Аккумуляторы
Глава 3 СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ БАТАРЕИ
жүктеу/скачать 7,53 Mb.
|
| Глава 3 СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ БАТАРЕИ
3.1. Особенности конструкции свинцово-кислотных батарей Первый работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте. Его конструкция представляла собой электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10 % раствором серной кислоты. Недостатком первых свинцово-кислотных аккумуляторов была их низкая емкость. Первоначально для ее увеличения проводили большое число циклов заряда-разряда. Для достижения существенных результатов требовалось до двух лет таких тренировок. Причина недостатка была явной — конструкция пластин. Поэтому дальнейшее совершенствование конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов было направлено на совершенствование конструкции используемых в них пластин и сепараторов. В 1880 г. К. Фор предложил технологию изготовления намаз-ных электродов путем нанесения на пластины окислов свинца. Такая конструкция электродов позволила значительно увеличить емкость аккумуляторов. А в 1881 г. Э. Фолькмар предложил использовать в качестве электродов намазную решетку. В том же году ученому Селлону был выдан патент на технологию изготовления решеток из сплава свинца и сурьмы. Первоначально практическое применение свинцово-кислотных аккумуляторов было затруднено из-за отсутствия зарядных устройств — для заряда использовали первичные элементы конструкции Бунзена. То есть химический источник тока заряжался от другого химического источника — батареи гальванических 46 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 47 элементов. Положение кардинально изменилось с появлением недорогих генераторов постоянного тока. Именно свинцово-кислотные батареи первыми в мире из аккумуляторных батарей нашли коммерческое применение. К 1890 году во многих процышленно развитых странах был освоен их серийный выпуск. В 1900 году немецкая фирма Varta выпустила первые стартерные аккумуляторы для автомобилей. В 70-х годах прошлого, XX века были созданы необслуживаемые свинцово-кислотные батареи, способные работать в любом положении. Жидкий электролит в них заменили гелевым или абсорбированным (впитанным) сепараторами электролитом, батареи герметизировали, а для отвода газов, выделяющихся при заряде или разряде, установили безопасные клапаны. Были разработаны новые конструкции пластин на основе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, на основе титановых, алюминиевых и медных решеток. Активные вещества аккумулятора сосредоточены в электролите и положительных и отрицательных электродах, а совокупность этих веществ называется электрохимической системой. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях электролитом является раствор серной кислоты, активным веществом положительных пластин — двуокись свинца РЬО2, отрицательных пластин — свинец РЬ. Для того чтобы было легче разобраться в многообразии свинцово-кислотньис аккумуляторных батарей, следует знать об их делении на группы по режиму их эксплуатации и по технологии изготовления. Это поможет понять, как правильно подобрать аккумуляторную батарею для решения конкретных задач, как правильно выбрать режимы заряда и разряда, какие внешние факторы и как будут влиять на ее работу в процессе эксплуатации. По режиму эксплуатации аккумуляторные батареи делятся на три группы: 1. Батареи для работы в буферном режиме, когда батарея работает в буфере с основным источником напряжения, например, сетевым блоком питания. При этом основное ее назначение — резервный источник питания. Периоды разряда батареи по сравнению с периодами заряда непродолжительны. Большую часть времени она постоянно подзаряжается. В буферном режиме работают батареи резервного питания базовых станций мобильной связи, АТС, сетевые коммутаторы провайдеров Интернет, источники бесперебойного питания персональных компьютеров и серверов (UPS) и т. д. Батареи для работы в циклическом режиме, который ха рактерен их разрядом в течение какого-то времени и последую щим зарядом. Циклический режим работы аккумуляторных ба тарей используется гораздо реже, чем буферный. Примером та кого режима можно назвать работу электротранспорта и устройств с автономным питанием: в течение рабочего дня про исходит разряд тяговых батарей или батарей питания, а после его окончания эти батареи ставят на заряд. Батареи для работы в смешанном режиме, например авто мобильные батареи. По конструкции свинцово-кислотные аккумуляторные батареи можно разделить на батареи с жидким электролитом — обслуживаемые и необслуживаемые — и батареи с регулируемыми клапанами (VRLA — Valve Regulated Lead Acid batteries) — с увлажненными сепараторами и с гелевым электролитом. На рис. 3.1 такое разделение представлено схематично. 
Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи Для работы в циклическом режиме. Для работы в буферном режиме Для работа в смешанном режиме Герметичные с регулируемыми клапанами (VRLA) С жидким электролитом С абсорбированным сепараторами электролитом С гелевым электролитом (Gel) Обслуживаемые Необслуживаемые С гелеобразным электролитом (Dryfit) Рис. 3.1. Виды свинцово-кислотных аккумуляторных батарей В различной технической литературе можно встретить такие названия батарей, как SLA — Sealed Lead Acid batteries — герметичные свинцово-кислотные батареи, относящиеся к VRLA батареям (фото 3.1). Хотя это не вполне соответствует истине: абсолютно герметичных батарей не существует по той причине, что во всех них используются клапаны для снижения внутрикор-пусного давления. Очень часто, подчеркивая это, вместо термина «герметичные батареи» употребляют термин «герметизированные батареи». Встречается также название Gelcell — торговая марка гелевых батарей. Стартерные батареи иногда сокращенно 48 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 49 
Фото 3.1. SLA батареи производства компании Panasonic называют SLI, что расшифровывается как Start, Light, Ignition — пуск, освещение, зажигание.
1. Батареи первого поколения — батареи с жидким электролитом открытого или закрытого типа, имеющие емкость от 36 до 5328 А-ч и срок службы от 10 до 20 и более лет. Батареи открытого типа не имеют крышек, и электролит непосредственно соприкасается с открытым воздухом. Основные затраты при их эксплуатации — это затраты на обслуживание, связанные с необходимостью частой доливки дистиллированной воды, и расходы на содержание хорошо вентилируемых помещений, в которых их устанавливают. Батареи закрытого типа имеют специальные пробки, обеспечивающие задержку аэрозоли серной кислоты. Пробки для заливки электролита и добавления воды при эксплуатации вывинчиваются. Батареи закрытого типа могут быть и необслуживаемыми: от производителя они поставляются залитыми и заряженными, и в течение срока службы нет необходимости доливки воды, т. к. конструкция пробок таких батарей обеспечивает удержание ее паров в виде конденсата. Кроме исполь- зования в качестве стационарных, батареи закрытого типа являются основным типом батарей, используемых в автотракторной технике в качестве стартерных и тяговых. Батареи второго поколения, которыми являются гермети зированные гелевые батареи. В них вместо жидкого электролита используется гелеобразный, представляющий собой желе, полу ченное в результате смешивания раствора серной кислоты с за густителем (обычно это двуокись кремния SiO2 — силикагель). Технология производства гелевых батарей получила название GEL. Гелевые батареи в течение всего срока эксплуатации не нуждаются в обслуживании, их нельзя вскрывать. Для их подза- ряда необходимо использовать зарядные устройства, обеспечива ющие нестабильность напряжения заряда не хуже ±1 % для предотвращения обильного газовыделения. Такие аккумулятор ные батареи критичны к температуре окружающей среды. Батареи третьего поколения — это герметизированные ба тареи с абсорбированным сепараторами электролитом. Часто их называют батареями, собранными по AGM-технологии. AGM — Absorbed in Glass Mat, т. е. технология, при которой электролит абсорбирован в сепараторах из стекловолокна, размещенных между электродами. Такой сепаратор представляет собой порис тую систему, в которой капиллярные силы удерживают электро лит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались свободны ми для свободной циркуляции выделяющихся газов. По своим свойствам AGM батареи подобны гелевым, за исключением того, что газообразование в них существенно меньше, и меньшее влияние на их работу оказывает температура окружающей среды. Как и для гелевых аккумуляторных батарей, для них требуются зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряже ния заряда не хуже ±1 %. К сожалению, в России герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы не производятся. При заряде свинцово-кислотных батарей протекают реакции: • у положительных пластин: PbSO4 + Н2О + О -> РЬО2 + H2SO4; • у отрицательных пластин: PbSO4 + 2Н -> Pb + H2SO4. 50 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 51 
Ручка для переноски Выводы батареи Противопожарная защита от выброса водорода Выводы элемента Микропористый карман сепаратора с позитивными пластинами Выступы для крепления Негативные пластины Рис. 3.3. Устройство автомобильной батареи Varta При разряде свинцово-кислотных батарей протекают реакции: • у положительных пластин: РЬО2 + Н2О -> PbSO4 + Н2О + О; • у отрицательных пластин: РЬ + H2SO4 -> PbSO4 + 2Н. На рис. 3.2 и 3.3 в качестве примера показано устройство свинцово-кислотных VRLA батарей для систем бесперебойного питания производства компании Panasonic и автомобильных свинцово-кислотных VRLA батарей производства компании Var-ta. Выводы автомобильных батарей имеют стандартную форму в виде конуса. Выводы же батарей другого назначения могут иметь различную конструкцию. Более подробная информация о конструкции выводов свинцово-кислотных батарей и их расположении приведена в приложениях. 
Плюсовой вывод Верхняя крышка Перемычка Нижняя крышка Клапан Минусовый вывод Плюсовой электрод Минусовой электрод Сепаратор Позитивные пластины Негативные пластины Корпус батареи Рис. 3.2. Устройство VRLA батареи Panasonic На рис. 3.4. показан типовой цикл производства свинцово-кислотных батарей на примере компании Varta. 
Рис. 3.4. Цикл производства автомобильных свинцово-кислотных батарей (пример) Конструкция батарей различных фирм, их выпускающих, может иметь свои особенности, например, особую конструкцию сепараторов или решеток или применение специфических добавок при изготовлении пластин. Часто при обозначении типа аккумуляторной батареи указывают ее маркировку, которая определяется конструкцией положительных пластин (табл. 3.1). 52 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 53 Таблица 3.1
При изготовлении свинцово-кислотных аккумуляторных ба тарей применяют химические добавки. Например, к свинцу до бавляют сурьму (доля в сплаве 1 10 %), которая обеспечивает более прочный электрический контакт активного материала с решеткой, предотвращает его осыпание, что позволяет увеличить срок службы аккумуляторных батарей. Кроме свинцово-сурьмя-ных, используют также свинцово-кальциевые сплавы, позволяющие сделать пластины более легкими и прочными при сохранении высоких электрических и механических характеристик. Правильный подбор металлов, химикатов и добавок помогает достичь компромисса и баланса между высокой энергетической плотностью, длительностью срока хранения, увеличением срока службы и безопасностью при эксплуатации. Высокой энергетической плотности можно достичь сравнительно легко, например, добавив вместо кобальта никель. Емкость батареи при этом возрастет, снизится ее стоимость, но при этом ухудшится и безопасность ее эксплуатации. Начинающие свой бизнес компании могут во главу угла поставить максимально возможную емкость выпускаемых батарей, пренебрегая всем остальным. Но производители с высокой репутацией на рынке, такие, как EXIDE, FIAMM, HOPPECKE, Panasonic, Varta и другие, на первое место всегда ставят безопасность своей продукции и продают только безопасные и надежные аккумуляторные батареи. Пример конструкции предохранительного клапана свинцо-во-кислотной VRLA батареи показан на рис. 3.5. Обычно его изготовляют из неопрена. В результате нарушения режима заряда, 
Рис. 3.5. Пример конструкции предохранительного клапана неисправности зарядного устройства, когда заряд протекает при повышенном токе, в батарее происходит активное газообразование. Когда давление газов достигнет величины 7,1...43,6 кПа (0,7...4,45 кгс/м2), клапан откроется для обеспечения вентиляции батареи, и благодаря этому устраняется опасность ее взрыва. Другая роль клапана — не допустить попадания внутрь корпуса атмосферного кислорода во избежание его реакции с активным материалом негативных пластин. Большинство типов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей имеют элементы призматической формы. Поэтому прямоугольные корпуса для них изготавливаются из пластмасс. Хотя некоторые типы батарей VRLA производятся на основе цилиндрических элементов, сохраняя все преимущества последних. Они обеспечивают более высокую стабильность работы элементов, больший ток разряда, лучшую температурную стабильность по сравнению с батареями, собранными из призматических элементов. Напряжение на элементе свинцово-кислотной батареи составляет 2,2 В. Среди всех типов аккумуляторов свинцово-кислотные отличаются наименьшей энергетической плотностью. В них отсутствует «эффект памяти». Их продолжительный заряд не станет причиной выхода батареи из строя. Способность сохранять заряд у этих батарей наилучшая из всех типов аккумуляторных батарей. Если никель-кадмиевые батареи в течение трех месяцев теряют 40 % сохраненной энергии, то свинцово-кислотные батареи теряют 40 % энергии только за год. Они недороги, но эксплуатационные расходы на них выше, чем на те же никель-кадмиевые батареи. Время заряда свинцово-кислотных батарей составляет 8...16 часов. Они всегда должны храниться в заряженном состоянии, так как хранение в незаряженном состоянии приведет к сульфа- 54 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 55 тации пластин — причине потери емкости, а в перспективе и к тому, что батарею впоследствии зарядить не удастся вообще. В отличие от никель-кадмиевых свинцово-кислотные батареи не любят глубоких циклов заряд/разряд. Полный разряд может стать причиной деформации пластин, и каждый цикл заряда/разряда батареи впоследствии ведет к снижению ее емкости. Такие потери относительно невелики, пока батарея работает в нормальных условиях, но даже единственный случай ее перегрузки и, как результат, глубокого разряда приведет к потере ее емкости примерно на 80 %. Для предупреждения таких случаев рекомендуется использовать батареи повышенной емкости. В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры ресурс или срок службы свинцово-кислотной батареи может составлять от 1 года до 20 и более лет. Кроме того, в значительной мере срок службы определяется конструкцией элементов батареи. Существует несколько способов увеличения емкости и срока службы свинцово-кислотных батарей. Оптимальная рабочая температура для таких батарей составляет 25 °С, и ее увеличение на каждые 10 °С сокращает срок службы батареи наполовину. Например, VRLA батарея при температуре 25 °С может работать 10 лет, а при температуре 33 °С — только 5 лет, ну а при температуре 42 °С — всего лишь 1 год. Преимущества свинцово-кислотных батарей: дешевизна и простота производства — по стоимости 1 Вт • ч энергии эти батареи являются самыми дешевыми; отработанная, надежная и хорошо понятная технология обслуживания; малый саморазряд — самый низкий по сравнению с акку муляторными батареями других типов; низкие требования по обслуживанию — отсутствует «эф фект памяти», не требуется доливки электролита; допустимы высокие токи разряда. Недостатки свинцово-кислотных батарей: не допускается хранение в разряженном состоянии; низкая энергетическая плотность — большой вес аккуму ляторных батарей ограничивает их применение в стацио нарных и подвижных объектах; допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда; кислотный электролит и свинец оказывают вредное воз действие на окружающую среду; • при неправильном заряде возможен перегрев. Свинцово-кислотные батареи имеют настолько низкую энергетическую плотность по сравнению с другими типами батарей, что это делает нецелесообразным использование их в качестве источников питания переносных устройств. Хотя примеры их применения в портативной электронной технике есть. Кроме того, при низких температурах их емкость существенно снижается. 3.2. Заряд свинцово-кислотных аккумуляторных батарей Алгоритм заряда свинцово-кислотных батарей отличается от алгоритма заряда никель-кадмиевых батарей — более критичным является ограничение напряжения, чем ограничение тока заряда. Время заряда герметичных свинцово-кислотных батарей составляет 12... 16 ч. Если увеличить ток и применить методы многоступенчатого заряда, его можно сократить до 10 ч и менее. Зарядить герметичные свинцово-кислотные батареи так же быстро, как никель-кадмиевые, нельзя. Вообще, свинцово-кислотные батареи, как и никель-кадмиевые, по назначению можно разделить на две большие группы: Батареи, используемые как основной источник питания, для которых характерны повторяющиеся циклы заряд/разряд, т. е. батареи циклического применения. Батареи, используемые в резервных источниках питания, например в ИБП, и работающие в буферном режиме. Соответственно этому делению различаются и возможные методы их заряда: для первой группы применяются методы заряда при постоянном напряжении заряда и при постоянных значениях напряжения и тока заряда, а для второй — метод двухступенчатого заряда при постоянном напряжении заряда и метод компенсирующего заряда (струйной подзарядки). 56 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 57 Метод заряда при постоянном напряжении заряда Метод заряда при постоянном напряжении заряда является основным методом для батарей, работающих в циклическом режиме. При таком методе к выводам батареи прикладывается постоянное напряжение из расчета 2,45 В на элемент при температуре воздуха 20...25 °С. Величина этого напряжения может для различных типов батарей от разных производителей незначительно отличаться. В технической документации на аккумуляторные батареи четко указывают значение напряжения заряда и информацию по его поправкам для тех случаев, когда температура окружающей среды отличается от нормальной (25 °С). Заряд считается завершенным, если ток заряда остается неизменным в течение трех часов. Если не осуществлять контроль над постоянством напряжения на батарее, может наступить ее перезаряд. В результате электролиза, из-за того, что негативные пластины перестают активно поглощать кислород, вода электролита начинает разлагаться на кислород и водород, испаряясь из батареи. Уровень электролита в батарее снижается, что приводит к ухудшению протекания в ней химических реакций, и ее емкость будет уменьшаться, а срок службы — сокращаться. Поэтому заряд таким методом должен протекать при обязательном контроле напряжения и времени заряда, что позволит увеличить срок службы батареи. На этот метод заряда следует обратить внимание, как на самый простой. Ранее в отечественной литературе при заряде негерметичных свинцово-кислотных батарей считалось нормой производить их заряд начальным током, равным 0,1С в течение 8... 12 часов при напряжении заряда из расчета 2,4 В на элемент батареи. На рис. 3.6 в качестве примера показаны характеристики заряда 4-, 6- и 12-вольтовых свинцово-кислотных батарей, разряженных на 50 % и 100 %. Степень разряда определяется напряжением конца разряда на батарее. При заряде при постоянном напряжении, зарядное устройство должно иметь таймер для отключения батареи по окончании заряда или другое устройство, обеспечивающее контроль времени или степени заряда батареи и выдающее сигнал отключения управляющему устройству. Это позволит избежать как ее недостаточного заряда, так и перезаряда. Следует помнить, что 
Рис. 3.6. Характеристики заряда при разряде батарей на 50 и 100 % прерывание заряда сокращает срок службы аккумуляторной батареи. Нельзя заряжать полностью заряженную батарею — перезаряд может привести к ее порче. При цикличной эксплуатации батареи время заряда не должно превышать 24 часов. Метод заряда при постоянных значениях напряжения и тока заряда 
Рис. 3.7. Характеристики заряда при постоянных значениях напряжения и тока заряда Используя метод заряда при постоянном напряжении и токе заряда, сначала выставляют ток заряда, равный 0,4С, а затем контролируют величину напряжения, которое к концу заряда при комнатной температуре 20...25 °С должно составлять 2,45 В на элемент. Время заряда составляет 6... 12 часов в зависимости от степени разряда батареи. Графики, характеризующие изменение напряжения на батарее и тока заряда, показаны на рис. 3.7. 58 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 59 Метод двухступенчатого заряда при постоянном напряжении заряда Метод двухступенчатого заряда при постоянном напряжении заряда, как и следует из его названия, происходит в два этапа: сначала заряд при более высоком напряжении заряда, а затем заряд при более низком напряжении заряда (струйный или компенсирующий заряд). Структурная схема зарядного устройства, работающего по этому методу, представлена на рис. 3.8. В него входят источник питания, два ключа напряжения: повышенного — SW1 и пониженного — SW2, а также цепь контроля тока заряда, обеспечивающая управление работой зарядного устройства. 
Рис. 3.8. Структурная схема зарядного устройства для двухступенчатого заряда 
Рис. 3.9. Характеристики двухступенчатого заряда Работу зарядного устройства поясняет график характеристики заряда (рис. 3.9). Заряд начинается с подачи на батарею повышенного напряжения заряда через ключ SW1. При этом ток начала заряда выбирают, как правило, равным 0,15С, а время первого этапа заряда — 10 ч. По мере заряда батареи ток заряда уменьшается, и, когда его значение достигнет определенной величины, произойдет выключение ключа SW1 и включение клю- ча SW2. Зарядное устройство перейдет в режим струйной подзарядки малым током (обычно 0,05С). При двухступенчатом заряде начальный ток первого этапа не должен превышать значения 0,4С, а ток струйной подзарядки — 0,15С. Типовые значения напряжений заряда при различных температурах окружающей среды приведены в табл. 3.2. Таблица 3.2
Как было сказано выше, такой метод заряда используется в системах резервного питания: в источниках бесперебойного питания компьютеров и аппаратуры связи, в системах аварийного освещения и т. д. Его важным преимуществом является сокращенное время заряда батареи при переходе из рабочего режима в дежурный, до состояния струйной (компенсационной) подзарядки при малой величине тока заряда. Данный метод нельзя применять, если батарея работает в буфере с нагрузкой (т. е. если нагрузка соединена с ней параллельно). Метод компенсирующего заряда Метод компенсирующего заряда, который называют также методом струйной подзарядки, обычно применяют на заключительной стадии процесса заряда. Однако применяют его и как самостоятельный метод заряда при заряде свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, работающих в дежурном режиме. На рис. ЗЛО представлена структурная схема источника бесперебойного питания, в котором аккумуляторная батарея играет роль вторичного — резервного источника питания и большую часть времени работает в дежурном режиме. В таком источнике в случае сбоя основного источника в работу вступает аккумуляторная батарея. Если ее разряд был непродолжительным, и емкость снизилась незначительно, то для 60 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 61 казано устройство контроля процесса заряда) представлена на рис. 3.11. 
Рис. ЗЛО. Структурная схема источника бесперебойного питания заряда будет достаточен компенсирующий заряд батареи, который обеспечит постепенное восстановление ее рабочей емкости. Однако при глубоком разряде потребуется применение другого зарядного устройства, способного обеспечить достаточно высокий ток заряда. В случае глубокого разряда и последующей за ним струйной подзарядке может произойти сульфатация пластин батареи со всеми вытекающими последствиями. При таком методе заряда следует также учесть, что длительный заряд при незначительных колебаниях напряжения заряда существенно снижает срок службы батареи. Поэтому должна быть предусмотрена его стабилизация. Отклонение напряжения заряда от нормы не должно превышать ±1 %. Кроме того, поскольку зарядные характеристики зависимы от температуры окружающей среды, зарядное устройство должно иметь схему термокомпенсации. Нельзя утверждать, что компенсирующий заряд столь полезен для свинцово-кислотных батарей, потому что этот метод обычно используют в двух случаях: при их незначительном разряде и для подзарядки заряженных батарей с целью компенсации их саморазряда. Для свинцово-кислотных аккумуляторов недопустим недостаточный заряд, т. к. это приводит к сульфатации отрицательных пластин, недопустим и перезаряд, вызывающий коррозию положительных пластин. При компенсирующем заряде, если он продлится слишком долго, начнется перезаряд батареи и, кроме того, будет происходить выкипание электролита. Метод плавающего заряда Заряд называется плавающим в том случае, если аккумуляторная батарея подключена параллельно нагрузке, и он происходит постоянно. Упрощенная схема подключения батареи (не по- 
Рис. 3.11. Система с зарядкой батареи методом плавающего заряда При такой схеме включения особые требования предъявляются к выпрямителю источника питания. Его выходной ток складывается из тока заряда аккумуляторной батареи и тока нагрузки. Нагрузочная способность источника питания должна быть настолько высокой, чтобы его выходное напряжение при максимальном токе нагрузки оставалось практически неизменным. Напряжение плавающего заряда выбирают из расчета 2,23...2,3 В на элемент батареи при температуре 20 °С. При изменении температуры в пределах -30...50 °С оно может изменяться от 2,55 до 2,15В соответственно. Источник питания должен быть стабилизированным, и колебания напряжения не должны превышать 30 мВ на элемент. Метод многоступенчатого заряда Зарядное устройство многоступенчатого заряда производит его в три ступени: заряд постоянным током, основной заряд и компенсирующий заряд. Заряд постоянным током протекает примерно в течение 5 ч и обеспечивает заряд батареи до 70 % ее емкости, оставшиеся 30 % емкости она «добирает» в течение медленного основного заряда. Основной заряд длится следующие 5 ч, и именно он обеспечивает «здоровье» аккумуляторной батареи. Его можно сравнить с коротким отдыхом после сытного обеда, предшествующего работе. Если батарея зарядилась не полностью, она постепенно начнет терять способность достигать состояния полного заряда, и ее емкость уменьшится. Третья ступень зарядного цикла — струйная подзарядка, которая компенсирует саморазряд полностью заряженной батареи. В табл. 3.3 дана сравнительная характеристика основных методов заряда. 62 Свинцово-кислотные батареи
Восстановительный заряд В случае, если произошел глубокий разряд батареи, необходимо срочно произвести ее восстановительный заряд. Сделать это следует как можно быстрее, т. к. хранение сильно разряженной свинцово-кислотной батареи приводит к сульфатации ее пластин и снижению емкости или вообще к ее выходу из строя. Восстановительный заряд проводят при постоянном напряжении заряда и начальном токе заряда, равном 0,1...0,25С в течение 24 часов. Вид его зарядной характеристики показан на рис. 3.12. Если батарея сульфатирована, она плохо «берет» заряд. При незначительной сульфатации с ней можно бороться. Для этого используют метод заряда асимметричным током. Принцип его прост: параллельно аккумуляторной батарее подключают нагрузку, и заряд происходит импульсами тока. Во время действия импульса зарядного тока происходит заряд батареи, а когда он не действует, батарея разряжается на нагрузку. Более подробно об Свинцово-кислотные батареи 
63 Рис. 3.12. Вид характеристики восстановительного заряда этом методе рассказано ниже, в главе «Схемотехника зарядных устройств». О выборе значения напряжения заряда и влиянии температуры окружающей среды При заряде важную роль играет правильный выбор максимального напряжения заряда на элементе батареи. Его типовое значение составляет 2,30...2,45 В. В случае, если применяется метод медленного заряда, а также, если комнатная температура превышает 30 °С, рекомендуется выбирать напряжение заряда, равным 2,35 В на элемент батареи. А если используется метод быстрого заряда, и комнатная температура ниже 30 °С, то его величина должна составлять 2,40...2,45 В на элемент. Табл. 3.4 поясняет, какие преимущества и недостатки дает выбор допустимого напряжения заряда. Таблица 3.4
64 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 65 Ступень компенсирующего заряда зарядного цикла начинается сразу после завершения полного заряда батареи. При этом рекомендуемое значение напряжения заряда для батарей, допускающих низкое внутрикорпусное давление, составляет 2,25...2,30 В. Чаще всего выбирают его компромиссное значение - 2,27 В. Для правильного выбора значения этого напряжения необходимо учитывать температуру окружающей среды: при ее высоких значениях требуется его немного уменьшить, а при низких — увеличить (рис. 3.13). В хороших зарядных устройствах, предназначенных для эксплуатации в широком диапазоне температур, имеется специальная схема, контролирующая температуру окружающей среды и обеспечивающая установку напряжения компенсирующего заряда в соответствии с ее значением. 
Рис. 3.13. Влияние температуры окружающей среды на выбор напряжения заряда Если при выборе напряжения заряда правильно учитывать температуру окружающей среды, то срок службы батареи можно увеличить при температуре 30 °С примерно на 5 %, при 35 °С — на 10 %, при 40 °С — на 15 % относительно выбора постоянного напряжения заряда, соответствующего температуре 25 °С, при более высоких температурах. Вопросы, связанные с эксплуатацией свинцово-кислотных батарей Проблемой, о которой следует упомянуть, является неравномерное старение элементов одной батареи. Со временем внутри батарей образуются воздушные мешки, в некоторых происходит избыточное выделение водорода, другие испытывают недостаток кислорода. Хотя элементы батареи соединены последовательно, контролировать в процессе заряда состояние каждого из них невозможно. При наличии в батарее элемента с пониженной емкостью, падение напряжения на нем наибольшее, поскольку он обладает наибольшим внутренним сопротивлением. Если в батарее имеется неисправный элемент с внутренним замыканием пластин, то напряжение на нем близко к нулю. В результате этого напряжение заряда между элементами батареи распределяется неравномерно: для какого-либо элемента приложенное напряжение может быть больше или меньше требуемого. Поэтому батарея начинает разрушаться — наиболее «слабые» элементы выходят из строя быстрее, нарушается режим заряда исправных элементов, что влечет за собой и выход их из строя. Всплески напряжения, которые прикладываются к батарее во время заряда, также создают проблемы для свинцово-кислотных батарей, особенно для батарей с жидким электролитом, оснащенных вентиляционными клапанами (VRLA). Пики этого напряжения способствуют перезаряду и выделению водорода, а спады — глубокому разряду и кислородному голоданию. Происходит истощение электролита. Емкость батареи можно оценить двумя способами (табл. 3.5): по плотности электролита и по напряжению на батарее под нагрузкой. Естественно, что способ оценки емкости по плотности электролита пригоден только для обслуживаемых батарей. Таблица 3.5
66 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 67 Если приведенные в табл. 3.5 данные относятся к батареям с жидким электролитом открытого или закрытого типа то в табл. 3.6 и 3.7 приведены данные для оценки состояния AGM и геле-вых батарей соответственно. Напряжение холостого хода, В на батарее из 6 элементов на батарее из 3 элементов на 1 элементе 12,84 6,42 2,14 12,60 6,30 2,10 12,54 6,27 2,09 12,24 6,12 2,04 11,94 5,97 1,99 11,64 5,82 1,94 Таблица 3.6
Таблица 3.7
Часто встречаются сообщения и рекомендации по применению заряда свинцово-кислотных батарей импульсным током. Несмотря на то, что при таком заряде уменьшается коррозия элементов батареи, единого мнения у специалистов о пользе данного способа заряда нет. Можно говорить о некоторых пози- тивных сторонах такого заряда и то, если его производить правильно. Но в целом результаты заряда импульсным током непредсказуемы. Герметичные свинцово-кислотные батареи необходимо хранить в заряженном состоянии. Каждые шесть месяцев их надо подзаряжать. Для этого применяют цикл основного заряда (заряд при постоянном (неизменяющемся) напряжении). Его цель — не допустить падения напряжения на батарее менее 2,10 В на элемент. Требования к режиму заряда для батарей от различных производителей могут отличаться. В течение цикла заряда следует выдерживать рекомендуемые временные интервалы, необходимые для остывания батареи. Путем измерения напряжения холостого хода (без нагрузки) на батарее можно примерно оценить степень ее разряда. Например, напряжение 2,11 В на элементе при комнатной температуре свидетельствует о степени ее заряда не менее чем на 50 %. Если напряжение превышает этот порог, значит, батарея находится в хорошем состоянии, и для ее ввода в эксплуатацию необходим всего лишь один полный цикл заряда. При падении напряжения холостого хода до 2,10 В и ниже, для восстановления емкости батареи потребуется провести несколько циклов заряд/разряд (контрольно-тренировочные циклы). Измеряя напряжение, следует учитывать температуру хранения, если она отличается от комнатной: при более низких температурах напряжение холостого хода незначительно возрастает, при более высоких — наоборот, снижается. При получении свинцово-кислотных батарей от поставщиков, службы контроля покупателей (предприятий и организаций) не принимают батареи, у которых напряжение на элементе составляет менее 2,10 В. В разряженных батареях активнее происходит процесс сульфатации пластин, которая снижает их емкость. Для новых батарей восстановление емкости возможно, однако это потребует использования специального оборудования, наличие которого делает их обслуживание более дорогостоящим и которого у пользователей обычно нет. Именно поэтому такие батареи и отбраковываются. При заряде свинцово-кислотных батарей всегда необходимо использовать ограничитель тока (например, реостат). Пытаясь восстановить емкость, их заряжают током полного заряда (1/]0С). 68 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 69 Если в течение 24 часов заряда батарея до нормального состояния не заряжена, ее восстановление невозможно. Применение свинцово-кислотных батарей наиболее предпочтительно в источниках бесперебойного питания (ИБП, англоязычная аббревиатура — UPS, Uninterruptible Power Supply). При их длительной подзарядке в режиме холостого хода (компенсирующий заряд) рекомендуется периодически устанавливать повышенный ток заряда. Такой заряд обеспечивает полный заряд батареи и предотвращает сульфатацию ее пластин. При этом напряжение на батарее в течение нескольких часов будет выше, чем определено производителем в ее технических характеристиках. В случае нарушения такого режима заряда повышается ее температура, и существует опасность выкипания электролита. Поскольку в герметичных батареях возможность доливки электролита исключена, это может привести к необратимому выходу ее из строя. Для увеличения срока службы батареи ее необходимо периодически разряжать. Для этого проводят контрольно-тренировочный цикл: батарею разряжают до емкости не менее 10 %, а затем снова заряжают. Полный ее разряд недопустим, т. к. каждый глубокий разряд приводит к снижению емкости батареи. В процессе экспериментов производители исследуют различные режимы заряда. Срок службы свинцово-кислотных батарей с жидким электролитом можно увеличить, если полностью заряженную батарею, работающую без нагрузки в дежурном режиме, не заряжать, а для компенсации саморазряда применять струйную подзарядку. При этом снижается коррозия ее элементов. Такой способ неприменим, если батарея работает в качестве источника электроэнергии в буфере, например, с генератором, и ей необходима постоянная подзарядка. В случае утечки электролита из корпуса батареи, при возникновении в нем трещин от удара электролит следует немедленно смыть водой. При попадании его в глаза или на кожу, их следует промывать чистой водой в течение 15 мин, а затем обратиться к врачу. Для нейтрализации кислоты в воду можно добавить немного пищевой соды. Независимо от типа необслуживаемых свинцово-кислотных аккумуляторных батарей можно сформулировать общие требования по их эксплуатации: 1. Напряжение зарядного устройства, измеряемое на зажимах аккумулятора, должно соответствовать рекомендуемому (зависит от типа аккумулятора и температуры) и поддерживаться с точностью не хуже ±1 %. При этом зарядный ток, протекающий через полностью заряженный аккумулятор, в зависимости от интенсивности саморазряда, может иметь значение в пределах от единиц до сотен миллиампер на каждые 100 ампер-часов емкости. Как правило, рекомендуется эксплуатировать аккумуляторы при постоянном напряжении порядка 2,25...2,35 В на один элемент. Точное значение напряжения зависит от типа аккумулятора и рабочей температуры. Заряд батареи следует производить при выходном напряжении зарядного устройства из расчета 2,4...2,5 В на элемент с последующим переходом в режим компенсирующего заряда. Такой способ дает ощутимый выигрыш во времени заряда лишь при использовании мощного зарядного устройства, способного обеспечить начальный ток заряда порядка 0,2С. При эксплуатации аккумуляторов в широком диапазоне температур, необходимо обеспечить автоматическую регулиров ку напряжения компенсирующего заряда от температуры в соот ветствии с рекомендациями производителя. Обычно такая зави симость нелинейна и составляет -2...-5 мВ/ °С на один элемент (знак минус означает, что при повышении температуры напря жение должно уменьшаться). Такая мера не устраняет полно стью отрицательного воздействия изменений температуры на ак кумуляторную батарею, но существенно его снижает. В зависимости от конструкции аккумуляторов зарядный ток в амперах не должен превышать 0,1...0,ЗС. 3.3. Аккумуляторные батареи в автомобиле Аккумуляторные батареи, устанавливаемые в автомобилях работают в особенных условиях: высокие пусковые токи разряда, питание электроприборов автомобиля на стоянке, заряд от автомобильного генератора, работа в широком диапазоне температур, подверженность тряске и вибрации. Так как выходное напряжение генератора зависит от частоты вращения двигателя, для обеспечения постоянного напряжения заряда служит регуля- 70 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 71 тор напряжения. Регуляторы напряжения должны обеспечивать напряжение заряда в соответствии с данными табл. 3.8. Таблица 3.8
Кроме регулятора напряжения в цепи аккумуляторной батареи включено и реле обратного тока. Его назначение — переключать нагрузку (приборы системы зажигания, освещения, сигнализации и т. д.) на работу от аккумуляторной батареи в том случае, если генератор не обеспечивает минимально необходимого напряжении для их работы. Например, при очень малых оборотах холостого хода, при отрыве или слабом натяжении ремня генератора. Аккумуляторная батарея всегда является нагрузкой генератора, Если ее отключить при работающем двигателе, напряжение генератора резко «скакнет» вверх, что может стать причиной выхода автомобильных электронных устройств (бортовой компьютер, электронный коммутатор системы зажигания и т. д.) из строя. Поэтому там, где это предусмотрено, следует проверять регулировку реле обратного тока (табл. 3.9). Таблица 3.9
Особые условия эксплуатации автомобильных батарей налагают особые требования по их эксплуатации. При повреждении мастики, герметизирующей корпус батареи, батарею следует разрядить и слить из нее электролит для предотвращения взрыва гремучей смеси. Не реже одного раза в две недели следует: очищать батарею от пыли и грязи, протирать чистой вето шью, смоченной в растворе нашатырного спирта или соды, места, облитые электролитом; проверять качество ее крепления, плотность установки контактов; очищать клеммы и выводы батареи и смазывать их техни ческим вазелином; прочищать вентиляционные отверстия в пробках и крыш ках; проверять уровень электролита в обслуживаемых батареях и при необходимости доводить его до нормы доливкой дис тиллированной воды. Доливка электролитом недопустима. 3.4. Особенности конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов некоторых производителей В силу конкурентной борьбы производители аккумуляторных батарей постоянно ведут работу над совершенствованием их конструкции, улучшением их технических характеристик и безопасности, увеличением срока службы при эксплуатации. По этой причине в конструкции аккумуляторных батарей заложены свои «изюминки», о которых их покупателю и потребителю следует знать. 72 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 73 Свинцово-кислотные батареи фирмы Varta Как было отмечено выше, для улучшения качества аккумуляторов в них используют сплав свинца с сурьмой. Недостаток такого способа: при увеличении содержания сурьмы требуется увеличение значения тока постоянного подзаряда, а уменьшение ее содержания ниже 3 % приводит к образованию кристаллических структур в материале решеток и, как следствие, — трещин. Фирме Varta удалось разработать сплавы с малым содержанием сурьмы, имеющие очень тонкую структуру. Такие сплавы не подвержены коррозии, и при уменьшении содержания в них сурьмы с 6 % до 1,6 % срок службы аккумуляторных батарей увеличивается в 5 раз. Батареи Varta требуют достаточно низкого тока подзаряда, обладают стойкостью к циклическим нагрузкам и безупречным поведением при заряде и разряде. Для увеличения интервалов по уходу за большими стационарными батареями с жидким электролитом, которые позволяют осуществлять долив воды, в них используются специальные пробки с каталитическими насадками (рис. 3.14). Такие батареи получили название «малоуходных». Пробки выполнены так, что их гидрофобные пористые фильтры пропускают газы, но не пропускают водный электролит. Насадки содержат металлические катализаторы. Водяной пар, образующийся в аккумуляторах, конденсируется на них, и вода стекает обратно. 
Рис. 3.14. Конструкция пробки с каталитическими насадками батарей Varta В герметизированных аккумуляторах Varta используются то-коведущие выводы специальной конструкции (рис. 3.15). С целью получения минимального сопротивления, внутренняя часть вывода 3 выполнена из меди. Снаружи он покрыт свинцом 6. Конструкция вывода обеспечивает герметичность соединения с 
Рис. 3.15. Токоведущие выводы герметизированных аккумуляторов Varta корпусом 4 за счет зажимаемых элементами конструкции резиновых прокладок 5. Защитный чехол 2 обеспечивает механическую защиту места соединения вывода с токоведущим проводом. В герметизированных аккумуляторах Varta со связанным (сорбированным) электролитом используются стекловолокон-ные маты с дополнительными сепараторами. Высокие аккумуляторы такой конструкции производитель рекомендует в стационарных условиях использбвать «лежа», чтобы ограничить высоту сепаратора. В аккумуляторах с желеобразным (гелевым) электролитом используются обычные сепараторы. Использование такого электролита имеет преимущества: при цикличной работе аккумулятора разница концентрации электролита в верхней и нижней его частях незначительна. Свинцово-кислотные батареи фирмы FIAMM Фирма FIAMM выпускает широкий спектр автомобильных и стационарных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей на емкость от 0,5 до 8000 Ач. Среди стационарных батарей значительный объем производства составляют герметизированные батареи с сорбированным электролитом (AGM). FIAMM выпускает малоуходные аккумуляторные батареи типов SD, SDH, SMZA, SMF, SMBF, PMF, для установки которых необходимо специальное вентилируемое помещение. Все они оснащены вентилями-пробками с керамическими искрогасителями.
74 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 75 Герметизированные аккумуляторные батареи типов SMG, SLA, UPS, FG можно устанавливать в помещениях с естественной вентиляцией. Они оснащены специальными искрогасящими клапанами, исключающими распыление электролита и воспламенение гремучей газовой смеси. При изготовлении пластин акуумуляторов производства FIAMM используются сплавы свинца и сурьмы, свинца и кальция, а также свинца, сурьмы и селена. Селен позволяет предотвратить сурьмяное отравление аккумуляторов (т. е. образование дендритов в материале пластин). Во многих моделях аккумуляторных батарей FIAMM каждая пластина отделяется двойными сепараторами или упакована в микропористый конверт-сепаратор из мипласта (поливинилхлорида). Конверт-сепаратор не только повышает стойкость пластин к вибрации и ударам, но и предотвращает одну из основных причин выхода аккумуляторных батарей из строя — иглообразное разрастание активной массы, приводящее к замыканию пластин внутри аккумулятора. Конверты-сепараторы применяются в батареях моделей SD, SDH, SMZA, SMF, SMBF. В аккумуляторах моделей SMZA, SMF, SMBF используются также двойные сепараторы. Данные о конструктивных особенностях стационарных аккумуляторных батарей FIAMM приведены в табл. 3.10. Фирма FIAMM для всех типов выпускаемых аккумуляторных батарей рекомендует применять метод плавающего или метод компенсационного заряда. При плавающем заряде к батарее прикладывают напряжение, превышающее по величине ее рабочее напряжение. Ток заряда пропорционален разности приложенного напряжения и напряжения холостого хода батареи. При таком методе ее можно зарядить до 90 % доступной емкости. При компенсационном заряде батарею заряжают в два этапа: сначала большим током (0,15С) в течение 10 часов до напряжения 2,3 В на элемент, а затем в течение следующих 10 часов током 0,5С до напряжения 2,4 В на элемент. Тогда батарея будет заряжена до 100 % емкости. В табл. 3.11 приведены электрические характеристики стационарных аккумуляторных батарей FIAMM. При компенсационном заряде следует учитывать температуру окружающей среды: чем она ниже, тем выше должно быть напряжение заряда. Таблица 3.10
Таблица 3.11
76 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 77 Свинцово-кислотные батареи фирмы Chloride Industrial Batteries Особенностями свинцово-кислотных батарей фирмы Chloride Industrial Batteries являются возможность рекомбинации газов при заряде и изготовление пластин из чистого свинца. Они выпускаются, соответственно, по двум технологиям — POWERSAFE и Pure Lead Technology. Аккумуляторы POWERSAFE — это герметизированные аккумуляторы в моноблочном исполнении с емкостью от 19 до 1689 Ач. Их положительные пластины выполнены из сплава свинец—кальций—олово. Благодаря использованию ионообменных мембран-сепараторов, обеспечивается рекомбинация 95 % газов, выделяющихся при заряде. Рекомбинация происходит с образованием воды. Максимальный ток заряда для батарей POWERSAFE не должен превышать 0,1С. Аккумуляторы Pure Lead Technology (PLT) имеют решетки пластин из чистого свинца. Их особенности — чистота материалов и использование пластин из чистого свинца без снижения ресурса аккумулятора. Пластины изготавливаются штамповкой с последующим прокатыванием. При этом происходит уплотнение свинца, закрытие пор, и, как следствие, обеспечивается высокая коррозионная стойкость решеток пластин. По технологии PLT выпускают аккумуляторы следующих типов: CYCLON; . GENESIS; MONOBLOC; SBS. Впечатляет диапазон рабочих температур этих аккумуляторов (табл. 3.12). Таблица 3.12
Аккумуляторы CYCLON и MONOBLOC предназначены в основном для работы в маломощных переносных устройствах. Аккумуляторы CYCLON имеют цилиндрическую конструкцию, но под заказ могут быть изготовлены такие аккумуляторы заданной формы и габаритов. Эффективность рекомбинации газов в них составляет 99,7 %. Свинцово-кислотные батареи DRYFIT Аккумуляторы по технологии DRYFIT выпускаются группой европейских производителей аккумуляторов СЕАС. В аккумуляторах DRYFIT используется желеобразный электролит. Они являются абсолютно необслуживаемыми в течение всего срока эксплуатации, имеют внутреннюю систему рекомбинации газов, продолжительный срок службы, допускают перезаряд, устойчивы к глубокому разряду. Аккумуляторы DRYFIT выпускаются двух серий: А400 — для работы в буферном режиме и А500 — для работы в режиме «буфер + цикл». Аккумуляторы А400 могут иметь емкость от 5,5 до 180 Ач, а А500 — от 2 до 115 Ач. Аккумуляторы DRYFIT A400 заряжают в режиме плавающего заряда. Напряжение заряда должно составлять 2,23...2,3 В/элемент. При буферном режиме работы напряжение заряда при температуре 20 "С должно составлять 2,3...2,35 В. Если напряжение заряда превышает величину 2,4 В/элемент, следует ограничить ток заряда из расчета 0,5 А на каждый ампер-час. Батареи DRYFIT по назначению делятся на несколько групп (табл. 3.13).
78 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи компании Panasonic Компания Panasonic выпускает широкий спектр аккумуляторных батарей различного назначения, в том числе и свинцово-кислотных. Среди них хотелось бы выделить новинку — новую серию VRLA батарей MSE-AT. В аккумуляторах этой серии использованы новейшие технологии по сплавам для пластин, обработке химически активных материалов и материалов для перегородок. Главная конструктивная особенность батарей MSE-AT — модульная конструкция для установки аккумуляторов в стойку в горизонтальном положении. Это значительно облегчает сборку батареи и ее подключение. Полярность выводов четко обозначена благодаря их заливке при герметизации цветным эпоксидным компаундом. Срок службы аккумуляторов серии MSE-AT составляет 20 лет. Основное назначение — питание элементов систем мобильной связи. В табл. 3.14 приведены основные технические данные аккумуляторов данной серии. Характеристики других типов аккумуляторных батарей Panasonic приведены в приложении. Таблица 3.14
Для аккумуляторных батарей MSE-AT рекомендовано напряжение плавающего заряда 2,23...2,25 В на элемент при температуре 25 С. При восстанавливающем заряде напряжение заряда выбирают в зависимости от его продолжительности (табл. 3.15). Таблица 3.15
Свинцово-кислотные батареи фирмы НОРРЕСКЕ Фирма НОРРЕСКЕ из Германии выпускает широкий модельный ряд аккумуляторов и аккумуляторных батарей для резервных источников питания, предназначенных для телекоммуникационного и сетевого оборудования, батарейных систем авиационной и железнодорожной техники, базовых станций сотовой, транковой и пейджинговой связи. Краткие технические характеристики аккумуляторов НОРРЕСКЕ приведены в табл. 3.16. 80 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 81
Таблица 3 16 (продолжение)
Как видно из табл. 3.16, кроме высоких эксплуатационных характеристик, аккумуляторы НОРРЕСКЕ отличает применение в них специальных пробок, которые позволяют снизить образование водорода, его выделение из аккумуляторов и обеспечивают их безопасную работу в невентилируемых и плохо вентилиру- емых помещениях. В этих пробках, получивших фирменное название AquaGen®, реализована технология регенерации: водород и кислород, образовавшиеся в результате электролиза, снова превращаются в воду, но без взрыва, в результате медленно текущей реакции. 82 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 83 
Рис. 3.16. Конструкция пробки аккумулятора AquaGen® фирмы НОРРЕСКЕ
На рис. 3.16 изображена пробка Aqua-Gen® в разрезе. Газ в нее проникает через абсорбер. В рекомбинаторе пробки находится катализатор, в котором происходит контролируемый процесс преобразования водорода и кислорода в воду. Материалом катализатора служит драгоценный металл. КПД процесса преобразования составляет около 95 %, т. е., 95 % смеси водорода и кислорода в процессе заряда аккумулятора вновь преобразуются в воду. Поскольку протекающая реакция сопровождается выделением тепла, вода, полученная в результате катализа, представляет собой пар, который конденсируется на внешней оболочке пробки, и вода стекает обратно в аккумулятор. При использовании пробок AquaGen® доливки воды в процессе эксплуатации не требуется. Фирма НОРРЕСКЕ выпускает пробки AquaGen® двух типов: 5А — для батарей емкостью до 500 А-ч и D48 — для батарей емкостью свыше 500 Ач. Конструкция их может быть вертикальной (при использовании таких пробок габариты аккумулятора по высоте существенно увеличиваются) и Г-образной, при которой габариты аккумулятора по высоте изменяются несущественно. Особенностями эксплуатации пробок являются следующие: Пробки типа 5А при высоких напряжениях заряда необхо димо снимать, а заряд аккумуляторов с пробками типа D48 мож но производить без их демонтажа. При подборе пробок следует проконсультироваться со специалистами, т. к. пробки одного и того же типа имеют осо бенности в конструктивном исполнении для различных типов аккумуляторов. Пробки AquaGen® предназначены для установки не только на свинцово-кислотные, но и на щелочные аккумуляторы НОРРЕСКЕ. Выгоды от применения пробок AquaGen® очевидны: 1. Нет необходимости доливки воды. Соответственно, на протяжении всего срока службы аккумуляторы являются необслуживаемыми, и исключен риск их вывода из строя при ис- пользовании некачественного электролита или дистиллирован ной воды. Значительно снижен выход взрывоопасных газов и паров электролита. При этом исключаются коррозионные явления В пространстве вокруг батареи. Значительно снижена опасность взрыва, а керамическим корпус пробок типа D48 обеспечивает защиту при случайных внешних возгораниях. Кратность смены объема воздуха при вентиляции может быть снижена (нормы DIN VDE 0510, ч. 2). YUASA Компания YUASA является родоначальником технологии AGM. YUASA первой начала разработку серии свинцово-кислотных батарей с автоматической регулировкой внутреннего давления в 1958 году. Сегодня батареи основной серии NP — это высшее достижение на основе более чем 70-летнего опыта про изводства аккумуляторных батарей. Сочетание высокой плотности энергии, передовой технологии проектировки и производства пластин, герметичной конструкции, эффективных эксплуатационных характеристик позволило батареям YUASA серии NP стать самыми надежными и универсальными из существующих ныне свинцово-кислотных батарей с автоматической регулировкой внутреннего давления. Наиболее популярные серии батарей YUASA:
NP — батареи общего применения на напряжение 2, 6, 12 В и емкость 1...130 А-ч со сроком службы до 5 лет; NPL — батареи с увеличенным сроком службы на напряже ние 6, 12 В и емкость 24...130 Ач со сроком службы 7—10 лет; NPC — батареи для циклического использования на напря жение 6, 12 В и емкость 8...65 А-ч, имеющие ресурс более чем 500 циклов заряд—разряд при глубине разряда 75 %; EN — батареи с увеличенным сроком службы на напряже ние 6, 12 В и емкость 8...480 Ач со сроком службы 10 лет; UXF — батареи большой энергоемкости с фронтальными выводами на напряжение 12, 48 В и емкость 100, 150 А-ч при 10-ти часовом разряде со сроком службы 10 лет; 48-вольтовая батарея идеально подходит для установки в 19- и 23-дюймовые шкафы. 84 Свинцово-кислотные батареи CSB Выпуск батарей по технологии Shin-Kobe (Hitachi Group) под торговой маркой CSB Battery Co., Ltd был начат в 1987 г. в г. Гуантян (Guantyan) на Тайване. Батареи марки CSB прекрасно себя зарекомендовали в качестве батарей источников бесперебойного питания UPS. Всемирно известная компания АРС рекомендует использовать в выпускаемых ею ИБП аккумуляторные батареи марки CSB.
GP — батареи общего назначения на напряжение 6, 12 В и емкость 4,5... 100 Ач со сроком службы от 3 до 5 лет; HR — батареи с высокой энергоемкостью на напряжение 12 В и емкость 14... 120 Ач со сроком службы от 3 до 5 лет; НС — батареи с высокой энергоемкостью и утопленными в корпус выводами запатентованной конструкции на напряже ние 12 В и емкость 17...28 Ач со сроком службы от 3 до 5 лет; EVX — батареи для циклического использования на на пряжение 12 В, емкость 7,2... 100 Ач со сроком службы от 3 до 5 лет; GPL — батареи с большим сроком службы на напряжение 6, 12 В и емкость 7,2... 100 Ач со сроком службы 5—8 лет; UP — батареи с высокой энергоемкостью на напряжение 12, 24 В и емкость 51...167 Ач со сроком службы 10—14 лет; MSJ — аккумуляторы для телекоммуникационного обору дования на напряжение 2 В и емкость 150...3000 Ач со сроком службы 15—20 лет; MU — аккумуляторы с фронтальными выводами на на пряжение 2 В и емкость 220... 1500 Ач со сроком службы 15—20 лет. ВАЕ Аккумуляторные батареи фирмы ВАЕ (Германия) предназначены для работы в системах бесперебойного и аварийного электропитания различного назначения. По классификации европейского объединения производителей аккумуляторов EUROBAT фирма ВАЕ выпускает несколько серий аккумуляторов, информация о которых приведена на рис. 3.17. Обозначение OPzS-блок OPzL-блок OGi-блок UPS-блок OPzS-блок OGi-элемент OGW НР-блок OPzV-блок OGiV-блок 
I I
Система Открытые
Открытые Открытые
Открытые Открытые
Открытые Герметичные Герметичные Герметичные Емкость 50-300
38-180 25-900
100-1200 200-3000
400-2400 42-180
50-900 25-900
Напряжение 12 В, 6 В 12В 12 В, 6 В, 2 В 12 В, 6 В 2В 2В 12 В, 6 В 12 В. 6 В, 2 в 12В,6В,2В
Положительный электрод Трубчатый PbSb1,6Se Трубчатый PbSo1,6Se Решетка с траверсами кругл, сечения PbSb1,6Se Решетка с траверсами кругл, сечения PbSb1,6Se Трубчатый PbSb1,6Se Решетка с траверсами кругл, сечения PbSb1,6Se Решетка с траверсами кругл, сечения PbCaSn Трубчатый PbCaSn Решетка с траверсами кругл, сечения PbCaSn Корпус SAN
SAN SAN
SAN SAN
РР SAN
SAN Электролит Жидкий
Жидкий Жидкий
Жидкий Жидкий
Жидкий Гель
Характерное время 30 мин- 10 ч 1 ч-Зч 5 мин- 10 ч 5 мин -1ч 5 мин -10 ч 10 мин- 10 ч
Промежутки времени для полива воды >3лет
>3лет >3лет >3лет
>3лет >3лет Не треб. Не треб. Не треб. Вывод полюсного борна 100% непрониц. 100% непрониц. 100% непрониц. 100% непрониц
100% непрониц. 100% непрониц 100% непрониц. 100% непрониц. 100% непрониц.
Срок службы 16+лет
12+лет 15+лет
16+ лет 15+лет
10+лет 15+лет
12+лет Кол-во циклов согласно IEC 896-1/2 1200
1000 1000
1500 1200
350 1200
Вентиляция согласно VDE*0510 50%
50% 50%
25% 25%
Напряжение поддерживающего заряда 2,23 В/эл 2,25 В/ал. 2,23 В/эл. 2,25-2,27 В/эл. 2,23 В/эл, 2,23 В/эл. 2,27 В/эл. 2,25 В/эл. 2,25 В/эл. Рис. 3.17. Технические характеристики аккумуляторов фирмы ВАЕ 86 Свинцово-кислотные батареи Свинцово-кислотные батареи 87 Аккумуляторы серии OPzS относятся к группе батарей особой надежности. В них используются трубчатые (панцирные) положительные пластины, отличающиеся повышенной надежностью при эксплуатации и длительным сроком службы. Благодаря увеличенному до 8 мм слою свинца в активной массе положительного электрода и другим передовым конструктивным решениям OPzS элементы фирмы ВАЕ обеспечивают: высокие токи разряда, близкие к токам короткого замыка ния; более длительное время разряда; увеличенный до 16—18 лет срок службы; высокую цикличность использования. По классификации европейского объединения производителей аккумуляторов EUROBAT аккумуляторы серии OPzS по своим техническим характеристикам близки к аккумуляторам GroE с положительной пластиной конструкции Планте. В отличие от последних они обладают следующими преимуществами: дешевле аккумуляторов GroE серий OpzV, OGi, OGiV; гладкостенные корпуса и вертикальное расположение пла стин обеспечивают высокую плотность энергии при незна чительной площади установки; прозрачные корпуса обеспечивают абсолютный визуаль ный контроль и, таким образом, облегчают техническое обслуживание. Аккумуляторы серии OpzV фирмы ВАЕ характеризуются: высокими токами разряда, близкими к токам короткого замыкания; более длительным временем разряда; увеличенным до 16 лет сроком службы; высокой цикличностью использования; высокой пористостью активного вещества пластин, что способствует лучшему проникновению электролита; отсутствием необходимости проведения выравнивающих зарядов при нормальных условиях эксплуатации; устойчивой работой при низких температурах окружаю щей среды, благодаря использованию гелевой структуры электролита; возможностью горизонтального размещения. В аккумуляторах фирмы ВАЕ серии OGi была использована новая стержневая конструкция положительной пластины, отличающаяся особой надежностью в эксплуатации и длительным сроком службы. Круглые стержни расположены как в положительном электроде панцирного типа и занимают не более 50 % площади пластины. Такое конструктивное решение позволило увеличить количество свинца в активной массе электрода и обеспечить токи разряда близкие к токам короткого замыкания при малом времени разряда, а также увеличить время нормального разряда. По классификации европейского объединения производителей аккумуляторов EUROBAT аккумуляторы серии OGi по своим техническим характеристикам приближены к аккумуляторам серии OPzS (аккумуляторы с положительной пластиной панцирного типа) и в отличие от последних их можно экономично использовать даже при коротком времени разряда. Аккумуляторы серии OGi со стержневой решеткой положительного электрода обладают следующими преимуществами: в 1,5 раза дешевле аккумуляторов серии OPzS; гладкостенные корпуса и вертикальное расположение пла стин обеспечивают высокую плотность энергии при незна чительной требуемой площади установки; прозрачные корпуса (серия OGi-элемент) обеспечивают абсолютный визуальный контроль и таким образом облег чают техническое обслуживание; использование гелевого электролита (серия OGiV, OGiV HP) позволяет устойчиво работать в условиях низких тем ператур; аккумуляторы серии OGiV HP по своим габаритным раз мерам и высоким удельным характеристикам идеальны для применения в шкафах и стандартных стеллажах систем телекоммуникации и источников бесперебойного питания. Свинцово-кислотные батареи фирмы COSLIGHT Аккумуляторные батареи фирмы COSLIGHT (Китай) предназначены для работы в системах бесперебойного и аварийного электропитания различного назначения. Их выпускают по технологии AGM. Батареи, благодаря системе внутренней рекомбинации газов, имеют очень низкое газовыделение. Они являются 88 Свинцово-кислотные батареи необслуживаемыми: доливки воды или электролита не требуется в течение всего срока службы. Батареи снабжены эффективными предохранительными клапанами и при установке не требуют дополнительной вентиляции помещения. На отечественный рынок поставляются герметизированные батареи COSLIGHT серий 6-GFM, 6-GFM(C), GFM(Z). Некоторые характерные особенности этих серий аккумуляторных батарей поясняет табл. 3.17. Лучшее свойство этих аккумуляторных батарей — их низкая цена. Таблица 3.17 жүктеу/скачать 7,53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||