Кислотный аккумулятор как работает: Свинцово-кислотный аккумулятор — устройство, принцип работы, преимущества и недостатки, срок службы

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора.

Аккумуляторные батареи



Принцип работы свинцового аккумулятора

Источником электроэнергии на автомобиле при неработающем или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала двигателе является аккумуляторная батарея. В настоящее время на автомобилях наиболее широко применяются свинцовые аккумуляторные батареи, состоящие из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов. Применение кислотных аккумуляторов объясняется тем, что они обладают небольшим внутренним сопротивлением и способны в течение короткого промежутка времени (несколько секунд) отдавать ток силой в несколько сотен ампер, что необходимо для питания стартера при пуске двигателя.

Свинцовый аккумулятор электрической энергии был изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. В последующие годы конструкция аккумулятора, особенно – химический состав его электродов (пластин) постоянно совершенствовалась. В настоящее время свинцовые аккумуляторы и аккумуляторные батареи широко применяются в разных областях техники в качестве накопителей электроэнергии (стартерные батареи, аварийные и резервные источники энергии и т. п.).

Конструктивно аккумулятор представляет собой емкость, наполненную электролитом, в которой размещены свинцовые электроды. В качестве электролита используется раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца Pb, а вторая – из диоксида свинца PbO₂. При взаимодействии электродов с электролитом между ними возникает разность потенциалов.

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца.

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на положительном электроде (аноде) и окисление свинца на отрицательном электроде (катоде). При пропускании через электроды аккумулятора зарядного тока в нем протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца начинается электролиз воды, при этом на аноде выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

Реакции на аноде:

PbO₂ + SO₄^2- + 4H⁺ + 2e^— ↔ PbSO₄ + 2H₂O;

Реакции на катоде:

Pb + SO₄^2- — 2e^— ↔ PbSO₄.

Физические процессы, происходящие в аккумуляторе, объясняются свойством электролитического растворения металлов, которое заключается в переходе положительно заряженных ионов металла в раствор. Легкоокисляющиеся металлы (например, свинец) обладают этим свойством в большей степени, чем инертные металлы.

При погружении свинцового электрода в раствор электролита от него начнут отделяться положительно заряженные ионы свинца и переходить в раствор, при этом сам электрод будет заряжаться отрицательно.

По мере протекания процесса растет разность потенциалов раствора и электрода, и переход положительных ионов в раствор будет замедляться.
При какой-то определенной разности потенциалов электрода и раствора наступит равновесие между силой электролитической упругости растворения свинца, с одной стороны, и силами электростатического поля и осмотического давления — с другой.
В результате переход ионов свинца в электролит прекратится.

При погружении электрода, изготовленного из двуокиси свинца, в раствор серной кислоты наблюдается такой же процесс, но результат получается иной. Двуокись свинца в ограниченном количестве переходит в раствор, где при соединении с водой ионизируется на четырехвалентные ионы свинца

Рв4+ и одновалентные ионы гидроксила ОН.
Четырехвалентные ионы свинца, осаждаясь на электроде, создают положительный потенциал относительно раствора. Серная кислота образует в воде практически только на ионы НO⁺ и HSO₄.
Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная кислота, образуется вода, а на обоих электродах — сульфат свинца. При заряде процессы протекают в обратном направлении.

При подключении потребителей в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы сернокислотного остатка SO₄ соединяются со свинцом электродов и образуют на них сернокислый свинец PbSO₄, а ионы водорода соединяются с кислородом, выделяясь на положительной пластине в виде воды.
В результате электроды покрываются сернокислым свинцом, а серная кислота разбавляется водой, т. е. при разряде аккумулятора плотность электролита уменьшается. Поэтому по плотности электролита можно судить о степени заряженности аккумуляторной батареи.

При прохождении электрического (зарядного) тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с сернокислым свинцом электродов.
Водород, соединяясь с сернистым осадком, образует серную кислоту, а на электродах восстанавливается губчатый свинец. Выделяющийся из воды кислород, соединяется со свинцом положительной пластины, образуя перекись свинца.
В результате этих процессов содержание воды в электролите уменьшается, а содержание кислоты увеличивается, что приводит к повышению плотности электролита.



По завершению процессов восстановления свинца на электродах заряд аккумулятора прекращается. При дальнейшем прохождении электрического тока через электролит начинается процесс электролиза (разложения) воды, при этом аккумулятор «закипает», и выделяющиеся пузырьки образуют смесь водорода и кислорода. Смесь этих газов является взрывоопасной, поэтому следует избегать перезаряда до появления электролизных явлений по разложению воды.

Кроме того, длительный перезаряд приводит к потере электролитом воды (испарению), в результате чего его плотность повышается и для корректировки требуется доливка дистиллированной воды.
При доливке воды необходимо помнить, что вода, попадающая в концентрированную серную кислоту, закипает и сильно разбрызгивает кислотные капли, что при попадании на открытое тело или одежду может привести к ожогам кожи, слизистых оболочек, прожигу одежды и другим неприятным последствиям.

При постоянном напряжении источника зарядного тока по мере увеличения степени заряженности аккумулятора повышается его ЭДС и, следовательно, уменьшается сила зарядного тока. Когда напряжение на клеммах источника тока будет равно ЭДС полностью заряженного аккумулятора плюс ЭДС поляризации, зарядный ток прекратится.

Среднее значение напряжения аккумулятора – 2 В. Поскольку электрооборудование современных автомобилей рассчитано для работы при напряжении в бортовой сети 12 или 24 В, аккумуляторы соединяют в батареи (по 6 или 12 шт.).

Важным параметром аккумулятора является его емкость, т. е. количество электрической энергии, которую способен отдать аккумулятор. Емкость – это произведение силы разрядного тока на продолжительность разрядки до предельно допустимого разряженного состояния. Измеряется емкость аккумулятора в ампер-часах (А×ч). Емкость аккумулятора зависит, в первую очередь, от активной площади его электродов.
Поэтому повышения емкости можно достичь увеличением поверхности электродов, что достигается использованием нескольких параллельно соединенных между собой пластин, а также применением пористого материала для их изготовления, что позволяет использовать в качестве активной массы не только поверхность, но и внутренний объем пластин.

Емкость аккумулятора не постоянна, она зависит от силы разрядного тока, температуры электролита и состояния активной поверхности пластин. При увеличении разрядного тока и понижении температуры электролита емкость аккумулятора уменьшается, что объясняется неполным протеканием электрохимических реакций разрядки в этих условиях, вследствие сокращения времени разрядки и повышения вязкости электролита при низких температурах.

***

Устройство аккумуляторной батареи и ее маркировка



Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Эксплуатация и обслуживание свинцово-кислотных АКБ

1.1 Метод заряда свинцово-кислотных аккумуляторов

(Данные предоставлены производителем свинцово-кислотных АКБ EverExceed)

Параметр	Буферный режим	Циклический режим
Напряжение буф. заряда	2.25В/эл @25oC	2.25~2.30В/эл @25oC
Коэф. темпер. компенсации	-3мВ/oC/эл @ 25oC
Выравнивающий заряд	2.35В/эл@25oC	2.35~2.40В/эл@25oC
Максимальные  токи заряда	0.25C10 A для 6В и 12В;   0.2C10 А для 2В
Токи выравнивающего и буферного подзаряда	0.005C10 ~ 0.01C10А
Выравнивающий заряд	a. Буферный заряд каждые 3 месяца	b. При разряде более 20% емкости

Примечание:

1. Заряжать аккумулятор следует сразу же после разряда. Нельзя оставлять аккумулятор в разряженном состоянии.

2. Следует зарядить батарею перед вводом в эксплуатацию после хранения.

 

1.2 Влияние температуры окружающей среды на срок службы батарей

 

Согласно закону химической активности Аррениуса скорость коррозии удваивается при повышении температуры на 10°C.

Следовательно, срок службы будет уменьшаться вдвое при повышении Т на 10^oC.

Высокая температура сокращает срок службы аккумулятора. Например, расчетный срок службы батареи составляет 10 лет при 25oC; если же аккумулятор работает при 35oC в течение длительного времени, срок службы составит 5 лет. Ниже приведена формула:

L25 = LT х 2(T-25)/10

Примечание:

Т – температура окружающей среды

LT – расчетный срок службы при температуре Т (град)

L25 – расчетный срок службы при температуре 25оС (град)

Повышение температуры окружающей среды ускоряет коррозию пластин батарей и потерю воды, что значительно сокращает срок службы аккумулятора. Поэтому важно контролировать температуру окружающей среды. Значительное повышение температуры может вызвать серьёзное повреждение батареи, вплоть до полного выхода из строя.

При повышении температуры в помещении, необходимо предпринять меры по снижению температуры путём проветривания и т. д. Расстояние между батареями  должно быть не менее 10 мм, в то же время необходимо регулировать напряжение буферного и выравнивающего заряда в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации.

 

1.3 Установка АКБ

 

• Аккумулятор AGM может работать практически в любом положении, кроме перевернутого;
• Гелевый аккумулятор можно эксплуатировать в вертикальном положении;
• Расстояние между батареями должно быть не меньше 10 мм;
• Батарейный шкаф или помещение должны быть вентилируемыми, водород в виде газа от перезаряда должен выходить наружу;
• Чем ближе зарядное устройство к АКБ, тем лучше;
• Все болты крепления и гайки должны быть затянуты.

 

1.4 Хранение аккумуляторов

 

Условия хранения:

• Рекомендуемая температура хранения 15~30oC;
• Защищайте элементы/аккумуляторы от неблагоприятных погодных условий, влаги и попадания внутрь воды;
• Защищайте элементы/аккумуляторы от прямого или непрямого солнечного излучения;
• Место хранения, соответственно, должны быть чистым, сухим, не должно подвергаться морозам и быть под надлежащим наблюдением;
• Элементы/аккумуляторы должны быть защищены от короткого замыкания металлическими предметами или токопроводящими загрязнениями;
• Элементы/аккумуляторы должны быть защищены от опрокидывания и от падающих предметов.

1. VRLA Батареи

• Максимальное продолжительность хранения 12 месяцев при 20oC для AGM, 24 месяца для GEL АКБ; рекомендуется выравнивающий подзаряд в течение 24 часов каждые 6 месяцев.
• Высокие температуры приводят к быстрому саморазряду и сокращению времени хранения между операциями заряда (до 3 месяцев при 30oC)

2. Заливные батареи (Flooded)  

• Срок хранения с сухозаряженном состоянии – 3 месяца
• В залитом состоянии рекомендуется заряжать выравнивающим зарядом в течение 24 часов каждые 2 месяца

 

1.5 Тест на ёмкость аккумуляторов

 

Испытания проводятся в соответствии с указаниями в МЭК 60896-21: «Батареи свинцово-кислотные стационарные. Часть 21. Типы с регулирующим клапаном. Методы испытаний» 

Примечание:

Перед проведением испытаний должен быть проведён выравнивающий заряд АКБ, как описано выше.

Выравнивающий заряд необходимо выполнять не более, чем за 7 дней и не менее, чем за 3 дня до начала испытаний!

Этапы проведения испытания номинальной ёмкости:

1. Убедитесь, что все соединения чистые, защищены и не подвержены коррозии.

2. Во время нормальной работы батареи измерьте и запишите следующие параметры:

– Напряжение каждой батареи.

– Температуру поверхности как минимум одной из каждых десяти батарей.

– Напряжение цепи аккумуляторной системы.

3. Разомкните соединение между аккумуляторной системой, которую вы хотите проверить, зарядным устройством и всеми потребителями.

4. Подготовьте регулируемую нагрузку для подключения к аккумуляторной системе.

Ток разряда должен быть установлен на  уровне 0,1C10  Ампер и оставаться постоянным.

6. Подготовьте вольтметр, чтобы вы могли проверить общее напряжение батареи.

7. Подключите нагрузку, шунт и вольтметр. При этом засеките время.

8. Поддерживайте постоянный ток нагрузки 0,1С₁₀ Ампер и измеряйте напряжение аккумуляторной системы с регулярными интервалами времени.

9. Проверьте на предмет чрезмерного нагрева все соединения между нагрузкой и АКБ.

10. Рассчитайте относительную емкость системы батарей по следующей формуле: Емкость (% при 20^оC) = (Ta/Ts) x 100

Ta = фактическое время разряда до достижения допустимого минимального напряжения (1,80 В / элемент).

Ts = теоретическое время разряда до достижения допустимого минимального напряжения. (тест номинальной ёмкости при Ts= 10ч)

11. Переподключите аккумуляторную систему, как она изначально была подключена, и сразу же зарядите.

Примечание:

1. Перед тестом ёмкости необходимо выполнить выравнивающий заряд;

2. Испытание на ёмкость должно проводиться разрядом постоянного тока 0,1C₁₀ Ампер;

3. Конечное напряжение разряда равняется 1.80В на элемент;

4. C = I x T (ёмкость разряда = ток разряда x время разряда)

4.6 Обслуживание

1.6.1 Инструменты и оборудование:

a. Цифровой вольтметр.

b. Изолированный гаечный ключ.

c. Приборы с проводящей и мгновенной нагрузкой и внутренним сопротивлением.

1.6.2 Ежемесячное обслуживание

a. Содержите помещение с аккумуляторами в чистоте.

b. Замеряйте и записывайте температуру окружающей среды в помещении с батареями.

c. Проверяйте чистоту каждой батареи, а также отсутствие повреждений и следов перегрева на терминалах, корпусе и крышке.

d. Замеряйте и записывайте общее напряжение цепи и ток буферного заряда системы аккумуляторных батарей.

1.6.3 Ежеквартальное обслуживание

a. Повторите ежемесячный осмотр.

b. Замерьте и запишите напряжение буферного заряда каждой подключенной батареи. Если напряжение более двух элементов менее 2,18 В/эл. после температурной компенсации,  необходимо провести выравнивающий заряд.

1.6.4 Ежегодное обслуживание

a. Повторите ежеквартальное обслуживание и осмотр.

b. Проверяйте каждый год, не ослабли ли разъемы и затягивайте их.

c. Ежегодно проводите испытание на разряд с фиксированной точной нагрузкой, разряжая на 30-40% от номинальной ёмкости.

 

2. Причины выхода из строя батарей

 

2.1 Потеря воды высушивает электролит

 

Причины потери воды:

1. Перезаряд

Слишком низкое напряжение заряда приводит к недозаряду и вызывает сульфатацию отрицательных пластин, что приводит к снижению ёмкости батареи, сокращает срок ее службы;

Слишком высокое напряжение заряда способствует увеличению выделения газа при снижении эффективности рекомбинации, что приводит к увеличению внутреннего давления и  частому открытию уплотнительного клапана. Это влечёт за собой потерю воды, ускорение коррозии положительных пластин и сокращению срока службы  батареи.

2. Утечка воды из корпуса или через крышку

3. Коррозия решётки положительной пластины поглощает воду

Pb + 2h3O —> PbO2 + 4H+ + 4e

4. Поглощение воды вследствие саморазряда

Pb + h3SO4 —> PbSO4 + h3

 

2.2 Коррозия решётки пластины

 

Коррозия решётки пластины является важной причиной выхода из строя VRLA батареи.

Независимо от того, находится ли она в разомкнутом состоянии или работает в режиме буферного или циклического заряда, возникает явление гофрированной коррозии.

Это особенно проявляется при перезаряде. Плотность электролита увеличивается из-за потери воды. Вследствие этого коррозия пластины ускоряется. При неправильной эксплуатации АКБ работает в режиме повышенного заряда в течение длительного периода времени. Это может привести к коррозии решетки пластины батареи. Пластина деформируется, что приводит к серьёзным разрушениям решётки пластины. Как следствие, ёмкость батареи быстро снижается, батарея выходит из строя.

Pb + 2h3O —> PbO2 + 4H+ + 4e

 

2.3 Сульфатация отрицательной пластины

 

При недозаряде АКБ в течение длительного времени, будет образовываться все больше и больше сульфата свинца PbSO4. Это приводит к образованию крупных частиц PbSO4 и снижению химической активности с последующим затруднительным или вовсе невозможным восстановлением.

Причина сульфатации катода:

1. Слишком низкое зарядное напряжение, отсутствие функции температурной компенсации. Это приводит к недозаряду аккумулятора в течение длительного времени.

2. Несвоевременный заряд аккумулятора после разряда.

3. Циклический режим с частичным зарядом (PSOC).

4. Частый глубокий разряд (до 1.7-1.8В при 80%-100% DOD)

5. Хранение батареи при повышенной температуре ускоряет рекристаллизацию сульфата свинца и саморазряд. Это способствует сульфатации пластины.

 

2.4 Выход из строя по причине перегрева

 

Выход из строя по причине перегрева происходит обычно в AGM батареях. Реакция газовой рекомбинации – экзотермическая реакция. Количество газа, выделяемого из батареи, мало, рассеивание тепла незначительное. Если VRLA аккумулятор работает в высокотемпературной среде или напряжение заряда слишком высокое, образуется большое количество газа и усиливается рекомбинация. Температура в самой батарее стремительно повышается, в результате чего внутреннее сопротивление батареи падает, ток зарядки увеличивается.

Так происходит «терморазгон», пока температура не выходит из-под контроля. Корпус аккумулятора серьезно деформируется и трескается.

Для предотвращения выхода из строя батарей по причине перегрева должны быть приняты соответствующие меры:

1. Не допускать перезаряд и недозаряд;

2. Зарядное устройство должно иметь функцию темп. компенсации;

3. Батарея должна быть размещена в хорошо проветриваемом месте с контролем температуры АКБ.

 

2.5 Размягчение активных материалов положительной пластины

 

Продолжительный разряд большими токами;

Глубокий разряд; 

Малый ток заряда;

 

2.6 Коррозия терминалов

 

Причины:

1. Поломанный терминал.

2. На поверхности батареи могут быть остатки серной кислоты, которые вступают в реакцию со свинцом на полюсах, образуя белые кристаллы.

3. Батарея работает в условиях высокой температуры в течение длительного времени, уплотнительный клапан часто открывается и происходит сброс газа с небольшим количеством серной кислоты, которая осаждается на терминале, вызывая его коррозию.

Как определить причину коррозии терминала?

Сначала очистите терминал, а затем нанесите немного вазелинового масла.

Далее, при эксплуатации от 2 до 3 месяцев, если на поверхности терминала образуется серная кислота или белые кристаллы, то это следствие утечки кислоты через терминал; если нет – батарея в порядке.

Смотрите далее:

Классификация свинцово-кислотных аккумуляторов

Примеры установленных систем бесперебойного питания в разных регионах мира

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 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 промышленно 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 платин — свинец РЬ. 

Для того чтобы было легче разобраться в многообразии, свинцово-кислотных 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. 

2. Батареи для работы в циклическом режиме, который характерен их разрядом в течение какого-то времени и последующим зарядом. Циклический режим работы аккумуляторных батарей используется гораздо реже, чем буферный. Примером такого режима можно назвать работу электротранспорта и устройств с автономным питанием: в течение рабочего дня происходит разряд тяговых батарей или батарей питания, а после его окончания эти батареи ставят на заряд. 

3. Батареи для работы в смешанном режиме, например автомобильные батареи. 

По конструкции свинцово-кислотные аккумуляторные батареи можно разделить на:

— батареи с жидким электролитом — обслуживаемые и необслуживаемые
— батареи с регулируемыми клапанами (VRLA — Valve Regulated Lead Acid batteries) — с увлажненными сепараторами и с гелевым электролитом. 

В различной технической литературе можно встретить такие названия батарей, как SLA — Sealed Lead Acid batteries — герметичные свинцово-кислотные батареи, относящиеся к VRLA батареям. Хотя это не вполне соответствует истине: абсолютно герметичных батарей не существует по той причине, что во всех них используются клапаны для снижения внутрикорпусного 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 называют SLI, что расшифровывается как Start, Light, Ignition — пуск, освещение, зажигание. 

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи до сих пор остаются самыми надежными, долговечными и не требующими высоких эксплуатационных затрат химическими источниками тока. В настоящее время производятся и активно эксплуатируются аккумуляторные батареи трех поколений: 

1. Батареи первого поколения — батареи с жидким электролитом открытого или закрытого типа, имеющие емкость от 36 до 5328 Ач 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 использования в качестве стационарных, батареи закрытого типа являются основным типом батарей, используемых в автотракторной технике в качестве стартерных и тяговых. 

2. Батареи второго поколения, которыми являются герметизированные гелевые батареи. В них вместо жидкого электролита используется гелеобразный, представляющий собой желе, полученное в результате смешивания раствора серной кислоты с загустителем (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 подзаряда необходимо использовать зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не хуже ±1 % для предотвращения обильного газовыделения. Такие аккумуляторные батареи критичны к температуре окружающей среды. 

3. Батареи третьего поколения — это герметизированные батареи 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 пористую систему, в которой капиллярные силы удерживают электролит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались свободными 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 напряжения заряда не хуже ±1 %. 

К сожалению, в России герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы не производятся. 

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. 

При изготовлении свинцово-кислотных аккумуляторных батарей применяют химические добавки. Например, к свинцу добавляют 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-сурьмяных, 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. 

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 2,12 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, но может увеличен с возростом аккумулятора. Они всегда должны храниться в заряженном состоянии, так как хранение в незаряженном состоянии приведет к сульфатации 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 аккумуляторными батареями других типов; 

• низкие требования по обслуживанию — отсутствует «эффект памяти», не требуется доливки электролита; 

• допустимы высокие токи разряда. Недостатки свинцово-кислотных батарей: 

• не допускается хранение в разряженном состоянии; 

• низкая энергетическая плотность — большой вес аккумуляторных батарей ограничивает их применение в стационарных и подвижных объектах; 

• допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда; 

• кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие 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.

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов Термины и определения :: KM Disti

Есть несколько терминов, которые описывают ожидаемый срок службы батареи. Эти термины используются производителями аккумуляторов, но в тоже время не всегда хорошо понимаются теми, кто использует или обслуживает системы с аккумуляторными батареями. Целью данной статьи является разъяснение этих терминов и устранение любой двусмысленности относительно их значения и использования. Этот документ будет посвящен необслуживаемым свинцово-кислотным герметичным аккумуляторным батареям (Valve Regulated Lead Acid — VRLA), но большая часть предоставленной информации также применима и к другим свинцово-кислотным батареям, а также и ко многим другим химическим батареям.

Вступление

Срок службы батареи можно описать несколькими терминами, некоторые из которых четко определены компаниями, занимающимися производством батарей, и хорошо понятны специалистам в области производства батарей, а некоторые из них являются неформальными терминами без четких определений. В результате термины, предназначенные для описания срока службы батареи, могут ввести в заблуждение продавцов или конечных пользователей, которые не совсем знакомы с «жаргоном» рынка батарей.

Кроме того, нужно учитывать, что некоторые условия окружающей среды существенно влияют на срок службы батареи и обязательно должны учитываться, когда конечный пользователь выбирает батареи под свои задачи.

Чтобы объяснить, что означает термин «время автономной работы» и почему он используется, данная статья описывает этот термин и нюансы по нему.

 

Срок службы батареи

Расчетный срок эксплуатации (Design life)

Прежде чем создавать батарею, R&D уже имеет все основные параметры, которым должна соответствовать новая модель батареи. Напряжение, сила тока, типоразмер и дизайн, технология изготовления и ожидаемый срок службы — все это части оригинальной спецификации на производимую батарею. Работа R&D заключается в обеспечении того, чтобы в требуемом размере корпуса было предусмотрено достаточно активного материала и электролита для обеспечения требований по напряжению и силе тока в течение периода, указанного в расчетном сроке службы батареи. Расчетный срок службы — это определенный срок эксплуатации, при котором, по данным производителя, аккумулятор с незначительными  отклонениями обеспечивает соблюдение всех параметров спецификации к батарее.

Спецификации по расчетному сроку службы батарей варьируется от производителя к производителю, а также от модели аккумулятора. В основном расчетный срок службы для аккумуляторов VRLA — 5, 10 и 12 лет. Стоит отметить, что существуют и несколько нестандартных проектных характеристик от некоторых производителей, но они не являются универсальными и не используются основным пулом производителей батарей.

Для соответствия указанной производителем спецификации расчетного срока службы батарей учитываются также условия эксплуатации, которые  влияют на срок службы батареи. Чтобы срок соответствовал спецификации, должны соблюдаться следующие требования со стороны производителя батарей:

Напряжение при «плавающей» зарядке или зарядке на холостом ходу. Метод зарядки герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов (sealed lead acid batteries). Зарядное устройство поддерживает на аккумуляторах некоторое напряжение, называемое «напряжением холостого хода» («float voltage»). Такое подзаряжающее напряжение идеально для продления срока службы аккумулятора. Когда «холостое напряжение» («float voltage») применяется к аккумулятору, в нем возникает «холостой ток» («float current»), точно компенсирующий собственный ток саморазрядки аккумулятора. Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы должны хотя бы иногда подзаряжаться на холостом ходу, иначе со временем они теряют полезные свойства из-за процесса т.н. сульфатации. Максимальный срок службы этих аккумуляторов достигается только при постоянном применении «плавающей» подзарядки.

Число циклов разрядки, которые батарея может совершить, прежде чем ее емкость будет уменьшена до 80% от ее первоначальной емкости (величина, при которой считается, что батарея превысила свой срок полезного использования).

Скорость зарядки и разрядки аккумулятора определяется C-нормой. Емкость батареи обычно оценивается в 1C. Это значит, что означает, что полностью заряженная батарея, рассчитанная на 1Ah, должна обеспечивать 1A в течение одного часа. Можно произвести быстрый разряд батареи (подключив на батарею нагрузку более рекомендованной), т.е. сделать так, чтобы идентичное количество энергии расходовалось в течение более короткого времени, но внутренние потери при этом превращают часть энергии в тепло, влияя на срок службы батареи и при этом снижая полученную с нее мощность.   Реально большинство аккумуляторных батарей могут быть перегружены на короткое время, но оно действительно должно быть коротким и перегруз должен быть не частым. Нужно учесть, что срок службы батареи напрямую связан с уровнем и продолжительностью воздействия, которое включает в себя заряд, разряд и температуру батареи.

• Maximum Continuous Discharge Current

Дополнительно к предыдущему параметру, стоит отметить, что данный параметр определяет максимальный ток, при котором батарея может непрерывно разряжаться. Этот максимум обычно определяется производителем батареи, чтобы предотвратить чрезмерную скорость разряда (discharge rate), которая может повредить батарею или уменьшить ее заявленную емкость. Это как в примере с автомобилем, когда с максимально продолжительной высокой мощностью двигателя мы получаем максимальную скорость и ускорение автомобиля, но как результат значительно увеличиваем и износ двигателя.

• Maximum 30-sec Discharge Pulse Current

Максимальный ток, при котором батарею можно разряжать импульсами до 30 секунд. Этот предел обычно определяется производителем батареи, чтобы предотвратить чрезмерную скорость разряда, которая может повредить батарею или уменьшить ее емкость.

• Depth of Discharge (DOD) (%)

Процент емкости разряженной батареи, выраженный по отношению к максимальной емкости. Разряд до 80% DOD называется глубоким разрядом. Разряд аккумуляторной батареи более чем на 80% от номинальной, приводит к существенному сокращению срока службы и также может привести к полной невозможности заряда батареи. Это связано с тем, что длительное отсутствие заряда приводит к образованию в аккумуляторной батареи сульфата свинца.

Граничное напряжение зарядки. При более высоком напряжении, мы получаем результат быстрой зарядки, что  приводит к разрушению электролита, и соответственно к потере емкости. Из вышесказанного можно сделать вывод, что с каждым циклом зарядки/разрядки накопленная необратимая потеря емкости будет увеличиваться. Хотя это может быть и незаметно, но в конечном итоге уменьшение емкости необратимо приведет к тому, что ячейка не сможет накапливать энергию, обещанную спецификацией производителя. Поэтому потеря емкости вызванная работой с высоким током уменьшит  срок полезного использования батареи.

Рабочая Температура. Рабочая температура батареи предпочтительно должна поддерживаться в номинальном диапазоне рекомендованном производителем. Всякий раз, когда батарея заряжается, ток, протекающий через батарею, вызывает выделение тепла при электролизе. Более высокая температура даст дополнительную емкость, но в конечном итоге она уменьшит срок службы батареи. Очень высокие температуры, могут привести к повреждению батареи и преждевременному выходу из строя. В тоже время низкие температуры так же уменьшают емкость батареи.

Это требования производителей по эксплуатации батарей, которым нужно следовать, чтобы достичь максимального срока службы указанного производителем для конкретного типа батарей. Стоит отметить, что не многие устройства могут выдерживать требуемые условия при эксплуатации аккумуляторов.

 

Срок эксплуатации (Service Life)

В отличие от расчетного срока эксплуатации, реальный срок жизни батареи не имеет реальной спецификации. Срок службы батареи в действительности обозначает приблизительное время, в течение которого аккумулятор с заданным/расчетным сроком службы от производителя будет оставаться в пределах описанных для него параметров, учитывая реальную среду эксплуатации. Как правило, это скорее похоже на предположение максимального срока эксплуатации при типовых (не критических) условиях эксплуатации.

При использовании аккумуляторов в системах бесперебойного питания (ИБП), стоит отметить, что окружающая среда эксплуатации, как электрическая, так и физическая, может существенно влиять на срок эксплуатации. В современных высокоэффективных ИБП использование качественных батарей является очень важным критерием при выборе необходимой модели  под определенное оборудование и требования со стороны потребителя. Описание нюансов по окружающей среде эксплуатации будет приведено далее.

 

Проблемы физической окружающей среды эксплуатации

Температура — Температура в помещении (месте), где установлены батареи, является очень критичным параметром эксплуатации. Температура батареи VRLA обычно указывается производителем в 20° C для Европы. Этот параметр спецификации указан производителем для ВНУТРЕННЕЙ температуры батареи, а не для комнатной. Внутренняя температура обычно на ~ 1-2°C выше, чем температура в помещении. Разница температур сверху и внизу в помещении, где эксплуатируются аккумуляторы, также может достигать 5°C. Важно отметить, что повышение температуры на 10 ° C приведет к сокращению срока службы батареи примерно на 50%. Снижение температуры на ту же величину также уменьшит емкость батареи примерно на 25%.

Правильный ввод батареи в эксплуатацию — Крайне важно точно следовать указаниям производителя для начальной зарядки батареи, перед тестированием и вводом батареи в эксплуатацию. Несоблюдение этой процедуры приводит к высокой вероятности того, что батарея никогда не будет работать в полную силу, и может значительно сократиться срок службы батареи.

Выбор правильного местоположения — Аккумулятор должен быть установлен в стабильной среде. Он не очень хорошо работает в ситуациях, когда температура колеблется в широких пределах или когда одна часть батареи заметно горячее или холоднее, чем другая часть. Аккумуляторы также плохо переносят вибрацию.

Агрессивная среда — Аккумуляторы VRLA специально разработаны для установки в обычных рабочих помещениях. Но иногда батареи устанавливают в местах где «нужнее», в данном случае нужно приложить все усилия, что бы окружающая среда не вызывала коррозии и батареи были защищены.

 

Проблемы электрической среды эксплуатации

Напряжение зарядки — Каждая модель батареи имеет определенное зарядное напряжение на элемент, на которое она рассчитана для оптимальной работы. У каждого производителя оно отлично. Очень важно внимательно следовать  всем рекомендациям. У батарей VRLA имеется небольшой диапазон напряжения, который позволяет батарее правильно поляризовать положительные и отрицательные пластины. Батарея должна работать в этом диапазоне, чтобы обеспечить наилучший срок службы. Следуют учесть, что некоторые производители допускают значительное увеличение напряжения для быстрой зарядки после разряда, но данные нюансы нужно проверять в документации производителя. НЕ ПРЕВЫШАЙТЕ напряжение для подзарядки, если производитель не рекомендует это для конкретной марки и модели батареи.

Ток зарядки — Каждая марка и модель аккумулятора имеет спецификацию по максимально допустимому току зарядки. Очень важно убедиться, что источник зарядки не перезаряжает батарею, так как это может привести к внутренним сбоям аккумулятора и соответственно или сокращению срока службы или поломке. Так же не стоит забывать и про корректность зарядки “float charge” (описано выше), когда зарядное устройство поддерживает определенное напряжение «float voltage» или «напряжение холостого хода» для компенсации собственного тока саморазрядки аккумулятора. Корректное применение «плавающей» подзарядки, позволяет максимально увеличить срок службы аккумуляторов.

Переменное напряжение и ток — Хотя по спецификациям производителей, данные параметры могут варьироваться в некоторых пределах, но стоит отметить, что любой из этих параметров при чрезмерном превышении рекомендованных параметров может повредить батарею. Настоятельно рекомендуется прислушиваться к рекомендациям производителей батарей относительно рекомендованных диапазонов работы.

 

Заключение

Что все описанное ранее означает для конечного пользователя? В чем основная разница между расчетным сроком эксплуатации (Design life) и реальным срок эксплуатации (Service Life)?

Если взглянуть на рассмотренные ранее термины и рассмотреть их упрощенные объяснения, можно увидеть, что расчетный срок эксплуатации (Design life)- это ожидаемый срок службы, на который, как заявляет производитель, способен аккумулятор, при условии сохранения всех параметров в спецификации. Также из нюансов описанных выше, можно сделать вывод, что из-за реальных физических и электрических переменных окружающей среды очень маловероятно, что реальный срок (Service Life) службы аккумулятора будет где-то близок к расчетному сроку.

Расчетный срок эксплуатации (Design life) —  это то, как долго будет работать батарея, учитывая практически идеальную среду и цикл зарядки/разрядки. Часто выдерживание требований близких к требованиям производителя встречается в правильно спроектированных центрах поставщиков телеком-услуг или центрах хранения данных, когда аккумуляторы заряжаются со стабильным напряжением и силой тока, которые обеспечиваются за счет дополнительного высококачественного оборудования, а так же  при специально созданных условиях в помещениях, где располагаются батареи. Когда же батареи разряжаются, разряд представляет собой длительный процесс, с низкой силой тока, и это позволяет очень эффективно использовать имеющийся активный материал в аккумуляторах.  

Реальный срок эксплуатации (Service Life)- это то, как долго, будет работать батарея, учитывая, что ей придется выдержать все отклонения от требований производителя, так как обычно их очень сложно соблюсти. Конечный потребитель, к большому  сожалению, не может контролировать существующих сегодня поставщиков электроэнергии, и того как часто происходят колебания в электросети, а так же не всегда может создать идеальные температурные условия для эксплуатации батарей. В основном батареи эксплуатируются с более высокой температурой, чем рекомендованная. Когда происходит разрядка батареи, то она обычно подает питание только на короткий период времени, но нагрузка во время разряда очень высока. Разряд происходит с очень высокой силой тока в течение всего нескольких минут, и такой процесс не позволяет эффективно использовать имеющийся активный материал. Затем аккумулятор заряжается с очень высоким током, чтобы как можно быстрее восстановить емкость, чтобы батарея могла быть готова к очередному сбою с электропитанием. И это критично влияет как на срок эксплуатации батарей, так и на соблюдение требуемых параметров, что к большому   сожалению, выше возможностей большинства конечных пользователей.

Приведение условий эксплуатации максимально под требования, которые указывает в документации производитель, использование качественных ИБП, правильный расчет нагрузки — позволяют максимально  приблизить реальный срок эксплуатации к прогнозируемому сроку эксплуатации. Но даже при этом получить точно срок полученный производителем в тестовых условиях, не получится.  

Очень часто случается, что конечный пользователь выбирает на рынке наилучшую батарею с двенадцатилетним сроком службы (Design Life), и в итоге оказывается, что реальный срок ее жизни составляет от трех до четырех лет. В «идеальном мире» эти батареи будут служить и девять и двадцать лет, но сожалению реалии иные .

 

Кислотные аккумуляторы; чтобы больше не было отвратительно читать то что люди о них пишут

Случайно узрел

статью

с комментариями к ней, и так злость во мне закипела по поводу безграмотности людей в области кислотных (свинцовых в простонародье) аккумуляторов, что не выдержал и решил написать «гикам» (чтобы быть гиком, как оказывается, мало купить дорогой телефон) краткую статью об аккумуляторах. С рассмотрением тех ошибок, которые мне постоянно мусолят глаза и вызывают праведное желание их исправить.

Начнем с названия. Я очень часто вижу что тремя буквами А-К-Б называют все что можно зарядить, абсолютно любой аккумулятор. Особенно тремя буквами люди любят называть аккумуляторы типа Li-ion. На самом-же деле АКБ аббревиатура от Аккумуляторная Кислотная Батарея. Под ними подразумевается лишь один тип аккумулятора — свинцовый кислотный. С современной точки зрения это название вызывает некоторый когнитивный диссонанс т.к. на данный момент значение слова «батарейка» т.е. гальванического элемента который зарядить нельзя перешло на слово «батарея». И получается как будто бы из-за слова «аккумуляторная» это аккумулятор который зарядить можно, а из-за слова «батарея» это как будто батарейка которую зарядить нельзя. В реальности-же батарея — просто цепь гальванических элементов и со словом «батарейка» имеет общий лишь корень.

Далее перейдем к некоторым мифам, а именно главный миф — АКБ для автомобиля имеет некие существенные отличия от АКБ для ИБП. И вот нельзя их применять и там и там.

С химической точки зрения любые АКБ абсолютно одинаковы. Как-же они устроены? Очень кратко — если аккумулятор заряжен, то один электрод представляет собой свинцовую решетку с нанесенной на нее пастой из PbO₂, второй -такую-же решетку с пастой губчатого свинца. Электролитом служит раствор серной кислоты. В процессе разряда PbO₂ восстанавливается и взаимодействуя с серной кислотой образует PbSO₄. Свинец на другом электроде окисляется и опять-же образует PbSO₄. В конце разрядки мы имеем обе решетчатые пластины заполненные (более или менее) сульфатом свинца. При зарядке аккумулятора происходит электролиз и из сульфата свинца вновь образуется диоксид и металлический свинец. Конечно-же, тут нужно подчеркнуть, что электроды при этом не равны и путать их полярность не стоит т.к. еще на стадии производства в намазку электродов вводятся соответствующие добавки, улучшающие их эксплуатационные свойства. При этом добавки полезные для одного электрода вредны для другого. В очень старые времена, где-то в начале прошлого века, в условиях простых аккумуляторов, вероятно, была допустима переполюсовка аккумулятора по ошибке или с какими-то целями и он какое-то время после этого работал. В том что она допустима сейчас я сомневаюсь.

Таких ячеек в 12В аккумуляторе 6 шт, в 6В — 3 шт. и т.д. Многих вводит в заблуждение значение напряжения на аккумуляторах. Причем значений напряжения номинального, заряда, разряда. С одной стороны, аккумуляторы называются 12В (и 6В, 24В тоже есть, по-моему, даже 4В изредка встречаются) но на корпусе тех-же аккумуляторов для ИБП производитель указывает напряжение выше 13.5В.

Например:

Тут мы видим, что в форсированном режиме напряжение заряда может быть аж 15В.

Все разъяснит кривая напряжения на АКБ:

Слева мы видим напряжение для аккумулятора из 12 ячеек (24В номинальных), 6 (12В номинальных) и, самое полезное, для одной ячейки. Там-же отмечены области нежелательных напряжений при разряде/ заряде. Из кривой можно сделать выводы:

1 Напряжение 12В, 24В и т.д. являются номинальными и показывают лишь число гальванических ячеек (путем деления на два) в батарее. Это просто название для удобства.

2 Напряжение при заряде могут достигать 2.5 В/ ячейку что для 12В аккумулятора соответствует 15В.

3 Напряжение заряженной батареи считается допустимым при значении 2.1-2.2 В/ячейку, что для 12В аккумулятора соответствует 12.6-13.2В.

Теоретически, батарею можно зарядить и до значений 2.4 В/ячейку или даже немного выше, однако, такая зарядка будет негативно сказываться как на состоянии электродов, так и на концентрации электролита. Однажды, перед сдачей в утиль, я легко зарядил 12В батарею до напряжения ок. 14.5В (уже не помню точное значение).

Итак, автор статьи с которой я начал, решил, что напряжение заряда автомобильной АКБ и АКБ от ИБП отличаются. Это неверно, у них одинаковый тип электродов и одинаковая концентрация серной кислоты в электролите (подобранная давным-давно экспериментальным путем, чтобы предоставлять максимальное напряжение и минимальном саморазряде). Однако, что-же происходит в батарее, почему ее нельзя заряжать при слишком высоком значении напряжения?

Почему в автомобильную АКБ нужно подливать воду, а в АКБ от ИБП не нужно? Эти вопросы позволяют нам плавно перейти в область напряжения разложения воды. Как я написал выше, при зарядке аккумулятора происходит электролиз. Однако, не весь ток расходуется на превращение PbSO₄ в PbO₂ и Pb. Часть тока будет неизбежно расходоваться и на разложение воды, составляющей значительную часть электролита:

2H₂O = 2H₂ + O₂

Теоретический расчет дает значение напряжения для этой реакции ок. 1.2В. Напоминаю, что напряжение на ячейке при заряде заведомо более 2В. К счастью, активно вода начинает разлагаться только выше 2В, а в промышленности для получения водорода и кислорода из нее процесс ведут и вовсе при 2.1-2.6В (при повышенной температуре). Как бы то ни было, тут мы приходим к выводу, что в конце процесса заряда АКБ будет неизбежно происходить процесс разложения воды в электролите на элементы. Образующиеся кислород и водород попросту улетучиваются из сферы реакции. Про них бытуют следующие мифы:

1. Водород крайне взрывоопасен! Перезарядишь аккумулятор и как минимум лишишься комнаты где тот был!

На самом деле, водорода в процессе электролиза выделяется ничтожно мало по сравнению с объемом комнаты. Водород взрывается при концентрации от 4% в воздухе. Если мы допустим, что электролиз ведется в комнате размером 3*3*3 метра или 27 метров куб., то нам понадобится наполнить помещение 27*0.04=1.1 метров куб. водорода. Для получения такого количества h3 нужно было бы полностью разложить ок. 49 моль воды или 884 грамма ее. Если кто-то наблюдал электролиз, то поймет насколько это много. Или попробуем перейти ко времени. При силе тока в стандартной зарядке для крупногабаритных АКБ в 6А, уравнение Фарадея дает время, необходимое для получения этого количества водорода, аж 437 часов или 18.2 дня. Чтобы наполнить комнату водородом до взрывоопасной концентрации нужно забыть про зарядку на 2 с половиной недели! Но даже если это случится, концентрация серной кислоты просто будет расти пока ее раствор не приобретет слишком высокое сопротивление для жалких 12В зарядки и сила тока не станет ничтожной. Да и водород попросту улетучится.

Очень редко случаются взрывы непосредственно в корпусах крупногабаритных АКБ из-за того, что выделяющийся водород по какой-то причине не может покинуть замкнутого пространства. Но и в этом случае нечего страшного не бывает — чаще всего взрыва хватает только на небольшую деформацию верхней части корпуса, но не на разрыв свинцовых соединений. И АКБ еще может работать дальше даже после таких повреждений.

2. При электролизе может образоваться смертельно ядовитый и, не менее взрывоопасный чем водород, сероводород!

Не наш, периодически попадался миф в англоязычных постах. Теоретически конечно возможно подать такое большое напряжение и создать т.о. такую большую силу тока, что на катоде начнется процесс восстановления сульфат-иона. Напряжение для этого будет достаточным, а продукты восстановления не будут успевать диффундировать подальше от электрода и восстановление будет идти дальше. Но зарядка в пределах десятка-трех вольт и с ограничением силы тока в 6А на такое едва ли способна. Однажды, я наблюдал процесс восстановления сульфата до SO₂, да, это возможно; однокурсницы по ошибке что-то сделали не то во время опыта. Но это большая редкость т.к. там концентрация серной кислоты была заметно выше той, что используется в АКБ, была иная конструкция электрода и иной его материал и, естественно, напряжения и сила тока были были непомерными. И SO₂ не H₂S.

3. При электролизе мышьяк и сурьма из материала решеток будут восстанавливаться до ядовитых арсина и стибина!

Действительно, решетки содержат относительно много сурьмы, мышьяка в современных решетках, вероятно, нет вообще. При работе АКБ та решетка на которой происходит восстановление, т.е. катод, разрушению не может подвергаться. Выделяйся даже каким-то образом стибин, он бы тут-же взаимодействовал с PbSO4, восстанавливая его до металла.

Однако, некоторая практическая неприятность тут есть. Газообразные водород и кислород могут увлекать за собой капельки электролита, создавая аэрозоль серной кислоты. Аэрозоль серной кислоты, даже концентрированной, для человека не опасен и просто вызывает кашель. Однако, серная кислота — кошмар для тканей и бумаги. Стоит даже небольшому количеству серной кислоты попасть на одежду и там обязательно появятся дырки или ткань разорвется по этому месту. Через недели, если кислоты много, через месяц, но одежда истлеет.

Так что газовыделения опасаться не стоит с бытовой точки зрения или стоит, но нужно ориентироваться именно на аэрозоль серной кислоты.

Итак, вода начала разлагаться на водород кислород, ее в электролите становится все меньше, что-же дальше? Если это АКБ в котором электролит просто налит в виде слоя жидкости, то начнется повышение саморазряда из-за повышения концентрации серной кислоты. Занятно, что это будет сопровождаться небольшим повышением напряжения (концентрация кислоты растет) на ячейке. Именно поэтому автовладельцы должны постоянно контролировать концентрацию серной кислоты в своих АКБ (при помощи ареометра) и доливать туда воду. Процедура доливания воды — необходимая часть процесса обслуживания любой АКБ. Кроме одного их типа, и мы сейчас об этом поговорим.

Иметь аккумулятор в котором болтается слой едкой, по отношению к металлам, жидкости конечно-же неудобно, а потому попытки избавиться непосредственно от жидкости предпринимались давно, начались чуть ли не в первой половине 20-го века. К слову сказать, не то чтобы слой серной кислоты прямо плескался вокруг электродов. В реальности она неплохо распределена между электродами и окружающими их сепараторами даже в дешевых моделях. Итак, первым вариантом было использование стекловолокна. Достаточно просто окружить электроды стекловолокном которое пропитано серной кислотой и большинство проблем решится. Этот тип АКБ носит название AGM (absorbent glass mat) и таких АКБ для ИБП подавляющее большинство. Хотя такие АКБ малого форм-фактора и зачастую позиционируются как те, которые можно эксплуатировать в любом положении, с этим нельзя вполне согласиться. Вскрытие крышки стандартного дешевого AGM аккумулятора показывает, что никаких особых крышек там нет, а следовательно, электролит от вытекания удерживают лишь капиллярные силы. Я почти уверен, что если погонять AGM аккумулятор перевернутым вверх дном, то уже после одной зарядки из него польется серная кислота под давление газов.

Второй распространенный тип интереснее, это т.н. гелевые АКБ. А получаются они благодаря следующему. Если подкислять растворимые силикаты, то будет происходить выделение кремневой кислоты:

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + SiO₂ + H₂O

Если исходный раствор силиката не отличается качеством, то кремневая кислота будет выделяться в виде стекловидной массы, но если он достаточно чист, то кремневая кислота осадится в виде красивого куска однородного полупрозрачного геля. На этом и основан способ получения гелевых АКБ — простое добавление силикатов к электролиту вызывает его затвердение в гелеобразную массу. Соответственно, вытекать оттуда уже нечему и АКБ действительно можно эксплуатировать в любом положении. Сам по себе процесс образования геля не повышает емкости АКБ и не улучшает его качеств, однако, производители его используют при производстве наиболее качественных моделей, а потому эти АКБ отличаются высоким качеством и большей емкостью. Занятно, что в обоих случаях носителем электролита является SiO2 в той или иной форме.

Оба типа АКБ объединяются в славный тип VRLA — valve-regulated lead-acid battery который и применяется в ИБП. Формально они считаются необслуживаемыми и терпящими эксплуатацию в любом положении, но это не совсем так. Более того, многие уже встречались с эффектом, когда буквально несколько мл воды возвращают к жизни, казалось бы, дохлую АКБ от ИБП. Так получается, потому что и эти аккумуляторы не капли не застрахованы от электролиза воды в электролите, а следовательно, и пересыхания. Все происходит точно так-же, как в крупногабаритных АКБ. А вот самые дорогие и крутые необслуживаемые АКБ содержат катализатор для рекомбинации выделяющихся газов обратно в воду и вот уже у них корпус действительно выполнен абсолютно герметичным. Обращаю внимание, что по-настоящему герметичным и необслуживаемым может быть и аккумулятор типа AGM и GEL, но они-же могут ими и не быть и не содержать катализатора рекомбинации кислорода и водорода. Тогда, несмотря на казалось бы продвинутую конструкцию, пользователю придется либо чаще покупать новые аккумуляторы, либо доливать воду при помощи шприца.

Хотелось бы добавить несколько слов о режимах разряда. Производители АКБ указывают какой ток максимально допустим для той или иной модели, но нужно понимать, что аккумулятор — просто смесь химических веществ и ЭДС генерируется исключительно химическим путем. Это не конденсатор который, по электрогидравлической аналогии, можно сравнить с неким механическим сосудом (с гибкой мембраной). Хотя АКБ могут выдавать очень большие значения силы тока, в реальности они лучше всего эксплуатируются как раз при небольших токах, что в разряде, что в заряде. Поэтому ИБП, рассчитанные на заряды небольших АКБ, при работе с крупногабаритными будут заряжать их в наиболее щадящем режиме. Впрочем, в течении далеко не одних суток. Интересно обратить внимание на то, что чем выше мощность ИБП, тем больше аккумуляторов последовательно предпочитает собирать производитель. Тут все логично — большие токи разряда маленькие АКБ выдерживают очень плохо.

Подводя итоги:

1. Малогабаритные и крупногабаритные АКБ идентичны по устройству.

2. Для подавляющего большинства АКБ любого размера доливание воды является необходимой частью текущего обслуживания.

3. Лишь немногие из дорогих моделей АКБ содержат механизм рекомбинации газов и могут быть названы действительно необслуживаемыми.

4. Сам по себе водород, который выделяется при заряде (а это равно постоянной работе в ИБП) АКБ, не является существенной угрозой или проблемой.

5. Нужно очень внимательно работать с АКБ, тщательно избегая пролива даже малейших капель электролита, или лишитесь одежды.

6. Разряд и заряд малыми токами являются наиболее предпочтительными режимами эксплуатации АКБ.

Какие имеются разновидности аккумуляторов? | Главная

Разновидности аккумуляторов, необслуживаемые или сухие аккумуляторы?

В зависимости от разновидностей используемых металлов, аккумуляторы делятся на кислотные, никель-кадмиевые, никель-железные.

В настоящее время наиболее распространёнными являются кислотные аккумуляторы, которые в основном подразделяются на два типа: сухозаряженные и жидкозаряженные.

Наиболее распространенными жидкозаряженными аккумуляторами являются классические автомобильные стартерные аккумуляторы и аккумуляторы SLI (аббревиатура на английском означает запуск, освещение и старт). Автомобильные аккумуляторы также подразделяются на два типа: необслуживаемые и обслуживаемые. Внутренняя структура этих аккумуляторов идентична. То есть оба этих типа являются классическими кислотными аккумуляторами. Необслуживаемые аккумуляторы отличаются тем, что у них нет откручивающихся пробок. Так как эти аккумуляторы не требуют заливку электролита, они больше подходят для транспорта с хорошей системой электрического устройства.

Кроме этого, имеются стационарные (стационарное устройство) и тяговые (погрузчики) аккумуляторы, отличающиеся внутренней структурой и областью использования.

Внутренняя структура и технология производства сухих аккумуляторов, т.е. аккумуляторов VRLA, отличается. VRLA – это свинцово-кислотный аккумулятор с клапанным регулированием. Эти аккумуляторы также подразделяются на два типа.

Аккумуляторы AGM (с абсорбированным электролитом) и гелевые VRLA. Основным отличием этих аккумуляторов является то, что там отсутствует проблема перелива или утечки электролита. Выход газа минимальный. Поэтому, эти аккумуляторы являются очень надежными и могут длительное время храниться на складе. Кроме того, в сравнении с жидкозаряженными, эти аккумуляторы обладают более высокой устойчивостью к вибрации и удобны для транспортировки. Эти аккумуляторы используются для стационарных сооружений, UPS, катеров и коммутаторных.

В чем различия между кислотными и щелочными аккумуляторами?

На складах и заводах, как всем известно, большой объём работы, грузы всевозможной весовой категории, зачастую без подъёмной техники, например, погрузчиков или штабелеров, просто не обойтись. Данная техника работает благодаря тяговым аккумуляторам, стоит заметить, что тяговые батареи подразделяются на несколько наиболее известных видов – кислотные, щелочные и литий-ионные. Однако, сегодня мы разберем основные отличительные особенности между щелочными и кислотными аккумуляторами.

Для начала разберем устройство каждого из представленных аккумуляторов.

Устройство кислотного аккумулятора. Первое, на что стоит обратить внимание, это то, что тяговый кислотный аккумулятор, как правило, состоит из двух групп свинцовых пластин, которые по своему внешнему виду напоминают решётку, при этом сами пластины помещены в серную кислоту. 

Теперь рассмотрим устройство щелочного аккумулятора. В данном типе, в основном используются никелевые или железные пластины, которые помещены в раствор едкого калия. Пластины изготавливаются из никелированного железа, с большим количеством отверстий. В качестве электролита у щелочных тяговых аккумуляторов выступает раствор щёлочи.

Одним из немаловажных факторов в сравнении двух вышеперечисленных батарей является – переносимость нагрузок.

В этом вопросе отдельно стоит выделить кислотный тип батарей, так как напряжение одного аккумулятора составляет 2 В., когда как, у щелочных всего 1,25 В. (Не стоит забывать, что батарея состоит из аккумуляторов. Модели батарей могут состоять из различного количества аккумуляторов, которые, чаще всего встречаются в диапазоне от 6 до 48 штук.)

Но при этом, при больших отрицательных температурах щелочные батареи свои свойства сохраняют гораздо лучше, нежели кислотные. Сохранение данных свойств во многом зависит от должного обслуживания батареи, а также необходимой качественной подзарядкой. Информируем о том, что устройство зарядки для щелочных батарей довольно таки дорогостоящее. Чтобы зарядное устройство работало гораздо дольше, нужно помнить о том, что щелочные аккумуляторы не стоит доводить до глубокой разрядки и зарядки, всё должно быть в меру.

Далее поговорим об одном из главных критериев в сравнении щелочных и кислотных батарей – срок службы!

В данном вопросе предпочтение с лёгкостью можно отдать щелочным видам батарей. Как мы ранее говорили, щелочные типы при долгом простое сохраняют свои свойства и характеристики эффективнее кислотных. Стойкость никель-железных пластин щелочной батареи гораздо лучше, нежили кислотной, у которой пластины более хрупкие, так как изготавливаются они из свинца с добавками сурьмы. За счёт этого, они подвержены ломкости, соответственно, к кислотным видам батарей стоит относится бережно.

 

Так же нельзя оставить без внимания моменты по уходу за каждым типом АКБ.

Сначала разберем кислотные батареи:

• Ни в коем случае нельзя оставлять разряженный АКБ более, чем на сутки. Если все же планируется простой, то при дальнейшем хранении батареи необходимо сделать следующее – аккумулятор следует немного разрядить, затем слить старый электролит и, желательно, промыть пластины дистиллированной водой.
• Заряд батареи не должен падать ниже 1,8 В.
• Зарядка аккумулятора происходит при открытых банках, до того момента пока в каждый не начнёт одинаково кипеть электролит.
• Если ваш заряженный аккумулятор некоторое время был в инертном состоянии, то через некоторое время его следует подзарядить.

 

Основные моменты по эксплуатации щелочных АКБ:

• При зарядке щелочной батареи крышки необходимо обязательно снимать для того, чтобы не допустить перегрева и, как следствие, разрушение аккумулятора. Соответственно, после полной зарядки, их нужно поставить на место.
• Заряд аккумулятора не должен падать ниже 1,1 В.
• По истечении каждого года во время эксплуатации необходимо заново заливать электролит, а в течение года подливать дистиллированную воду.
• Если заряженная батарея некоторое время была в инертном состоянии, то через некоторое время её необходимо подзарядить.

И самое главное, на что обращают свое внимание большинство пользователей батарей – это ценовая политика.

В данном вопросе предпочтение отдаётся кислотным видам аккумуляторов за счёт своей низкой стоимости. Во внимание можно взять даже тот фактор, что они намного лучше переносят сильную разрядку и, соответственно, зарядку с нуля. Поэтому им не нужны особенные или специальные зарядки, а подойдут самые обыкновенные и дешёвые.

Пришла пора делать выводы всему вышеперечисленному – если у вас производство не стоит на месте, и соответственно, вы проводите обслуживание батареи на регулярной основе, то кислотный аккумулятор определенно вам подойдет. Если все же на производстве случаются простои, а батарея обслуживается не регулярно, то лучше приобрести щелочной аккумулятор!

Статьи о

BatteryStuff | Объяснение свинцово-кислотной батареи

Стю Олтман — технический редактор журнала Wing World Magazine
Отредактировано и перепечатано с разрешения

Аккумулятор для мотоциклов на 12 В состоит из пластикового корпуса, содержащего шесть ячеек. Каждая ячейка состоит из набора положительных и отрицательных пластин, погруженных в разбавленный раствор серной кислоты, известный как электролит, и каждая ячейка имеет напряжение около 2,1 В при полной зарядке.Шесть элементов соединены вместе, чтобы получить полностью заряженную батарею примерно на 12,6 вольт.

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

Как это работает

Позвольте мне сначала дать вам общую картину для тех, кто не очень ориентирован на детали. В основном, когда батарея разряжается, серная кислота в электролите истощается, так что электролит больше напоминает воду. В то же время сульфат кислоты покрывает пластины и уменьшает площадь поверхности, на которой может происходить химическая реакция.Зарядка меняет процесс, возвращая сульфат обратно в кислоту. Это вкратце, но читайте дальше, чтобы лучше понять. Если вы уже убежали из комнаты, крича и волоча за волосы, не волнуйтесь.

Электролит (серная кислота и вода) содержит заряженные ионы сульфата и водорода. Ионы сульфата заряжены отрицательно, а ионы водорода — положительно. Вот что происходит при включении нагрузки (фары, стартера и т. Д.). Ионы сульфата перемещаются к отрицательным пластинам и теряют свой отрицательный заряд.Оставшийся сульфат соединяется с активным материалом на пластинах с образованием сульфата свинца. Это снижает прочность электролита, а сульфат на пластинах действует как электрический изолятор. Избыточные электроны уходят с отрицательной стороны батареи через электрическое устройство и обратно к положительной стороне батареи. На положительном выводе батареи электроны устремляются обратно и принимаются положительными пластинами. Кислород в активном материале (диоксид свинца) реагирует с ионами водорода с образованием воды, а свинец реагирует с серной кислотой с образованием сульфата свинца.

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

Многие из вас, возможно, заметили, что батарея, используемая для запуска велосипеда, который просто не заводится, быстро достигает точки, в которой даже двигатель не заводится.Однако, если эту батарею оставить на некоторое время, она, кажется, оживает. С другой стороны, если вы оставите переключатель в положении «парк» на ночь (горят только пара маленьких лампочек), аккумулятор будет совершенно бесполезен утром, и никакие перерывы не приведут к его восстановлению. Почему это? Поскольку ток возникает в результате химической реакции на поверхности пластин, сильный ток быстро восстанавливает электролит на поверхности пластин до воды. Напряжение и ток будут снижены до уровня, недостаточного для работы стартера.Требуется время, чтобы большее количество кислоты диффундировало через электролит и достигло поверхности пластин. Это достигается за счет короткого периода отдыха. Кислота не расходуется так быстро, когда ток небольшой (например, для питания лампы заднего фонаря), а скорость диффузии достаточна для поддержания напряжения и тока. Это хорошо, но когда напряжение в конечном итоге падает, кислота больше не прячется за пределами ячейки, чтобы мигрировать к пластинам. Электролит в основном состоит из воды, а пластины покрыты изолирующим слоем из сульфата свинца.Теперь требуется зарядка.

Саморазряд

Одна не самая приятная особенность свинцово-кислотных аккумуляторов заключается в том, что они разряжаются сами по себе, даже если не используются. Общее практическое правило — норма саморазряда один процент в день. Эта скорость увеличивается при высоких температурах и уменьшается при низких температурах. Не забывайте, что ваше Gold Wing с часами, стереосистемой и радио CB никогда не выключается полностью. Каждое из этих устройств имеет «поддерживающую память», чтобы сохранить предварительные настройки радио и время, и эти воспоминания потребляют около 20 миллиампер или.020 ампер. Это будет высасывать из вашей батареи около получаса в день при температуре 80 градусов по Фаренгейту. Эта тяга, в сочетании со скоростью саморазряда, разряжает вашу батарею на 50 процентов за две недели, если велосипед оставить без присмотра и без седла.

Когда аккумулятор заряжается

Зарядка — это процесс, обращающий электрохимическую реакцию в обратном направлении. Он преобразует электрическую энергию зарядного устройства в химическую энергию. Помните, батарея не накапливает электричество; в нем хранится химическая энергия, необходимая для производства электроэнергии.

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

Многие люди думают, что внутреннее сопротивление аккумулятора велико, когда аккумулятор полностью заряжен, но это не так. Если вы задумаетесь, то вспомните, что сульфат свинца действует как изолятор. Чем больше сульфата на пластинах, тем выше внутреннее сопротивление аккумулятора. Более высокое сопротивление разряженной батареи позволяет ей принимать более высокую скорость заряда без выделения газов или перегрева, чем когда батарея почти полностью заряжена. При почти полной зарядке осталось не так много сульфата, чтобы поддерживать обратную химическую реакцию.Уровень зарядного тока, который может применяться без перегрева батареи или разрушения электролита на водород и кислород, известен как «естественная скорость поглощения батареи». Когда зарядный ток превышает эту естественную скорость поглощения, происходит перезаряд. Аккумулятор может перегреться, и электролит начнет пузыриться. Фактически, часть зарядного тока тратится впустую в виде тепла даже при правильных уровнях заряда, и эта неэффективность создает необходимость возвращать в батарею больше ампер-часов, чем было вытащено.Подробнее об этом позже.

Как долго прослужит моя батарея?

Есть много вещей, которые могут привести к выходу аккумулятора из строя или резко сократить срок его службы. Одна из таких вещей — позволить батарее оставаться в частично разряженном состоянии . Мы говорили о том, что сульфат образуется на поверхности пластин аккумулятора при разряде, а также сульфат образуется в результате саморазряда. Сульфат также быстро образуется, если уровень электролита упадет до точки, при которой пластины будут обнажены.Если позволить этому сульфату оставаться на пластинах, кристаллы станут больше и затвердеют до тех пор, пока их невозможно будет удалить загрузкой. Следовательно, количество доступной площади поверхности для химической реакции будет постоянно уменьшаться. Это состояние известно как «сульфатирование», и оно необратимо снижает емкость аккумулятора. Батарея на 20 ампер в час может начать работать как батарея на 16 ампер в час (или меньше), быстро теряя напряжение под нагрузкой и не в состоянии поддерживать достаточное напряжение во время проворачивания коленчатого вала для работы системы зажигания велосипеда.Это последнее условие очевидно, когда двигатель отказывается запускаться, пока вы не уберете палец с кнопки запуска. Когда вы отпускаете стартер, напряжение аккумулятора мгновенно поднимается до достаточного уровня. Поскольку двигатель все еще вращается на короткое время, при включенном зажигании зажигаются свечи зажигания. В следующей статье мы увидим, почему повышенное внутреннее сопротивление из-за сульфатирования приводит к снижению мощности, подаваемой на стартер.

Глубокая разрядка — еще один убийца батареи.Каждый раз, когда батарея глубоко разряжается, часть активного материала падает с пластин и падает на дно батарейного отсека. Естественно, остается меньше материала для проведения химической реакции. Если на дне корпуса скапливается достаточно этого материала, пластины закоротятся, и аккумулятор выйдет из строя.

Перезарядка — коварный убийца; его эффекты часто не очевидны для невиновного покупателя постоянного зарядного устройства за десять долларов, который оставляет его подключенным к батарее на длительные периоды времени.Https://www.batterystuff.com/battery-chargers/#mce_temp_url# заряжается с постоянной скоростью независимо от уровня заряда аккумулятора. Если эта скорость превышает естественную скорость поглощения батареи при полной зарядке, электролит начнет разрушаться и выкипать. Многие гонщики всю зиму хранят велосипед на зарядном устройстве, а весной обнаруживают, что аккумулятор практически разряжен. Кроме того, поскольку зарядка имеет тенденцию окислять положительные пластины, продолжающаяся перезарядка может привести к коррозии пластин или разъемов, пока они не ослабнут и не сломаются.

Недозаряд — это состояние, которое встречается на многих мотоциклах. Ваш регулятор напряжения настроен на поддержание напряжения вашей системы на уровне от 14 до 14,4 вольт. Если вы один из тех, кто ездит по автомагистралям между штатами, а ваш вольтметр показывает только 13,5 вольт, потому что вы сжигаете больше огней, чем рождественский дисплей Macy, вы должны знать, что этого напряжения достаточно для поддержания заряженной батареи, но недостаточно для полного заряда. перезарядить разряженный.

Помните, мы говорили, что газовыделение происходит, когда весь или большая часть сульфата свинца превращается обратно в свинец и диоксид свинца.Напряжение, при котором это обычно происходит, известное как напряжение газовыделения, обычно чуть выше 14 вольт. Если напряжение в вашей системе никогда не становится таким высоким, и если вы никогда не компенсируете это путем подключения к зарядному устройству дома, сульфат начнет накапливаться и затвердевать, как налет во рту. Считайте, что периодическая тщательная зарядка — это как хорошая чистка зубов нитью и зубной нитью. Если вы плохо соблюдаете гигиену полости рта, вы можете пойти к дантисту и попросить его взорвать и поскрести всю эту мерзость.Когда ваша батарея достигает этой стадии, это занавески!

Какой тип зарядного устройства и почему

Ваш генератор переменного тока и стандартное автомобильное зарядное устройство имеют много общего; они стремятся поддерживать постоянное напряжение. Вот проблема с попыткой быстро зарядить сильно разряженный аккумулятор любым из них. Помните, мы обсуждали, как при сильном потреблении тока батарея выглядит разряженной. Затем, когда кислота диффундирует через элементы, концентрация на поверхности пластин увеличится, и батарея вернется к жизни.

Аналогичным образом напряжение аккумулятора во время заряда увеличивается из-за концентрации кислоты, которая возникает на поверхности пластин. Если скорость заряда значительная, напряжение будет быстро расти. Конусное зарядное устройство или регулятор напряжения транспортного средства будут резко снижать скорость заряда, когда напряжение поднимается выше 13,5, но соизмеримо ли состояние заряда аккумулятора с напряжением? Нет! Опять же, требуется время, чтобы кислота распространилась по клеткам.

Несмотря на то, что напряжение может быть высоким, электролит на внешней стороне элементов все еще слаб, и батарея может быть на гораздо более низком уровне заряда, чем может указывать напряжение.Только после продолжительной зарядки при пониженном токе будет достигнута полная емкость. По этой причине вы не должны судить о состоянии заряда аккумулятора, измеряя напряжение во время зарядки. Проверяйте его только после того, как дайте батарее посидеть хотя бы час. Напряжение будет снижаться и стабилизироваться по мере того, как кислота распространяется по клеткам.

В течение последних нескольких лет несколько компаний разработали зарядные устройства, которые могут быстро заряжать разряженную батарею, а затем удерживать батарею под напряжением, которое не вызывает ее газообразования и не допускает саморазряда.Их иногда называют «умными зарядными устройствами» или многоступенчатыми зарядными устройствами. Вот как они работают.

Мы сказали, что аккумулятор может принимать гораздо более высокую скорость заряда, когда он частично разряжен, чем когда он почти полностью заряжен. Эти многоступенчатые зарядные устройства используют этот факт, начиная заряд с постоянным током или в режиме «объемной зарядки». Обычно они обеспечивают заряд от 650 мА до 1,5 А, в зависимости от марки и модели. Этот объемный заряд остается постоянным (или должен быть) до тех пор, пока напряжение аккумулятора не достигнет 13.5 вольт, что позволяет аккумулятору поглотить большее количество заряда за короткое время и без повреждений. Затем зарядное устройство переключается на постоянное напряжение или «абсорбционный» заряд.

Идея состоит в том, чтобы позволить батарее поглотить последние 15 процентов своего заряда с естественной скоростью поглощения, чтобы предотвратить чрезмерное выделение газа или нагрев. Наконец, эти зарядные устройства переключаются в «плавающий» режим, в котором напряжение аккумулятора поддерживается на уровне, достаточном для предотвращения разрядки, но недостаточном для возникновения перезарядки.Различные компании в целом расходятся во мнениях относительно того, каким должно быть это напряжение холостого хода, но обычно оно составляет от 13,2 до 13,4 вольт. Фактически, напряжение холостого хода должно иметь температурную компенсацию от 13,1 вольт при 90 градусах по Фаренгейту до 13,9 вольт при 50 градусах. Большинство очень дорогих многоступенчатых зарядных устройств высокой мощности для использования с более крупными батареями для жилых автофургонов имеют температурную компенсацию, но, насколько мне известно, ни одно из мотоциклетных устройств не работает; они используют компромиссную настройку с плавающей запятой.

Итак, я могу просто установить его и забыть, верно? Не совсем так.Во-первых, вам нужно время от времени проверять уровень жидкости в аккумуляторе (если только у вас нет герметичного аккумулятора). Еще одна проблема — это проба батареи. Даже если его удерживать на уровне 13 вольт, постоянное напряжение позволит аккумулятору со временем начать сульфатироваться. Для большинства этих устройств я рекомендую отключать зарядное устройство от сети не реже одного раза в 60 дней во время сезонного хранения. Дайте батарее отдохнуть пару дней, а затем снова подключите зарядное устройство.

Все еще здесь?

Если вы все еще читаете это, вы настоящий солдат.Я понимаю, что эта тема может сбивать с толку или даже скучать, но наберись духа; Я легкомысленно относился к тебе. Остается гораздо больше невысказанного, чем то, что здесь показано. Это были «Лучшие хиты Battery». Я надеюсь, что этого было достаточно, чтобы заинтересовать вас, не отправляя вас в информационную перегрузку, и, возможно, теперь, когда вы знаете, сколько способов сократить срок службы батареи, вы знаете, почему никто не может предсказать, как долго прослужит батарея. Многие гонщики, которые считают, что отлично заботятся о своих батареях, на самом деле убивают их добротой.

Выберите зарядное устройство

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

Свинцово-кислотная технология »Электроника

Как работает свинцово-кислотная аккумуляторная батарея — ознакомьтесь с технологией, принципом действия, преимуществами и конструкцией свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

---

Аккумуляторная технология Включает:
Обзор аккумуляторной технологии Определения и термины батареи NiCad NiMH Литий-ионный Свинцово-кислотные

---

Свинцово-кислотные батареи дешевы, удобны и подходят для многих аккумуляторных систем.Они, вероятно, наиболее известны своим использованием в транспортных средствах, где они обеспечивают питание всего, от запуска до электроники и многого другого.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи имеют много преимуществ для автомобильной и многих других областей применения: они обладают большим током и устойчивостью к скачкам напряжения, что идеально при использовании для запуска двигателей внутреннего сгорания.

Свинцово-кислотные батареи — это хорошо зарекомендовавшая себя технология, и их можно легко производить с использованием относительно низкотехнологичного оборудования.

Основные сведения о свинцово-кислотных аккумуляторах: как они работают

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

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

Все эти компоненты содержатся в пластиковом контейнере, который удерживает электролит и аккумулятор вместе.

Батарея в целом обычно состоит из нескольких последовательно соединенных ячеек для обеспечения необходимого напряжения, поскольку каждая ячейка способна обеспечить ЭДС 2,1 вольт.

Чтобы основной свинцово-кислотный элемент мог вырабатывать напряжение, он должен сначала получить заряд.Приложенное для этого напряжение должно быть больше 2,1 вольт, чтобы ток мог протекать в ячейку. Если бы оно было меньше этого, заряд действительно вытекал бы из него.

После зарядки элемент или батарея сможет обеспечивать заряд внешних цепей, часто работая в течение нескольких часов в зависимости от разряда элемента или батареи.

Саморазряд свинцово-кислотных аккумуляторов

Характеристики саморазряда свинцово-кислотных аккумуляторов относительно хорошие.При комнатной температуре 20 ° C скорость саморазряда составляет около 3% в месяц> Теоретически свинцово-кислотный аккумулятор может храниться до 12 месяцев без подзарядки. Однако при более высоких температурах саморазряд выше. При 30 ° C саморазряд увеличивается, и через 6 месяцев потребуется подзарядка. Если в течение некоторого времени уровень заряда батареи упадет ниже 60%, это приведет к сульфатации.

Сульфатирование — это процесс, снижающий емкость свинцово-кислотных аккумуляторов. При нормальном использовании образуются маленькие кристаллы сульфата, но они нормальны и не вредны.Однако во время длительного отсутствия заряда аморфный сульфат свинца превращается в стабильный кристалл и осаждается на отрицательных пластинах. Это приводит к развитию крупных кристаллов, которые уменьшают количество активного материала внутри ячейки и приводят к уменьшению емкости внутри ячейки.

Свинцово-кислотный аккумулятор: преимущества и недостатки

Хотя свинцово-кислотные батареи широко используются, поскольку они имеют ряд явных преимуществ, они также имеют несколько основных недостатков.Все это необходимо учитывать при принятии решения о том, использовать эту технологию или нет.

Свинцово-кислотный аккумулятор Преимущества

• Зрелые технологии
• Относительно дешево в производстве и покупке (они обеспечивают самую низкую стоимость единицы емкости для перезаряжаемых элементов)
• Большой ток
• Может использоваться в различных областях применения
• Терпимость к жестокому обращению
• Допускается перезарядка
• Доступен широкий диапазон размеров и спецификаций
• Многие производители по всему миру

Свинцово-кислотный аккумулятор Недостатки

• Выход из строя через несколько лет Срок службы обычно 300-500 циклов
• Не всегда можно использовать в различных ориентациях
• Едкий электролит (может вызвать ожоги людей и коррозию металлоконструкций)
• Свинец не является экологически чистым
• Кислота требует осторожного обращения
• Не подходит для быстрой зарядки
• После введения электролита необходимо хранить в заряженном состоянии
• Типичная эффективность зарядки всего около 70%

Свинцово-кислотная батарея очень хорошо зарекомендовала себя.Он используется более 150 лет и в настоящее время является одной из опор автомобильной промышленности. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея отличается высокой токовой нагрузкой, низкой стоимостью и устойчивостью к неправильному обращению. Это делает его идеальным для многих приложений. Однако с переходом к более экологически чистым источникам энергии за электромобилями теперь, похоже, будущее, поскольку производители и законодательство указывают на постепенный отказ от двигателей внутреннего сгорания. Для электромобилей литий-ионная технология обеспечивает лучшую производительность, они более экологически приемлемы и обладают производительностью, позволяющей электромобилям добиться успеха.Таким образом, свинцово-кислотные батареи, вероятно, будут использоваться значительно реже.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Часть 1: Как работают свинцово-кислотные батареи

Устройство и работа

Большинство свинцово-кислотных аккумуляторов имеют положительный электрод (анод), сделанный из сплава свинца и сурьмы с вдавленным в него оксидом свинца (IV), хотя в аккумуляторах, рассчитанных на максимальный срок службы, используется сплав свинца и кальция.Отрицательный электрод (катод) сделан из чистого свинца, и оба электрода погружены в серную кислоту.

Когда аккумулятор разряжается, образуется вода, которая разбавляет кислоту и снижает ее удельный вес. При зарядке образуется серная кислота, и удельный вес электролита увеличивается. Удельный вес может быть измерен с помощью ареометра и будет иметь значение около 1,250 для заряженного элемента и 1,17 для разряженного элемента, хотя эти значения будут варьироваться в зависимости от марки аккумулятора.Удельный вес также зависит от температуры батареи и вышеуказанных значений или для батареи при температуре 15 ° C.

Удельный вес определяется как:

Химические реакции, происходящие во время зарядки и разрядки, представлены на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1: Зарядка. Оксид свинца (IV) образуется на аноде, чистый свинец образуется на катоде, а серная кислота выделяется в электролит, вызывая увеличение удельного веса.

Рисунок 2: Выгрузка.Сульфат свинца образуется на обоих электродах, а серная кислота удаляется из электролита, вызывая снижение удельного веса.

Если свинцово-кислотные аккумуляторы чрезмерно разряжены или остаются в разряженном состоянии на длительное время, затвердевший сульфат свинца покрывает электроды и не удаляется во время перезарядки. Такие отложения снижают эффективность и срок службы батарей. Избыточная зарядка может привести к утечке электролита в виде газов.

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

• Пусковая батарея s — Используется для запуска и работы двигателей, они могут обеспечивать очень большой ток за очень короткое время, разряжаясь примерно на 2-5%.При глубоком цикле работы эти батареи быстро разрушаются и выходят из строя после 30–150 циклов, но при правильном использовании должны прослужить очень долго.
• Батареи глубокого цикла — Используются для хранения электроэнергии в автономных энергосистемах (например, солнечная энергия, мини-гидроэлектростанции), для аварийного резервного питания и электромобилей. Эти батареи рассчитаны на разряд до 80% своей емкости за тысячи циклов зарядки и разрядки. Истинные батареи глубокого цикла имеют твердые свинцовые пластины, однако многие батареи, у которых нет твердых пластин, называются полувысоким циклом.
• Морские батареи — Обычно гибридные батареи, которые находятся между батареями глубокого цикла и пусковыми батареями, хотя некоторые из них являются настоящими батареями глубокого разряда. гибридные батареи не должны разряжаться более чем на 50%.

Типы батарей глубокого разряда

• Flooded — Эти батареи имеют обычный жидкий электролит. Стандартные типы имеют съемные колпачки, чтобы можно было разбавить электролит и измерить удельный вес. Такие батареи поставляются сухими, и вы добавляете дистиллированную воду.Стандартные залитые батареи дешевы, и если их постоянно заряжать, они не слишком чувствительны к высоким зарядным напряжениям. Герметичные батареи поставляются предварительно залитыми и имеют фиксированные клапаны, позволяющие выходить газам во время использования, однако они все равно будут протекать, если их перевернуть, и электролит не может быть пополнен, так что чрезмерная зарядка приведет к повреждению.
• Гелеобразный электролит — Электролит представляет собой желе, поэтому не протекает. Электролит нельзя разбавлять, поэтому следует избегать чрезмерной зарядки, и эти батареи могут прослужить только 2 или 3 года в жарком климате, хотя при хорошем уходе они могут прослужить 5 лет.
• Батареи с абсорбируемым стеклянным матом (AGM) — Электролит удерживается между пластинами, поглощенными тонким боросиликатным матом. Подобно батареям с гелевым электролитом, они не пропускают кислоту, но они могут выдерживать более неаккуратное обращение и менее чувствительны к перезарядке, поскольку они предназначены для удержания выходящих газов. Аккумуляторы AGM также могут работать 30 дней в полностью разряженном состоянии и при этом успешно заряжаться. Основным недостатком этих батарей является то, что они стоят в 2–3 раза дороже, чем залитые батареи.

Руководство по свинцово-кислотным батареям

Что такое аккумуляторная кислота?

Аккумуляторная кислота может относиться к любой кислоте, используемой в химическом элементе или аккумуляторе, но обычно этот термин описывает кислоту, используемую в свинцово-кислотных аккумуляторах, например, в автомобилях.

Кислота для автомобильных или автомобильных аккумуляторов — это 30-50% серная кислота (H ₂ SO ₄ ) в воде. Обычно кислота имеет мольную долю серной кислоты 29% -32%, плотность 1.25–1,28 кг / л и концентрации 4,2–5 моль / л. Аккумуляторная кислота имеет pH примерно 0,8.

Строительство и химическая реакция

Свинцово-кислотная батарея состоит из двух свинцовых пластин, разделенных жидкостью или гелем, содержащим серную кислоту в воде. Аккумуляторная батарея заряжается и разряжается химическими реакциями. Когда батарея используется (разряжена), электроны перемещаются от отрицательно заряженной свинцовой пластины к положительно заряженной пластине.

Отрицательная реакция пластины:

Pb (s) + HSO ₄ ^— (водн.) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (водн.) + 2 e ^—

Положительная реакция пластины:

PbO ₂ (с) + HSO ₄ ^— + 3H ⁺ (водный) + 2 e ^— → PbSO ₄ (с) + 2 H ₂ O (л)

Что можно объединить, чтобы записать общую химическую реакцию:

Pb (s) + PbO ₂ (s) + 2 H ₂ SO ₄ (водн.) → 2 PbSO ₄ (s) + 2 H ₂ O (л)

Зарядка и разрядка

Когда аккумулятор полностью заряжен, отрицательная пластина — это свинец, электролит — концентрированная серная кислота, а положительная пластина — диоксид свинца.Если аккумулятор чрезмерно заряжен, при электролизе воды образуется газообразный водород и газообразный кислород, которые теряются. Некоторые типы батарей позволяют добавлять воду, чтобы восполнить потерю.

Когда аккумулятор разряжен, в обратной реакции образуется сульфат свинца на обеих пластинах. Если аккумулятор полностью разряжен, в результате образуются две идентичные пластины сульфата свинца, разделенные водой. На этом этапе аккумулятор считается полностью разряженным и не может восстановиться или снова зарядиться.

Battery 101: как работает автомобильный аккумулятор?

Вашему автомобилю, как и пульту дистанционного управления от телевизора или необычной электрической зубной щетке, для работы необходим аккумулятор.Когда он умирает, ваша машина не заводится, и вы либо застрянете, либо застрянете дома. Вы знаете, что автомобильный аккумулятор важен, но действительно ли вы понимаете, как он питает ваш двигатель, фары и радио? Следуйте инструкциям, пока мы разберем сложности с аккумулятором и объясним, как работают автомобильные аккумуляторы! Если знания — это сила, вы будете в отличной форме.

Что такое аккумулятор?

Прежде чем углубляться в детали автомобильных аккумуляторов, давайте посмотрим, как аккумуляторы в целом работают.По словам сотрудников НАСА, аккумулятор — это «устройство, преобразующее химическую энергию в электричество». Батареи состоят из ячеек. Эти клетки и содержат настоящую энергию. Они накапливают химическую энергию и по команде преобразуют ее в электрическую. Это то, что питает ваши устройства, от пульта телевизора до электрической зубной щетки.

Как работают автомобильные аккумуляторы?

Большинство автомобильных аккумуляторов основываются на свинцово-кислотной химической реакции, которая заставляет вещи двигаться и обрабатывать канавки.Эти батареи относятся к категории «SLI». SLI означает «запуск, освещение и зажигание». Этот тип батареи обеспечивает короткие всплески энергии для питания ваших фонарей, аксессуаров и двигателя. Как только аккумулятор пробуждает двигатель к жизни, питание для автомобиля подается от генератора. Большинство автомобилей поставляются с заводской стандартной батареей SLI. Узнайте больше о других типах автомобильных аккумуляторов.

Как работают автомобильные аккумуляторы

1. Типичная батарея SLI состоит из шести ячеек.Каждая ячейка имеет две пластины или решетки: одна сделана из свинца, другая — из диоксида свинца. Каждая ячейка способна производить около 2 вольт энергии. В большинстве автомобильных аккумуляторов есть шесть ячеек и, следовательно, 12-вольтовая батарея.
2. Пластины погружены в серную кислоту, которая вызывает реакцию между двумя пластинами. С научной точки зрения кислота действует как катализатор.
3. Эта кислота вызовет реакцию на пластине диоксида свинца, в результате чего пластина будет производить два вещества: ионы и сульфат свинца.
4. Ионы, производимые пластиной из диоксида свинца, реагируют с соседней пластиной с образованием водорода и сульфата свинца.
5. Результат — химическая реакция, в которой образуются электроны. Электроны бегают по пластинам и вырабатывают электричество. Электричество вытекает из клемм аккумулятора, чтобы запустить двигатель, включить фары и включить радио.
6. Эта химическая реакция полностью обратима, поэтому вы можете быстро запустить аккумулятор и продолжать заряжать его на протяжении всего срока службы.При подаче тока на батарею с правильным напряжением на пластинах образуются свинец и диоксид свинца, и вы можете повторно использовать батарею снова и снова!

Нужен ли мне новый автомобильный аккумулятор?

Вы могли бы! Несмотря на то, что свинцово-кислотные батареи чрезвычайно надежны, несмотря на перепады температуры, движение и стесненные условия под вашим капотом, типичный аккумулятор прослужит всего около трех-пяти лет.Воспользуйтесь нашим виртуальным тестером аккумулятора и посмотрите, сколько заряда осталось в аккумуляторе вашего автомобиля. Или зайдите в ближайший к вам сервисный центр Firestone Complete Auto Care, чтобы быстро и бесплатно проверить аккумулятор. Мы обеспечим бесперебойную работу вашего автомобиля и дольше с помощью простого профилактического осмотра.

Как работают герметичные свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи используются с 1859 года, когда их изобрел Гастон Планте. Они продолжают сражаться как пожилые люди, несмотря на окружающие их передовые технологии.Вы спросите, почему? Потому что у нас было время их усовершенствовать. Кроме того, они очень дешевы, учитывая то, что они делают. Герметичные свинцово-кислотные батареи (SLA) по-прежнему следуют исходным принципам Планте, хотя и являются более совершенными.

Сетевая структура свинцово-кислотных аккумуляторов

Схема SLA

: KVDP: CC 3.0

Серебристая сетка состоит из свинца. Ну, не совсем точно, потому что чистый свинец слишком мягкий и может разрушиться.

Соответственно, производители аккумуляторов укрепляют структуру с помощью добавок, которые также улучшают электрические характеристики.Наиболее распространены олово, сурьма, селен и кальций. Затем они добавляют раствор серной кислоты / воды в качестве электролита, чтобы завершить базовую конструкцию.

Что отличает герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

Перезаряженная вентилируемая батарея: Дейл Махалко: CC 3.0

Обычные свинцово-кислотные батареи постоянно испаряют воду в растворе серной кислоты через вентиляционные отверстия. В конечном итоге они умирают, если мы не доливаем их регулярно аккумуляторной водой.

Инженеры

устранили эту рутину технического обслуживания, создав герметичные свинцово-кислотные батареи.

Однако на самом деле они не полностью закрыты. Потому что им по-прежнему нужны выпускные клапаны для сброса давления при зарядке и быстрой разрядки. На изображении слева показано соглашение об уровне обслуживания, которое «перекипело» из-за завышенной цены.

Однако реальная разница заключается в электролите. Он находится в жидкой форме в основных свинцово-кислотных аккумуляторах, в то время как в герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах используется полутвердый раствор в сепараторе. Этот сепаратор может иметь форму пропитанного стекловолокном мата. В качестве альтернативы производитель может добавить агент гелеобразования кремнезема.

Выдающийся успех свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы по-прежнему составляют более 40% продаж аккумуляторов во всем мире. У них хорошее соотношение цены и качества, и они делают свою работу без суеты. В то время как многие герметичные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи просты в использовании на автомобильных стартерах, другие обеспечивают расширенную поддержку в больницах и вышках сотовой связи. Еще больше компаний предоставляют безупречные услуги в быту, системах сигнализации, отдыха, медицины, спорта и ИБП. Точно так же, как те, которые мы рекламируем здесь, на нашем веб-сайте.

Связанные

Как заменить батареи… Элитный теннисный мяч

Секреты герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов

Изображение для предварительного просмотра: Приложение UPS

DoITPoMS — Батарейки библиотеки TLP

Свинцово-кислотная батарея — самая используемая батарея в мире. Наиболее распространенным является аккумулятор SLI, используемый в автомобилях для двигателя S tarting, транспортного средства L и двигателя I gnition, однако он имеет много других применений (например, устройства связи, системы аварийного освещения и электроинструменты). к его дешевизне и хорошему исполнению.

Впервые он был разработан в 1860 году Раймоном Гастоном Планте. Полоски свинцовой фольги с грубой тканью между ними скручивали по спирали и погружали в 10% -ный раствор серной кислоты. Ячейка была усовершенствована путем первоначального покрытия свинца оксидами, а затем путем формирования пластин из оксида свинца путем нанесения оксидной пасты на сетки. Электроды также были заменены на трубчатые.

Краткие характеристики (для SLI аккумулятора)

Напряжение: 2 В

Характеристики разряда: Обычно довольно изогнутый, особенно при более высокой скорости разряда.Лучшая производительность при прерывистой разрядке.

Срок службы: несколько лет

Химия

Свинцово-кислотная батарея использует свинец в качестве анода и диоксид свинца в качестве катода с кислотным электролитом.

Во время разряда внутри элемента происходят следующие реакции полуэлемента:

На аноде: Pb + HSO ₄ ^— → PbSO ₄ + H ⁺ + 2e ^—

На катоде: PbO ₂ + 3H ⁺ + HSO ₄ ^— + 2e ^— → PbSO ₄ + 2H ₂ O

Всего: Pb + PbO ₂ + 2H ₂ SO ₄ → 2PbSO ₄ + 2H ₂ O

В процессе зарядки реакции на каждом электроде меняются местами; анод становится катодом, а катод становится анодом.

Газообразование

Во время зарядки, учитывая высокое напряжение, вода диссоциирует на двух электродах, и легко образуются газообразные продукты водорода и кислорода, что приводит к потере электролита и потенциально взрывоопасной ситуации. Герметичные батареи становятся более безопасными, позволяя газам рекомбинировать внутри элемента.

Сульфатирование

При определенных обстоятельствах продукты сульфата свинца на обоих электродах переходят в необратимое состояние, что очень затрудняет процесс перезарядки.

Строительство




Свинец

Чистый свинец слишком мягкий для использования в качестве материала сетки, поэтому обычно свинец упрочняется добавлением 4-6% сурьмы. Однако во время работы батареи антиномия растворяется и перемещается к аноду, где изменяет напряжение элемента. Это означает, что потребление воды в ячейке увеличивается, и необходимо частое техническое обслуживание. Есть два возможных решения этой проблемы:

(1) При использовании менее 4% потребление воды аккумулятором снижается, однако затем необходимо добавить небольшие количества других элементов, таких как сера, медь, мышьяк и селен.Они действуют как измельчители зерна, уменьшая размер зерна свинца и тем самым увеличивая его твердость и прочность.

(2) Щелочноземельные металлы, такие как кальций, могут использоваться для придания жесткости свинцу. Это часто используется для телефонных приложений и для автомобильных аккумуляторов, не требующих обслуживания, поскольку требуется более стабильный аккумулятор. Типичный сплав содержит 0,03–0,10% кальция и 0,5–1,0% олова (для улучшения механических и коррозионных свойств).

Функция сетки — удерживать активный материал и проводить электричество между активным материалом и выводами батареи.Конструкция представляет собой простую решетчатую структуру с «выступом» или «выступом» для подключения к клеммной колодке.

Литье в «книжную форму» — наиболее распространенный способ изготовления сетки. Постоянные стальные формы изготавливаются из блоков путем механической обработки. Формы закрывают и заполняют расплавленным свинцом, достаточным для заполнения формы, оставляя некоторый излишек для образования литника, который затем удаляется путем резки или штамповки. Сетки также могут быть сформированы механической обработкой, путем вырезания глубоких канавок в листе стали или путем свертывания гофрированных полос и вставки их в отверстия в литой пластине, см. TLP «Формование металла».

Оксид свинца

Свинец можно окислить двумя способами: в котле Бартона и в шаровой мельнице.

• Котел Бартона: тонкая струя расплавленного свинца помещается в нагретый сосуд. Каждая капля реагирует с воздухом, образуя оксидный слой, в результате чего получается 70-85% оксида свинца.
• Шаровая мельница: Кусочки свинца помещаются во вращающуюся механическую мельницу, в результате чего образуются тонкие свинцовые хлопья, которые затем окисляются на воздухе и удаляются. Это также дает 75-80% оксида свинца.

Красный свинец (Pb ₃ O ₄ ) также может быть добавлен к PbO, полученному этими методами, поскольку он более проводящий. Его получают из PbO путем обжига в потоке воздуха. Этот процесс также увеличит процентное содержание оксида свинца в материале.

Оксид смешивают с водой, серной кислотой и миксером, а затем перемешивают до образования пасты. Затем он объединяется с сеткой путем экструзии с образованием пластины. Паста вдавливается машиной в промежутки сетки.Их частично просушивают, затем складывают для отверждения. В процессе отверждения паста превращается в связное пористое твердое вещество. Наиболее типичной формой отверждения является «гидропереработка»: сетку оставляют при низкой температуре и влажности (25–40 ° C и 8–20% H ₂ O) на период от 24 до 72 часов.

Сборка

Простейшая ячейка будет состоять из одной катодной пластины, одной анодной пластины и разделителя между ними.

No related posts.