопротивлению на постоянном токе, будет меньше, чем при переменном токе, что, в свою очередь, может привести к ошибочным результатам как при оценке технического состояния свинцово-кислотных батарей, так и при обеспечении требуемого уровня напряжения у потребителей постоянного тока при резком возрастании нагрузки.
В работе автором была доказана справедливость данного метода применительно к свинцово-кислотным батареям. Для этого им была рассмотрена эквивалентная схема в виде последовательной RLC-цепочки. По мнению автора, можно считать, что такой метод вычисления параметров эквивалентной схемы аккумулятора позволяет оценить значения их емкости с относительной погрешностью вычисления не более 15 %.
Экспресс-диагностирование как уже отмечалось выше основано на определении состояния батарей по ограниченному числу параметров за установленное время. Из рисунка 2 видно, что методы тестового и экспресс-диагностирования могут не только взаимозаменять друг друга при условии минимизации времени измерений и регистрации диагностических параметров, но и дополнять.
Статистические методы находят применение большей частью в научно-исследовательской деятельности, а также при построении различных систем мониторинга и основываются на обработке и систематизации различных данных, полученных в ходе наблюдения за изменениями в работе исследуемых батарей. На основании полученных данных строятся определенные зависимости, производится моделирование процессов и прогнозирование состояния батарей в различных условиях эксплуатации.
Таким образом можно сделать вывод, что существующая система диагностирования аккумуляторных батарей в ВС РФ не в полной мере отвечает современным требованиям по эксплуатации поступающих в войска герметизированных аккумуляторных батарей.
Одним из самых важных параметров батарей является ее резервная или номинальная емкость. Наиболее точным и быстро измеримым параметром батареи, способным дать достаточно точную оценку ее состояния является внутреннее сопротивление. Данный параметр может быть использован для прогнозирования состояния и остаточного ресурса батареи в режиме эксплуатации. Можно считать, что на настоящий момент еще не найдено путей достоверного определения внутреннего сопротивления батарей.
Наиболее точными и оперативными являются методы измерения параметров батареи с применением воздействия переменным и (или) постоянным током.
http://docs.cntd.ru/document/gost-20911-89 .3. Обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторных батарей
Современные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи являются надёжными устройствами и обладают значительными сроками эксплуатации. Батареи хорошего качества имеют срок службы не менее пяти лет при условии тщательного и своевременного ухода. Поэтому мы рассмотрим правила эксплуатации аккумуляторов и методы регулярного технического обслуживания, которые позволят существенно повысить их ресурс при минимальных затратах времени и финансов.
ОБЩИЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
Аккумуляторную батарею в процессе эксплуатации необходимо периодически осматривать на наличие трещин корпуса, содержать в чистоте и в заряженном состоянии.
Загрязнение поверхности аккумулятора, наличие окислов или грязи на штырях, а также неплотная затяжка зажимов проводов вызывают быстрый разряд аккумуляторной батареи и препятствуют нормальному её заряду. Во избежание этого следует:
- Содержать в чистоте поверхность аккумулятора и следить за степенью затяжки контактных клемм. Электролит, попавший на поверхность батареи, вытирать сухой ветошью или ветошью, смоченной в нашатырном спирте или растворе кальцинированной соды (10%-ный раствор). Окислившиеся контактные штыри аккумуляторной батареи и клеммы проводов очистить, неконтактные поверхности смазать техническим вазелином или солидолом.
- Следить за чистотой дренажных отверстий аккумулятора. В процессе работы электролит выделяет пары, и при забивании дренажных отверстий эти пары выделяются в других всевозможных местах. Как правило, это происходит около контактных штырей аккумуляторной батареи, что приводит к усиленному их окислению. При необходимости очистить их.
- Периодически проверять напряжение на контактных штырях аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Эта процедура позволит вам оценить уровень заряда, который обеспечивает генератор. Если напряжение, в зависимости от оборотов коленчатого вала, находится в пределах 12,5 -14,5 В для легковых машин и 24,5 - 26.5 В для грузовых машин, то это означает что агрегат исправен. Отклонения от указанных параметров говорит об образовании различных окислов на контактах проводки на линии подключения генератора, его износе и необходимости произвести диагностику и устранение неисправностей. После ремонта повторить контрольные мероприятия в разных режимах работы двигателя, в том числе при включенных фарах и иных потребителях электрического питания.
- При длительном простое автомобиля отключать от "массы" аккумуляторную батарею, а при длительном хранении - периодически подзаряжать её. Если аккумуляторная батарея часто и длительное время находятся в разряженном или даже полузаряженном состоянии, возникает эффект сульфатации пластин (покрытие пластин аккумулятора крупнокристаллическим сернокислым свинцом). Это приводит к снижению ёмкости аккумуляторной батареи, к увеличению её внутреннего сопротивления и постепенной полной неработоспособности. Для подзарядки используются специальные устройства, которые понижают напряжение до необходимого уровня и после этого переходят в режим зарядки аккумулятора. Современные зарядные устройства по большей части автоматические и в процессе их применения не требуют контроля со стороны человека.
- Избегать длительного пуска двигателя, особенно , в холодное время года. При запуске холодного двигателя стартер потребляет большой пусковой ток, который может вызвать "коробление" пластин аккумуляторной батареи и выпадание активной массы из них. Что в конечном итоге приведёт к полной неработоспособности аккумулятора.
Исправность аккумуляторной батареи проверяется специальным прибором - нагрузочной вилкой. Аккумулятор считается рабочим в том случае, если его напряжение не падает в течение минимум 5 секунд.
УХОД ЗА НЕОБСЛУЖИВАЕМОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ
Аккумуляторы данного типа получают всё большее распространение и пользуются всё большей популярностью. Уход за необслуживаемым аккумулятором сводится к стандартным действиям, требующимся для всех типов аккумуляторных батарей, описанный выше.
Необслуживаемые аккумуляторные батареи не имеют технологических отверстий с пробками для контроля уровня и доливки электролита до нужного уровня и плотности. В некоторые аккумуляторы этого типа встроены ареометры. В случае критического падения уровня электролита или снижения его плотности, аккумулятор подлежит замене.
УХОД ЗА ОБСЛУЖИВАЕМОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ
Аккумуляторные батареи данного типа имеют технологические отверстия для заливки электролита с плотными резьбовыми пробками. Общее техническое обслуживание автомобильного аккумулятора данного типа производится в том же порядке, что и для всех, но дополнительно необходимо выполнить работы по проверке плотности и уровня электролита.
Проверка уровня электролита производят визуально или с использованием специальной мерной трубки. На обнажённых (в следствие падения уровня электролита) частях пластин происходит процесс сульфатации. Для поднятия уровня электролита, в банки аккумуляторной батареи доливают дистиллированную воду.
Плотность электролита проверяется кислотомером-ареометром и по ней оценивается уровень заряда аккумуляторной батареи.
Перед проверкой плотности, если доливали электролит в аккумуляторную батарею, нужно запустить двигатель и дать ему поработать, чтобы при подзаряде аккумулятора электролит перемешался либо воспользуйтесь зарядным устройством.
В районах с резко континентальным климатом при переходе с зимней эксплуатации на летнюю, и наоборот, аккумуляторную
батарею снять с автомобиля, подключить к зарядному устройству, выполнить заряд силой тока 7 А. В конце процесса зарядки, не отключая зарядное устройство, довести плотность электролита до значений, указанных в табл.1 и табл.2 . Процедуру нужно проводить в несколько приёмов, при помощи резиновой груши, методом отсасывания либо доливки электролита или дистиллированной воды. При переходе на летнюю эксплуатацию доливать дистиллированную воду, при переходе на зимнюю эксплуатацию доливать электролит плотностью 1,400 г/см 3 .
Разницу в плотности электролита в различных банках аккумуляторной батареи тоже выравнить доливанием дистилированной воды или электролита.
Промежуток между двумя добавками воды или электролита должен быть не менее 30 мин.
УХОД ЗА РАЗБОРНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ
Техническое обслуживание разборных аккумуляторов не отличается от условий обслуживания неразборных обслуживаемых батарей, только дополнительно требуется следить за состоянием поверхности мастики. Если на поверхности мастики появились трещины, их необходимо устранить оплавлением мастики при помощи электрического паяльника или другого нагревательного прибора. Не следует допускать натяжения проводов при подключении аккумулятора к автомобилю, так как это приводит к образованию трещин в мастике.
ОСОБЕННОСТИ ЗАПУСКА СУХОЗАРЯЖЕННЫХ БАТАРЕЙ.
В случае приобретения вами не залитой сухозаряженной батареи ее необходимо заправить электролитом с плотностью в 1,27 г/см 3 до установленного уровня. Через 20 минут после заливки, но не позднее двух часов, произвести замер плотности электролита при помощи кислотомера-ареометра . Если падение плотности не превысило 0,03 г/см 3 , батарею можно устанавливать на автомобиль для эксплуатации. Если же произошло падение плотности электролита выше нормы, необходимо подключить зарядное устройство и произвести зарядку. Ток заряда не должен превышать 10 % от номинального значения и процедура проводится до появления обильного выделения газов в банках аккумулятора. После этого повторно контролируется плотность и уровень. При необходимости в банки доливается дистиллированная вода. Затем вновь подключается зарядное устройство на полчаса для равномерного распределения электролита по всему объёму банок. Теперь аккумулятор готов к применению и может быть установлен на автомобиль для эксплуатации.
Регулярный уход за аккумуляторной батареей позволит продлить срок её эксплуатации и избежать сульфатизации пластин или их механического разрушения. Правильная эксплуатация аккумулятора существенно увеличивает его ресурс, что даёт возможность снизить издержки на эксплуатацию автомобиля.
Каждая аккумуляторная батарея, будь то источник питания для автомобиля или же простая батарейка, с помощью которой осуществляется работа того или иного инструмента или гаджета, нуждается в корректном использовании и уходе. Соблюдая правила эксплуатации аккумуляторных батарей, можно обеспечить длительный срок их службы - так, чтобы они, как положено, выработали свой ресурс. Известно, что к каждому электроинструменту, оснащенному батареями (а также к самим АКБ), всегда прилагается инструкция по эксплуатации, заглянуть в которую никогда не будет лишним. Здесь мы рассмотрим основные тонкости, связанные с тем, как правильно пользоваться разными видами батарей, в зависимости от сферы их применения.
Известно, что батареи для автомобиля бывают обслуживаемыми и . К обслуживаемым относятся , а к необслуживаемым - большей частью и . Они более удобны и универсальны в использовании. Поскольку жидко-кислотные батареи до сих пор находятся в приоритете у многих водителей по причине их невысокой цены и надежности, будет справедливо вначале рассказать об особенностях их применения.
Особенности применения жидко-кислотных автомобильных аккумуляторов
Проверка электролита
Если батарея вашего автомобиля заполнена внутри «банок» электролитической жидкостью, это значит, что периодически нужно будет . Время от времени придется . Обслуживаемые АКБ всегда имеют доступ к отсекам, и уровень жидкости нужно проверять в каждом из них.
Для чего требуется доливка дистиллированной воды? Дело в том, что у всех жидких автомобильных батарей в процессе работы происходит постепенное снижение уровня электролитической жидкости, а процент серной , наоборот, становится больше, потому что вода испаряется. Это называется повышением плотности электролита. Именно оно оказывает негативное влияние на качество функционирования батареи. Если в течение от одного до трех месяцев жидкость испаряется до критического уровня (в аккумуляторе ее становится мало, и свинцовые пластины могут оголиться), следует проверить регулятор уровня напряжения на предмет его исправности. В норме сильное падение уровня жидкости наблюдается, как правило, в течение 2-4 лет после того, как началась интенсивная эксплуатация аккумулятора после его приобретения.
Скорость, с которой испаряется жидкость внутри аккумуляторных «банок», зависит от многих факторов:
- уровень качества самих АКБ;
- неправильная эксплуатация аккумуляторных батарей;
- исправность электрического оборудования автомобиля;
- погодные условия и режимы поездок.
Как видите, обслуживаемая автомобильная батарея требует к себе особого отношения. Кроме того, в процессе эксплуатации АКБ, раз в два-три месяца настоятельно рекомендуется проверять ее показатель напряжения , который в норме составляет от 12 до 12,8 В . При этом, важно помнить о том, что если U становится ниже 11,6 В, ваш аккумулятор срочно нуждается в полной .
При эксплуатации аккумуляторных батарей жидко-кислотного типа важно также помнить о том, что скорость саморазряда у них достаточно высока по сравнению с более дорогостоящими современными аналогами. Она может достигать 10-14% в месяц, а после того, как длительность службы АКБ превышает 2 года, саморазряд становится больше, как минимум, в три раза. Если ваша батарея долго не используется, не забывайте о ее регулярной подзарядке. Хотя бы раз в 2 месяца.
О выборе правильного ЗУ
Если применяемое зарядное устройство имеет зарядное U ниже, чем 13,8 вольт, аккумулятор постоянно будет недозаряженным. Это может быстро привести к тому, что называется «хроническим недозарядом», в результате которого КПД аккумулятора и его емкость падают. Поэтому всегда следует использовать только подходящее зарядное устройство .
Помните о том, что эксплуатация батарей при постоянном заряде не больше 50-60 процентов очень быстро приведет к потере емкости, потому что активная масса электродов внутри АКБ будет подвержена ускоренному оплыванию.
Как стареет жидко-кислотная АКБ
Чем старше становится аккумулятор вашего автомобиля, тем больше будет процент его естественного износа со временем:
- Сечение главных элементов конструкции электрода со знаком «плюс» станет значительно меньше, что приведет к повышению сопротивления внутри аккумулятора . Новая батарея имеет гораздо меньшее сопротивление, вследствие чего и разрядное напряжение у нее намного выше.
- Если эксплуатация АКБ осуществляется постоянно и долго, емкость ее постепенно снижается . Потому что уровень активных веществ, которые участвуют в электрохимических преобразованиях, снижается.
- Со временем будет увеличиваться расход дистиллированной воды в процессе . Через год воды потребуется в 1,5 раза больше, а через два года - в 2-3 раза больше.
Для того чтобы ваша жидко-кислотная батарея работала как можно дольше, следует соблюдать несколько правил и руководствоваться следующими показателями:
- Проверяйте электролита в каждом отсеке АКБ. В норме она составляет 1,27 гр/см 3 .
- Показатель U в разомкнутой электрической цепи при замерах мультиметром не должен опускаться ниже 12,5 вольт .
- Следите за надежным креплением батареи в машине.
- Если аккумулятор сильно разряжен, позаботьтесь о том, чтобы как можно скорее приступить к его полноценной зарядке .
- Не злоупотребляйте короткими и нерегулярными «подзарядками» , снижающими емкость АКБ.
- Все работы по обслуживанию жидко-кислотной батареи выполняйте в защитных перчатках .
- Помните о взрывоопасности жидкой кислоты и не заряжайте такой аккумулятор вблизи источников открытого огня и при высоких температурах .
- Регулярно проверяйте состояние клемм на предмет загрязнений и белого налета в виде окисей тяжелых металлов.
Особенности применения гелевых автомобильных аккумуляторов
Безусловно, эксплуатация гелевых аккумуляторов может показаться гораздо более простой, если сравнивать ее с дешевыми «кислотниками».
С одной стороны это, действительно, так. Поскольку внутри такого источника тока находится не жидкость, а гель, он более безопасен в применении и не подвержен взрывоопасности. Гелевую АКБ при необходимости можно положить на бок и повернуть любой стороной, и с ней ничего не случится.
Срок эксплуатации у гелевых батарей намного больше. К тому же, они не требуют никакого обслуживания внутри: им не нужна заливка дистиллированной воды и регулярная проверка внутреннего состояния «банок». Поэтому возникает вопрос - не лучше ли сразу заплатить тысяч 10 или 15, чтобы «не париться» лишний раз?
С одной стороны, преимущества гелевых АКБ очевидны. Однако при эксплуатации аккумулятора этого типа необходимо соблюдать ряд определенных предписаний, иначе «посадить» дорогостоящий аккумулятор можно в два счета.
Если вы приобретаете гелевую АКБ, исправность бортовой сети вашего автомобиля и его составляющих, связанных с аккумуляторным питанием, должна находится на самом высоком уровне:
- Ток должен подаваться стабильно и точно .
- Напряжение во всех частях бортовой электросети автомобиля не должно быть скачкообразным. Если оно «скачет», аккумулятор сразу же может необратимо выйти из строя.
- Генератор и реле-регулятор должны работать исправно , поддерживая напряжение в гелевой батарее не больше цифры в 14,4 В.
- Что касается реле-регулятора, многие опытные автомобилисты рекомендуют сразу установить в машину запасное реле в случае приобретения гелевой АКБ. Если одно реле вдруг «накроется», другое, в данном случае, спасет батарею.
- Следует сразу же приобрести зарядное устройство , желательно с автоматическим режимом .
- Если вдруг напряжение в АКБ становится выше 14,4 вольт (это уже критический показатель), обязательно должен сработать регулятор напряжения .
Как видите, несмотря на все положительные характеристики и внешние удобства эксплуатации аккумулятора такого типа, гелевые батареи очень капризны и также требуют особого к себе отношения. Только в несколько ином виде. Ради них водителю придется еще дополнительно потратиться на приведение в идеальный порядок бортовой сети автомобиля.
Особенности применения щелочных батареек
Как бы удивительно это ни выглядело, но эксплуатация , иными словами, обычных батареек, на которых работают электроинструменты и прочие бытовые приборы, тоже имеет свои тонкости и особенности. Их обязательно следует знать для того, чтобы элементы питания правильно вырабатывали свой ресурс.
При эксплуатации никель-кадмиевых батареек нужно иметь в виду то, что им свойственен так называемый «эффект памяти» . Если такие аккумуляторы подвергать частой и не очень длительной подзарядке, а также подключать к ним ЗУ, когда разряд их происходит не полностью, они как бы «запоминают» тот уровень заряда, который у них оставался, и работают не в полную силу. Поэтому у пользователя может сложиться впечатление, что АКБ вышли из строя. Но это не так.
Чтобы избавиться от «эффекта памяти» и возвратить никель-кадмиевым батарейкам хороший уровень емкости, их обязательно следует «прогнать» с помощью нескольких циклов «заряд-разряд». Не злоупотребляйте быстрыми подзарядками и не бойтесь оставлять их разряженными. Такие элементы глубоких разрядов не боятся.
Никель-металлогидридные, или , напротив, не любят глубоких разрядов и подвержены влиянию перепадов температур.
Если вы храните такие батарейки долго без применения, а потом вдруг появилась необходимость ими воспользоваться, они не подведут вас и будут работать полноценно, даже если вы не пользовались ими несколько месяцев. Потребуется только небольшая подготовка их к работе: восстановите их емкость, зарядив и разрядив несколько раз.
Срок хранения никель-кадмиевых аккумуляторов с периодическим их применением может составлять до пяти лет. Хранить их нужно в теплом и сухом месте, желательно отдельно от электроинструмента или иного бытового прибора.
Когда речь заходит о понятии «щелочные аккумуляторы» с применением никелевых соединений, некоторые пользователи часто путают никель-металлгидридный аккумулятор с никель-кадмиевым. Они отличаются между собой главным образом тем, что Ni-Cd элементы - самые неприхотливые в эксплуатации, редко перегреваются, и их «старение» происходит очень медленно, что очень выгодно для пользователя.
Особенности применения литий-ионных и Li-pol батареек
Эксплуатация также имеет свои особенности. При этом, правила эксплуатации Li-Ion и литий-полимера фактически идентичны, учитывая то, что современные технологии помогли устранить технические недостатки всей литиевой «линейки».
Как известно, первые Li-Ion батареи были довольно опасными и часто взрывались - главным образом, при перегреве. Сейчас все аккумуляторы этого типа снабжены контроллером уровня напряжения , который не позволяет U подниматься выше требуемого.
Для того чтобы продлить и литий-полимерных аккумуляторов, соблюдайте следующие несложные рекомендации:
- Всегда следите за тем, чтобы заряд Li-Ion или Li-полимерных аккумуляторов составлял, как минимум, 45% . Литий не любит глубокого разряда и очень к нему чувствителен.
- Поддерживайте этот показатель заряда стабильно, не уменьшайте его.
- Частые подзарядки таким батарейкам, вопреки распространенному мнению, не повредят. Главный плюс любого литий-ионного и li-pol аккумулятора состоит в том, что ни у тех, ни у других нет «эффекта памяти» .
- Не допускайте их перезаряда или перегрева : они довольно чувствительны.
- Новым Li-I on аккумуляторам можно провести несколько циклов «заряд-разряд» . Но не с целью убрать «эффект памяти», а для того, чтобы откалибровать их контроллер для его правильной и четкой работы.
Эксплуатация аккумулятора любого типа имеет особенности и нюансы, которые пользователь всегда должен иметь в виду. Это поможет больше узнать как об автомобильных аккумуляторах, так и о самых обычных батарейках, вникнуть в суть их работы и продлить срок их службы при использовании.
С.Н. Костиков
Анализ причин отказов герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов
Около сорока лет назад удалось создать герметизированный свинцово-кислотный аккумулятор. Все реализованные до настоящего времени герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы снабжены клапаном, который должен открываться для выброса избыточного газа, в основном водорода, при заряде и хранении. Полной рекомбинации кислорода и водорода достичь невозможно. Поэтому аккумулятор называется не герметичным, а герметизированным. Важным условием хорошей герметизации является плотное химическое и термостойкое соединение конструктивных элементов. Особое значение имеет технология изготовления пластин, конструкция клапана и герметизация выводов. В герметизированных аккумуляторах используется «связанный» электролит. Рекомбинация газов идет по кислородному циклу.
Для связывания электролита существует два способа:
Использование гелеобразного электролита (технология GEL);
Использование стекловолокна, пропитанного жидким электролитом (технология AGM).
Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки.
Под надежностью аккумулятора понимают его способность сохранять оговоренные изготовителем характеристики при эксплуатации в течение заданного времени в заданных условиях. За критерий отказа аккумулятора принимается несоответствие его параметров установленным нормам. Требования к герметизированным свинцово-кислотным аккумуляторам и методы их испытаний изложены в стандартах ГОСТ Р МЭК 60896-2-99 (IEC 896-2, DIN EN 60896 Teil 2). Существует ряд факторов, которые ограничивают достижение высокой степени надежности герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов любой технологии:
Сильное влияние незначительных примесей на свойства активных масс пластин;
Большое количество технологических процессов при производстве аккумуляторов;
Использование широкого ассортимента материалов и комплектующих для изготовления аккумуляторов, которые могут производиться на разных заводах (в разных странах, где не всегда обеспечивается должный входной контроль и унификация изделий).
Повышение надежности связано, в первую очередь, с тщательным входным контролем всего поступающего сырья, используемых материалов и комплектующих. Необходим строгий контроль технологии изготовления на всех этапах производства. Чтобы достичь точности технологических операций, производство должно иметь высокую степень автоматизации и единый технологический цикл (полный цикл производства).
Обычная (классическая с жидким электролитом) конструкция аккумуляторов обеспечивает их высокую надежность за счет избыточности активной массы электродов, электролита и токоведущих элементов. В них избыток реагентов и электролита составляет 75–85% от теоретически необходимых. Герметизированные аккумуляторы имеют меньшую надежность, чем классические свинцово-кислотные аккумуляторы. Аккумуляторы технологии AGM имеют малый запас электролита. В аккумуляторах технологии GEL используется сложный многокомпонентный состав электролита, а также трудно добиться равномерного распределения геля внутри аккумулятора. Появляются новые конструктивные элементы (герметизированный корпус с крышкой, специальный газовый клапан с фильтром, специальное уплотнение токовыводов, специальные добавки в электролит, специальные сепараторы и др.). Поляризация положительного электрода в герметизированных аккумуляторах больше, чем в классических, и может достигать 50 мВ. Это приводит к ускорению коррозионных процессов, особенно в буферном режиме эксплуатации.
КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
В герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах применяются пастированные электроды. Они могут быть решетчатыми и панцирными. Панцирные электроды применяются в GEL аккумуляторах типа OPzV в качестве положительных пластин, а в остальных типах для положительных электродов применяются решетчатые пластины. Применение различных типов положительных пластин отражается на электрических характеристиках аккумуляторов. Это связано с внутренним сопротивлением аккумулятора. Положительные панцирные пластины состоят из штырей, которые помещаются внутри перфорированных трубок, заполненных активированной массой (см. рис. 1). Использование панцирных пластин позволяет изготавливать герметизированные аккумуляторы (технологии GEL) большой емкости, такой же как у классических аккумуляторов. В герметизированных аккумуляторах технологии AGM (см. рис. 2) как малой, так и большой емкости используются решетчатые пластины, что удешевляет их стоимость и упрощает конструкцию.
В производстве аккумуляторов используется как чистый свинец, так и его сплавы. Сурьма, которая неоднозначно воздействует на эксплуатационные характеристики аккумуляторов, для производства пластин герметизированных аккумуляторов не применяется.
В герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах используются сплавы свинца с кальцием или с оловом и сплав свинца, кальция, олова, могут быть добавки алюминия. Здесь электролиз воды начинается при более высоких напряжениях. Кристаллы, образующиеся в пластинах, мелкие и однородные, а их рост ограничен. Осыпание активной массы и внутреннее сопротивление аккумулятора при использовании кальциевых решеток несколько больше, чем в случае свинцово-сурьмяных. Разрушение пластин преимущественно происходит при заряде аккумулятора. Для уменьшения осыпания в активную массу вводят волокнистые материалы, например фторопласт, и используют стекловолокно, прижатое к пластинам (технология AGM) или пористые сепараторы (сумки, конверты, удерживающие активную массу) из мипласта, PVC, стекловолокна (технология GEL); могут использоваться двойные сепараторы. Двойные сепараторы увеличивают внутреннее сопротивление, но повышают надежность аккумуляторов. Не все производители герметизированных аккумуляторов применяют двойные сепараторы. В некоторых моделях аккумуляторов встречаются многослойные сепараторы, дефекты в одном из слоев защищены другим, и рост дендритов затруднен при переходе от слоя к слою.
Надежность герметизированных аккумуляторов также зависит и от материала корпуса, качества и конструкции токовыводов, конструкции газового клапана. Некоторые производители для минимизации затрат делают корпус с толщиной стенки 2,5–3 мм, что не всегда обеспечивает высокую надежность. Для более высокой надежности толщина стенки должна быть 6 мм и более. Некоторые увеличивают пористость электродов, что не всегда положительно сказывается на надежности аккумуляторов. В погоне за увеличением прибыли многие фирмы заведомо завышают параметры аккумуляторов и искажают реальный срок службы, делают гибриды, в аккумуляторы AGM-технологии заливают гелевый электролит и др.
Рис. 1. Конструкция электродов свинцово-кислотного аккумулятора технологии GEL с панцирными пластинами (типа OPzV)
Рис. 2. Конструкция герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора AGM-технологии
ВИДЫ ОТКАЗОВ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Известно, что ухудшение электрических характеристик герметизированных аккумуляторов и выход из строя (отказ) при эксплуатации обусловлены коррозией основы (решетки) и оползанием активной массы положительного электрода, которые иногда называют деградацией положительного электрода. Деградация положительного электрода в классических аккумуляторах с жидким электролитом имеет плавную зависимость от срока службы, и ее можно проследить за период эксплуатации. В герметизированных аккумуляторах деградация положительных пластин более резкая и до конца не изученная, корпуса аккумуляторов непрозрачные, что затрудняет визуальный контроль уровня электролита и состояния пластин. Плотность электролита измерить нельзя.
Коррозия решеток положительных пластин – наиболее частый дефект герметизированных аккумуляторов, эксплуатируемых в буферном режиме. На скорость коррозии решеток влияет много факторов: состав сплава, конструкция самой решетки, качество технологии отливки решетки на заводе, температура, при которой работает аккумулятор. В качественно отлитых решетках из сплава Pb-Ca-Sn скорость коррозии мала. А в плохо отлитых решетках скорость коррозии высокая, отдельные участки решетки подвергаются глубокой коррозии, что вызывает локальный рост решетки и ее деформацию. Локальные наросты приводят к короткому замыканию при контакте с отрицательным электродом. Коррозия положительных решеток может приводить к потере контакта с нанесенной на нее активной массой, а также с соседними положительными электродами, которые соединяются друг с другом с помощью мостов или бареток. В герметизированных аккумуляторах пространство под пластинами для скопления шлама либо очень мало, либо вовсе отсутствует – пластины имеют плотную упаковку, поэтому вызванное коррозией оползание активной массы может привести к короткому замыканию пластин. Короткое замыкание пластин – самый опасный дефект в герметизированных аккумуляторах. Замыкание пластин в одном герметизированном аккумуляторе, если это не заметит персонал выведет из строя все остальные. Время, в течение которого аккумуляторы выйдут из строя исчисляется периодом от нескольких часов до получаса.
При эксплуатации аккумуляторов в буферном режиме из-за малых токов подзаряда может наблюдаться дефект – пассивация отрицательного электрода . В герметизированных аккумуляторах любой технологии отрицательные электроды изготавливаются из решетчатых пластин. Механизмы процессов, протекающих на электродах, сложны и окончательно не установлены. Считают, что при работе аккумулятора на отрицательном электроде преимущественно идут жидкофазные процессы (растворение-осаждение), и ограничение его разряда связано с образованием пассивирующего слоя. Признаком пассивации отрицательного электрода обычно бывает снижение напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) на заряженном аккумуляторе ниже 2,10 В/эл. Проведение дополнительных уравнительных зарядов (например, в аккумуляторах типа OPzV) может восстановить напряжение, но аккумуляторы после этого должны быть постоянно на контроле, так как это может опять повториться. Для снижения пассивации отрицательного электрода некоторые производители вводят в него специальные добавки, которые работают как расширители активной массы отрицательного электрода и препятствуют ее усадке.
Если герметизированные аккумуляторы работают в режиме циклирования (при частых отключениях электроэнергии или в циклическом режиме), то чаще возникают дефекты, связанные с деградацией активной массы положительного электрода (ее разрыхление и сульфатация), которые приводят к снижению емкости при контрольном разряде. Проведение тренировочных зарядов для разрушения сульфата, как советуют в своих инструкциях по эксплуатации некоторые производители, ничего не дает, а даже приводит к еще более быстрому снижению емкости. Разрыхление приводит к потере контакта между частицами двуокиси свинца, они становятся электрически изолированными. Большие разрядные токи ускоряют процесс разрыхления. Наличие и степень сульфатации активной массы можно проконтролировать, поскольку она сопровождается изменением плотности электролита, которое в AGM аккумуляторах может быть грубо оценено по измерению НРЦ аккумулятора после окончания заряда. НРЦ заряженного герметизированного аккумулятора равно 2,10–2,15 В/эл в зависимости от плотности электролита, в аккумуляторах технологии AGM плотность электролита равна 1,29–1,34 кг/л, в гелевых аккумуляторах плотность ниже и имеет значения 1,24–1,26 кг/л (из-за высокой плотности электролита аккумуляторы технологии AGM могут работать при более низких температурах, чем гелевые). При разряде, по мере разбавления электролита, НРЦ герметизированного аккумулятора уменьшается и после разряда становится равным 2,01–2,02 В/эл. Если НРЦ разряженного герметизированного аккумулятора меньше 2,01 В/эл, то аккумулятор имеет высокую степень сульфатации активной массы, которая может быть уже необратимой.
При недозаряде герметизированных аккумуляторов при эксплуатации (например, из-за неверно установленного напряжения постоянного подзаряда, неисправности ЭПУ, отсутствии термокомпенсации) на отрицательном электроде, происходит сульфатация, постепенный переход мелкокристаллического сульфата свинца в плотный твердый слой сульфата с крупными кристаллами. Образующийся при этом плохо растворимый в воде сульфат свинца ограничивает емкость аккумулятора и способствует выделению водорода при заряде.
Если на положительном электроде аккумулятора наблюдается толстый окисел коричневого цвета, то это признак коррозии решетки. Возможные причины коррозии:
Аккумуляторы перед эксплуатацией долго лежали на складе без подзаряда;
При эксплуатации подавался переменный ток (~I ), проблемы с зарядным устройством (выпрямителем, ЭПУ).
В герметизированных аккумуляторах могут проявляться и специфические коррозионные процессы на мостах (чаще на отрицательных) и на борне. Поскольку продукты коррозии имеют больший объем, чем свинец, может выдавливаться компаунд, герметизирующий вывод, повреждено резиновое уплотнение борна, крышка и даже корпус аккумулятора. Дефекты такого рода часто наблюдаются в аккумуляторах, если не было строгого соблюдения технологического процесса при их изготовлении (например, большой разрыв по времени между технологическими операциями).
РАБОЧЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Многие производители герметизированных аккумуляторов в своих инструкциях по эксплуатации указывают на возможную эксплуатацию аккумуляторов в любом положении.
В процессе эксплуатации герметизированных аккумуляторов из-за неизбежных потерь воды при открывании газового клапана происходит некоторое высыхание электролита, при этом увеличивается внутреннее сопротивление и снижается напряжение, как при пассивации отрицательного электрода.
В герметизированных аккумуляторах технологии AGM кроме высыхания электролита может происходить расслоение электролита: серная кислота, которая находится в жидком виде, стекает вниз из-за более высокого удельного веса по сравнению с водой, в результате чего возникает концентрационный градиент в верхней и нижней части аккумулятора, что ухудшает разрядные характеристики и увеличивает температуру аккумулятора. Этот эффект в аккумуляторах малой и средней емкости наблюдается редко, а использование мелкопористого стекловолоконного сепаратора с высокой степенью сжатия всего пакета положительных и отрицательных пластин уменьшает его. Высокие герметизированные AGM-аккумуляторы большой емкости лучше эксплуатировать «лежа» на боку, но использовать лишь ту сторону, при которой пластины будут находиться перпендикулярно земле (необходимо узнать у производителя). Китайские и японские производители изготавливают герметизированные аккумуляторы большой емкости низкой высоты призматической формы, что позволяет их эксплуатировать вертикально, так же как аккумуляторы типа OPzV.
В герметизированных аккумуляторах технологии GEL, особенно в OPzV, при эксплуатации «лежа» на боку могут возникать дефекты, связанные с протечкой гелевого электролита. В процессе работы газового клапана из-за силикагеля и других компонентов гелевого электролита забиваются гидрофобные пористые фильтры (круглые пластины), которые должны пропускать газ, но не пропускать электролит. После того как клапан перестает пропускать газ, внутреннее давление может возрасти до 50 кПа и более. Газ находит слабое конструктивное место: это может быть герметизирующее уплотнение клапана или борна, место в корпусе, особенно возле ребер жесткости (у некоторых производителей), место крепления крышки к корпусу аккумулятора, что приводит к аварийному разрыву, сопровождающемуся выбросом электролита наружу; электролит проводит электрический ток – может возникнуть короткое замыкание. Были случаи, когда протечка электролита, вовремя не обнаруженная персоналом, приводила к возгоранию изоляционных колпачков. Электролит может «проесть» пол и т.д. (см. Фото 1).
Фото 1. Последствия от протечки электролита из лопнувшего корпуса OPzV
Гелевые аккумуляторы лучше всего располагать вертикально, чтобы аэрозоли веществ, составляющих гелевый электролит, не могли попасть в фильтр газового клапана. Некоторые производители гелевых 2В аккумуляторов удлиняют корпус аккумулятора, разрабатывают различные улавливатели аэрозолей, делают сложную лабиринтную конструкцию клапана, чтобы эксплуатировать гелевые аккумуляторы «лежа» на боку.
Надежней эксплуатировать гелевые аккумуляторы типа OPzV в вертикальном положении!
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ БАТАРЕЙ
Для увеличения емкости и надежности системы электропитания можно осуществлять параллельное подключение батарей. Европейские производители не рекомендуют устанавливать в параллель более четырех групп. Азиатские производители рекомендуют использовать параллельное подключение не более двух групп. Это связано с однородностью элементов аккумуляторной батареи, которая связана с технологией изготовления и качеством производства. Однородность элементов у европейских производителей лучше. Рекомендуется, чтобы батареи в аккумуляторных группах были одного типа и одного года выпуска. Не допускается производить замену одного элемента в группе элементом другого типа или устанавливать параллельно группы из аккумуляторов различных типов.
СРОК СЛУЖБЫ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
По классификации Европейской ассоциации производителей аккумуляторов (Евробат) аккумуляторы подразделяются на четыре основные группы (могут быть подгруппы):
10 лет и более (специальное назначение ) – телекоммуникации и связь, атомные и обычные электростанции, нефтехимическая и газовая промышленность и др.;
10 лет (улучшенные характеристики ) – в основном эта группа батарей соответствует предыдущей группе (специальное назначение), но требования по техническим характеристикам и надежности не столь высоки;
5–8 лет (универсальное применение ) – технические характеристики этой группы такие же, как и для группы «улучшенные характеристики», но требования к надежности и испытаниям ниже;
3–5 лет (широкое применение ) – эта группа батарей находит применение в установках, приближенных к бытовому потребителю, популярна в UPS, чрезвычайно популярна в нестационарных условиях.
Окончанием срока службы считается наступление момента времени, когда отдаваемая емкость составляет 80% от номинальной.
Срок службы герметизированных аккумуляторов зависит от многих факторов, но наибольшее влияние оказывают режим заряда и температура эксплуатации аккумуляторов. Для постоянной готовности к работе в электропитающих установках (ЭПУ) аккумуляторы должны находиться под напряжением постоянного подзаряда (буферный режим). Напряжение постоянного подзаряда – напряжение, непрерывно поддерживаемое на выводах аккумулятора, при котором протекание тока компенсирует процесс саморазряда аккумулятора. Необходимо учитывать, что ток постоянного подзаряда аккумулятора зависит от напряжения постоянного подзаряда и температуры аккумулятора. Оба параметра изменяют силу тока постоянного подзаряда аккумулятора и тем самым влияют на расход воды, в герметизированных аккумуляторах добавить воду нельзя. Для обеспечения максимального срока службы герметизированных аккумуляторов важно поддержание оптимального напряжения постоянного подзаряда и оптимальной температуры в помещении.
При увеличении температуры аккумулятора на каждые 10°С все химические процессы, включая и коррозию решеток, ускоряются. Следует помнить, что при заряде герметизированных аккумуляторов их температура может быть выше температуры окружающей среды на 10–15°С. Это связано с разогревом аккумуляторов из-за процесса рекомбинации кислорода и герметичной конструкцией. Разница температур особенно заметна при ускоренных режимах заряда и в случае расположения батареи внутри стойки ЭПУ. Эксплуатация аккумуляторов при температуре выше +20°С ведет к уменьшению срока службы. В приведенной ниже табл. показана зависимость срока службы от температуры. Необходимо вводить корректировку напряжения постоянного подзаряда от температуры. Компенсация влияния повышенной температуры за счет регулирования напряжения постоянного подзаряда может смягчить этот эффект и улучшить приведенные в табл. цифры, но не более чем на 20%.
Необходимо размещать герметизированные батареи так, чтобы обеспечивалась вентиляция помещения и охлаждение аккумуляторов. С этой точки зрения, более предпочтительно размещение аккумуляторов так, чтобы клапаны размещались фронтально. В настоящее время производители предлагают аккумуляторы с фронтальными выводами, так называемые фронттерминальные (клеммы-выводы расположены спереди), но клапаны у этих аккумуляторов расположены сверху, как и у обычных аккумуляторов. Опыт эксплуатации фронттерминальных аккумуляторов в разных странах показывает их меньшую надежность в сравнении с обычными аккумуляторами. Фронттерминальные AGM-аккумуляторы наиболее склонны к явлению термического самопроизвольного разогрева - терморазгону. Применение данных аккумуляторов обязательно должно осуществляться после расчета и исследования тепловых полей в отсеках ЭПУ, стойках и шкафах.
У герметизированных аккумуляторов при заряде выделяется небольшое количество водорода. Нужен небольшой (естественный) обдув батареи. При длительной работе батареи с аккумуляторами большой емкости следует помнить о необходимости вентиляции помещений из-за возможности накопления водорода и соблюдения температурного режима. Раньше считалось, что для герметизированных батарей большой емкости не требуется вентиляция, как для батарей малой и средней емкости. Но с учетом опыта монтажа и сервиса импортных герметизированных батарей мы рекомендуем устанавливать оборудование для вентиляции и кондиционирования аккумуляторных помещений.
Герметизированные аккумуляторы выделяют больше тепла при заряде и сильней сами нагреваются, чем классические аккумуляторы (например, типа OPzS):
Qm = 0,77 ∙ N ∙ I ∙ h , (1)
где Qm – Джоулевый нагрев, Вт ∙ ч;
0,77 – псевдополяризация, В при 2,25 В/эл;
N – число 2 В элементов;
I – ток заряда, А;
h – время продолжительности заряда, ч.
Аккумуляторы классические (OPzS): Qm = 0,04 Вт/100 А∙ч эл/ч. Происходит Джоулевый нагрев – испарение газа (с газом выходит тепло).
Герметизированные аккумуляторы: Qm = 0,10 Вт/100 А∙ч эл/ч. Происходит Джоулевый нагрев + рекомбинация газа.
Емкость, %
Рис. 3. Влияние глубины разряда. Данные для аккумуляторов AGM-технологии. Аккумуляторы технологии GEL – более стойкие к глубокому разряду
Для герметизированных аккумуляторов AGM-технологии (см. рис. 3) вредны частые разряды-заряды, лучшую цикличность имеют аккумуляторы с гелевым электролитом. Но GEL-аккумуляторы больше выделяют водорода при заряде, чем AGM-аккумуляторы. У гелевых аккумуляторов при низких температурах раньше, чем у AGM-аккумуляторов, замерзает электролит, и могут возникать разрывы корпуса, так как электролит занимает весь объем банки.
Герметизированные аккумуляторы обоих технологий очень чувствительны к перезаряду. На рис. 4 показано, как быстро снижается срок службы при работе в буферном режиме при увеличении напряжения постоянного подзаряда. Недозаряд аккумуляторов также вреден.
Рис. 4. Зависимость срока службы от напряжения постоянного подзаряда
Для обеспечения длительного срока службы герметизированного аккумулятора в буферном режиме необходимо, чтобы установившееся отклонение выходного напряжения постоянного тока ЭПУ не превышало 
1%. Переменная составляющая выходного напряжения постоянного подзаряда вредна для герметизированных аккумуляторов. Максимальное критическое значение ~I
(АС) = 2 – 5 А (rms) на 100 А∙ч. Всплески (пики) и другие виды пульсирующего напряжения (при отключенной батареи, но с присоединенной нагрузкой) считаются допустимыми, если разброс пульсаций напряжения ЭПУ, включая пределы регулирования, не превышает 2,5% рекомендованного напряжения постоянного подзаряда батареи. Большие пульсации переменного тока могут привести к термическому разогреву (терморазгону) аккумуляторов. AGM-аккумуляторы более склонны к терморазгону, чем гелевые аккумуляторы. При использовании герметизированных аккумуляторов в инверторах критичной считается частота менее 50 Гц (46–35 Гц). Обычно это происходит из-за неисправности инвертора. Например, частота 20 Гц может привести к большому перезаряду аккумулятора и выходу его из строя в течение нескольких дней. Особенно чувствительны к таким неисправностям AGM-аккумуляторы. При частотах ниже 20 Гц в аккумуляторах вообще может остановиться электрохимическая реакция.
Для длительного срока службы герметизированных аккумуляторов важны: толщина положительной пластины (4–5 мм), состав сплава и конструкция решетки. Некоторые производители заявляют большой срок службы аккумуляторов, при этом используют стандартные (тонкие 2,5–3 мм) пластины; реальный срок службы таких аккумуляторов остается неизвестным и может быть определен только в процессе эксплуатации. При выборе аккумуляторов рекомендуем обратить внимание на вес, который связан с толщиной пластин.
В GEL-аккумуляторах типа OPzV с панцирными пластинами срок службы во многом зависит от скорости коррозии стержня электрода. Толщина пластин большая и равна 8–10 мм, что обуславливает большой срок их службы и низкую скорость коррозии стержня.
Статистику причин отказов герметизированных аккумуляторов в России проследить очень трудно. Фирмы-поставщики аккумуляторов тщательно это скрывают, чтобы не потерять авторитет и рынок сбыта. Много отказов происходит из-за нарушений условий эксплуатации, а также устаревшей техники. Среди них следует отметить негативное влияние выпрямителей типа ВУК на срок службы аккумуляторных батарей. Технический ресурс использования этих выпрямителей превысил все мыслимые пределы. Выпрямители типа ВУК не имеют ни стабильного, ни фильтрованного напряжения на выходе. Можно обратить внимание на выпрямители устаревшего типа ВУТ: неправильное чередование фаз питающей промышленной сети приводит к отказу выпрямителей. Этот отказ является восстанавливаемым и проявляется в недопустимом завышении выходного напряжения с последующим аварийным отключением выпрямителя. В случае совпадения неправильного чередования фаз с отказом завышенное напряжение питания вызывает повреждение батареи (сильный перезаряд), которую восстановить уже нельзя. В ВУТах отсутствует устройство автоматического переключения из режима стабилизации тока в режим стабилизации напряжения. Герметизированные аккумуляторы с устройствами старого типа (ВУТ, ВУК) работают недолго, и использование их с данными выпрямителями недопустимо.
При выборе аккумулятора для стационарных условий работы следует руководствоваться, в первую очередь, условиями эксплуатации. Если есть аккумуляторное помещение, оборудованное приточно-вытяжной вентиляцией для размещения обслуживаемых классических аккумуляторов, то его следует использовать по назначению и только для классических аккумуляторов с жидким электролитом (например, типа OPzS (в России – типа ССАП, ТБ-М), OGi (типа СН, ТБ), Groe (типа СК, БП). Герметизированные аккумуляторы лучше применять при наличии хорошего современного выпрямителя (например, УЭПС-3 производства ОАО «ЮПЗ «Промсвязь»). Герметизированные аккумуляторы только на первый взгляд доставляют меньше хлопот своим хозяевам. Их применение не означает, что обслуживание вообще исключается. В любом случае необходимо контролировать состояние аккумуляторов (напряжение, емкость, состояние корпуса и выводов, температуру аккумуляторов и помещения). Для успешной эксплуатации герметизированных аккумуляторов важно, чтобы в выпрямителях (ЭПУ), используемых для заряда аккумуляторов, были реализованы все требования, которые предъявляются к заряду герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов.
Для того чтобы поднять надежность ЭПУ с герметизированными аккумуляторами, необходимо чаще получать оперативную информацию о состоянии и режимах работы системы электропитания. Это возможно за счет использования систем сигнализации и мониторинга электропитания. Для этих целей можно применять устройство контроля разряда-заряда (УКРЗ) аккумуляторных батарей. УКРЗ может автоматически выполнять тесты проверки аккумуляторов, автоматически контролировать параметры. По результатам тестов можно прогнозировать сроки замены и планировать техническое обслуживание. Современные ЭПУ типа УЭПС-3 могут комплектоваться устройствами поэлементного контроля батарей УПКБ, которые позволяют дистанционно контролировать напряжение и температуру каждого 2В элемента или моноблока и передавать через Ethernet, GSM, PSTN, RS-485 (тип модуля определяется при заказе). Можно использовать устройство контроля напряжения буферного режима аккумуляторной батареи (УКН) с дистанционной сигнализацией для оповещения дежурного персонала. Операторы мобильной связи рекомендуют строить систему мониторинга на базе радиосети и современных универсальных микроконтроллеров, снабженных радиомодемами, которые регулярно отправляют информацию в центр и на мобильные телефоны технического персонала. Кроме того, системы мониторинга послужат основой для интеграции с АСКУЭ и системой управления климатом, которые активно внедряются на объектах связи, энергетики, транспорта и промышленных предприятиях.
Несмотря на то, что свинцовый аккумулятор известен более ста лет, продолжаются работы по его совершенствованию. Совершенствование свинцовых аккумуляторов идет по пути изыскания новых сплавов для решеток, облегченных и прочных материалов корпусов и улучшения качества сепараторов.
Для герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов характерен большой разброс параметров, связанных с технологией изготовления, качеством исходного сырья и техническим уровнем оборудования, применяемого для изготовления аккумуляторов.
«…Не смотря на сложность систем электропитания (ЭПУ), современные технологии выпрямления переменного тока и инвертирования постоянного тока, аккумулятор является самой главной и самой ответственной частью этих систем электропитания…», – из статьи М.Н. Петрова.
Основная задача, которую необходимо решить в ближайшее время это - создать производство герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов в России!
При создании производства надо учесть накопленный опыт в других странах и в самой России.