Конструкция, характеристики и области применения герметичных аккумуляторов
Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы получили широкое применение в системах охранной сигнализации, системах пожарной безопасности, приборах аварийного освещения, в различных контрольно-измерительных приборах, кассовых аппаратах, электронных весах, резервных источниках питания телекоммуникационных систем, источниках бесперебойного питания компьютеров и систем видеонаблюдения, детских электромобилях, легкомоторной технике в качестве бортового аккумулятора и электрифицированных инвалидных креслах.
Отличительные качества герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторных батарей
Сфера применения герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов очень велика за счёт простоты обслуживания подобных аккумуляторов и большого разнообразия корпусного оформления батарей, а также богатого выбора ёмкостей аккумуляторов от единиц (1,2 А * ч) до десятков ампер-часов (24 и 38 А * ч).
Номинальные напряжения герметичных свинцово-кислотных батарей: 2, 4, 6, 12 Вольт. Наиболее распространены аккумуляторы на номинальное напряжение 6 и 12 вольт.
Аккумуляторы на 6 Вольт обычно используются в детских электромобилях.
Особенность герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов заключается в том, что электролит в них не жидкий, а гелеобразный. Корпус аккумуляторов герметичен. Эти качества позволяют использовать аккумуляторную батарею в любом положении, не боясь утечки электролита. Гелиевые кислотно-свинцовые батареи не требуют периодического пополнения электролита.
Кроме перечисленных качеств герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы не боятся глубокого разряда, могут длительное время храниться в заряженном состоянии при малом токе саморазрядки. Также гелиевые аккумуляторы лишены “эффекта памяти”.
За счёт использования электродов из эффективного свинцово-кальциевого сплава аккумуляторные батареи имеют длительный срок службы и работоспособны при интервале температур от -20 0 С до +50 0 C.
Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы пригодны и в радиолюбительской практике для резервирования питания различных самодельных электронных приборов.
Максимальный пятисекундный ток разрядки герметичного аккумулятора может достигать 360 Ампер! (у аккумуляторов ёмкостью 38 А * ч и номинальным напряжением 12 вольт).
Зарядное напряжение при циклическом режиме работы (для 12 вольтовых аккумуляторов) составляет 14,4 – 15 Вольт. Для резервного режима 13,5 – 13,8 Вольт (такой режим используется в автоматических охранных и пожарных системах).
Конструкция герметичного свинцово-кислотного аккумулятора
Конструкция герметичного аккумулятора мало отличается от традиционной. Корпус батареи изготавливается из ударопрочной пластмассы и разделён на отдельные секции (“банки”).
Катодные и анодные пластины разделены сепараторами из стекловолокна. Основная составляющая электролита – серная кислота . В верхней части крышки аккумулятора размещены резиновые перепускные клапаны по одному на секцию. Клапаны служат для удаления газа, который может образоваться во время работы. Сверху перепускные клапаны плотно закрыты съёмной пластмассовой крышкой.
Снаружи аккумулятора выводятся два пластинчатых электрода – “ + ” и “—”. Плюсовой вывод помечен красным квадратом, а минусовой – чёрным. Электроды представляют собой ответную часть самофиксирующегося разъёма и изготавливаются из латуни.
Недостатки герметичных аккумуляторных батарей
На практике бывало, что герметичная батарея “раздувалась”, деформировался пластмассовый корпус аккумулятора, хотя аккумулятор сохранял свою работоспособность. Связано это с избыточным выделением газа или c производственным браком перепускных клапанов.
Несмотря на корпус из ударопрочного пластика не стоит надеяться на его надёжность. Если на корпусе аккумулятора есть трещины и сколы, то вскоре сквозь эти трещины начнёт просачиваться электролит, особенно если трещина на донной части корпуса. Так как электролит в герметичных батареях в виде геля, то утечка электролита слабая. Утечку электролита можно предотвратить, плотно заклеив трещину в корпусе, например скотчем. Работоспособность аккумулятора при таком дефекте, как правило, сохраняется.
Будьте осторожны – электролит вреден для кожи рук, особенно если на кожном покрове есть раны! Используете для рук защитные средства!
Как уже говорилось, для герметичных аккумуляторов не страшен глубокий разряд, и батарея восстанавливает свою работоспособность после последующей зарядки. Несмотря на это лучше использовать блоки бесперебойного питания с автоматической защитой от глубокого разряда.
Нередки случаи окисления выводов питания аккумуляторных батарей. Связано это с тем, что ответные контактные разъёмы приборов выполнены из металлов, образующих гальваническую пару, что и приводит к образованию “кораллов” – сильному окислу контактов.
Маркировка герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов
На корпусах герметичных аккумуляторных батарей, как правило, указаны основные характеристики, правда, в основном на английском языке:
“GS 7-12” – аккумуляторная батарея ёмкостью 7 Ампер-часов и номинальным напряжением 12 Вольт.
“SEALED LEAD-ACID BATTERY” — герметичная свинцово-кислотная батарея.
“Constant voltage charge” — постоянное напряжение заряда при:
“Standby use: 13,5-13,8 V” — резервном режиме: 13,5-13,8 Вольт
“Cycle use: 14,4-15 V” — циклическом режиме: 14,4-15 Вольт
“Initial current: 2,1 A max ” — начальный зарядный ток: 2,1 Ампер максимум.
Серийный выпуск и массовая эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторных батарей были начаты еще в конце 19 века. В начале 20 века они начали широко применяться в автомобилях, развивая далее сферу своего применения, легко перешагнули рубеж тысячелетия и до сих пор продолжают оставаться надежными, долговечными, не требующими высоких эксплуатационных затрат и относительно дешевыми источниками энергии.
Аккумулятор — это химический источник тока, способный многократно преобразовывать химическую энергию в электрическую и аккумулировать, запасать ее на длительное время. Упрощенно аккумулятор можно представить следующим образом: два электрода, в виде пластин, помещены в раствор серной кислоты с плотностью 1,27-1,29 г/см 3 . При этом положительный электрод выполнен из двуокиси свинца (PbO2), а отрицательный из свинца (Pb). При прохождении тока между ними протекают окислительно-восстановительные реакции.
При разряде происходит химическая реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет изменять свой химический состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат свинца — PbSO4), а плотность электролита начнет падать. В результате внутри батареи образуется направленное движение ионов и в цепи потечет электрический ток. При заряде аккумулятора происходит обратный процесс — направление тока меняется на противоположное, активные массы восстанавливают свой первоначальный химический состав, а плотность электролита растет. Процесс этот, называемый циклом, может быть многократным. Количество запасаемой при этом электрической энергии зависит от площади активного взаимодействия электродов и электролита и его объема. Номинальное напряжение, вырабатываемое таким аккумулятором, составляет 2 вольта. Для получения большего значения напряжения одиночные аккумуляторы соединяют последовательно. Например: 12-ти вольтовый аккумулятор состоит из шести аккумуляторов, последовательно соединенных в общем корпусе .
По конструкции свинцово-кислотные аккумуляторы бывают обслуживаемые и необслуживаемые. Обслуживаемые требуют в процессе эксплуатации определенного ухода (контроля уровня и плотности электролита). Необслуживаемые — являются герметичными (точнее, герметизированными), работают в любом положении и не требуют ухода.
В международной интерпретации принято обозначение в виде SEALED LEAD ACID BATTERY (герметичная свинцово-кислотная батарея) или сокращенно SLA, а также VRLA — Valve Regulated Lead Acid (свинцово-кислотные с регулируемым клапаном) батареи, имеющие сернокислый электролит в виде геля или связанная в стекловолокне (AGM). Такие аккумуляторные батареи имеют более высокие электрические и эксплуатационные параметры.
Применение такие батареи находят в качестве резервных источников в системах сигнализации и охраны и медицинском оборудовании. Однако самое широкое применение они имеют в источниках бесперебойного питания (ИБП), а также в системах автономного электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии.
Есть следующие основные типы свинцовых аккумуляторных батарей, которые можно применять в системах автономного электроснабжения:
- стартерные — все вы их прекрасно знаете, требуют обслуживания и вентиляции. Имеют высокий саморазряд.
- AGM — эти герметизированные, необслуживаемые батареи не требуют вентилируемого помещения для установки. Недорогие батареи AGM типа прекрасно работают в буферном режиме, т.е. в режиме подзарядки. В таком режиме служат до 10-15 лет. Если же их использовать в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать на хотя бы 30% от емкости), то их срок службы существенно сокращается.
AGM батареи общего назначения обычно используются в недорогих бесперебойниках (UPS ); вообще UPS предназначены для аварийного завершения работ, а не для питания нагрузки в постоянном режиме. Поэтому, учитывая что обычно они стоят в офисах, там и ставят AGM батареи. Если АБ и выйдет из строя преждевременно, все же это во многих случаях дешевле, чем риск потери информации и результатов работы. Нельзя заряжать AGM аккумуляторы током более 0,3С, иначе они могут вспучиться.
Для резервных систем электроснабжения необходимо применять AGM батареи глубокого разряда, в которых применены специальные технологии, увеличивающие их срок службы в цикличных режимах работы. - Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Также, они лучше переносят сильные морозы. Снижение емкости при понижении температуры аккумуляторов меньше, чем у других типов аккумуляторов. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения, когда батареи работают в циклических режимах (заряжаются и разряжаются каждый день) и нет возможности поддерживать температуру аккумуляторов в оптимальных пределах. Гелевые батареи немного дороже AGM батарей и тем более стартерных.
Почти все герметичные аккумуляторы могут устанавливаться на боку.
Гелевые аккумуляторы тоже отличаются по назначению — есть как общего назначения, так и глубокого разряда. - тяговые — предназначены для цикличных режимов. Более подходят для автономных систем энергоснабжения). Но и значительно дороже стартерных и гелевых АБ , обычно имеют жидкий электролит, требуют обслуживания и вентилируемого помещения для эксплуатации.
- Есть еще специальные «солнечные» — специально разработаны для «тяжелых» цикличных режимов. Лучше всего работают заливные батареи с намазными пластинами (серия OPzS).
Эти батареи спроектированы специально для использования в системах автономного электроснабжения. «Солнечные » батареи в России пока не очень распространены, фирмы их возят на заказ до 3 месяцев, и стоят они гораздо дороже.
Имеют пониженное газовыделение. Допускают много циклов заряд-разряда до 60% от номинальной емкости без повреждения и значительного сокращения срока службы. - Есть и вариант с герметичным исполнением — серия OPzV. Эти аккумуляторы имеют трубчатые электроды намазного типа и гелевый электролит. В последнее время появились китайские аккумуляторы такого типа, цена их значительно меньше европейских и американских. Такие аккумуляторы выпускаются как отдельные банки напряжением 2 В емкостью от 200 Ач и выше. Есть также и батареи напряжением 6 и 12 В емкостью до 260 А*ч. По цене цикла аккумуляторы OPzV являются самыми оптимальными, цена цикла дешевле, чем у гелевых и тяговых аккумуляторов, они не требуют обслуживания и замена нужна гораздо реже (что тоже снижает стоимость эксплуатационных расходов).
Ниже приведена более подробная информация по герметизированным аккумуляторам.
Аккумуляторные батареи с технологией AGM
AGM батареи — герметичные, необслуживаемые, не требуют вентилируемого помещения для установки. Батареи AGM прекрасно работают в буферном режиме, т.е. в режиме подзарядки. В таком режиме служат до 10-12 лет (батареи напряжением 12В) или даже до 18 лет (батареи напряжением 2В). Если же их использовать в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать на хотя бы 30%-40% от емкости), то их срок службы сокращается. Смотрите замечания по определению срока службы аккумуляторов.
AGM аккумуляторы обычно используются в резервных системах электроснабжения, т.е. там, где батареи в основном находятся на подзаряде, и иногда, во время перебоев в электроснабжении, отдают запасенную энергию.
Тем не менее, в последнее время появились AGM батареи, которые рассчитаны на более глубокие разряды и цикличные режимы работы. Конечно, они не «дотягивают» до гелевых, но работают удовлетворительно и с автономных системах электроснабжения, в т.ч. и солнечных. Смотрите более подробно о таких аккумуляторах. AGM аккумуляторы обычно имеют максимальный разрешенный ток заряда 0,3С, и конечное напряжение заряда 14,8-15В. Для их заряда лучше применять специальные зарядные устройства для герметизированных аккумуляторов.
Гелевые аккумуляторные батареи
Гелевые аккумуляторные батареи имеют ряд преимуществ по сравнению с аккумуляторами с технологией AGM при сохранении всех их достоинств — герметичности, необслуживаемости, практическом отсутствии вредных газовыделений при работе, большой срок службы.
Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.
Гелевые аккумуляторы имеют примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM аккумуляторы. Также, они менее болезненно переносят глубокий разряд. Одним из основных преимуществ гелевых аккумуляторов перед AGM является существенно меньшая потеря емкости при понижении температуры аккумулятора. К недостаткам можно отнести необходимость строгого соблюдения режимов заряда.
Поэтому гелевые аккумуляторы рекомендуется применять там, где требуется обеспечить долгий срок службы при более глубоких режимах разряда, а также, если температура аккумуляторов опускается ниже 5 градусов Цельсия.
Плюсы гелевых аккумуляторов
Плюсов этой технологии действительно много:
- Абсолютно необслуживаемая технология — не нужно туда лезть, там и без вас хорошо.
- Гель между пластинами, который держит электролит, является диэлектриком, и защитой от осыпания электродов.
- Нет испарения электролита, он всегда находится в геле – газ рекомбинируется обратно внутрь. Поэтому можно применять дома в системах альтернативного энергоснабжения, ведь водород и кислород не улетучиваются.
- Может дать большие токи запуска – зимой авто запускается практически всегда.
- Увеличенный срок службы – если сравнить с обычной стартерной АКБ , то разница может достигать трех раз. Обычный работает в среднем 2-3 года, гелевый 6 – 10 лет.
Общие замечания
Почти все герметичные аккумуляторы могут на какое-то время устанавливаться на боку. Некоторые производители даже разрешают эксплуатировать батареи в положении на боку. Поэтому ориентируйтесь на рекомендации производителя при выборе метода установки батарей.
Для облегчения выбора типа аккумуляторных батарей для вашей системы электроснабжения, мы поместили на сайт таблицу основных особенностей различных типов свинцово-кислотных аккумуляторов
Для работы в циклических режимах нужно использовать специальные аккумуляторы, которые более безболезненно переносят глубокий разряд. Такие аккумуляторы обычно имеют более толстые пластины и в них применяются специальные технологии для продления срока их службы при регулярных глубоких разрядах. Также, еще одной особенностью автономных систем является то, что в них аккумуляторы заряжаются определенный период времени, и за это период они должны успеть полностью зарядиться. В буферном режиме это не представляет проблемы, так как большую часть времени эксплуатации аккумуляторы находятся на подзаряде. Именно в таком режиме обеспечиваются заявляемые производителем сроки службы в 10-18 лет.
Для автономных систем электроснабжения нужно выбирать аккумуляторы «глубокого разряда» (например ProSolar серий D или DG, а еще лучше аккумуляторы OPzV). Если можно выделить специальное помещение для аккумуляторов с соблюдение всех условий (вентиляция, пожаробезопасность) и есть обученный персонал, которые может обслуживать аккумуляторы с жидким электролитом, можно применять аккумуляторы глубокого разряда с жидким электролитом — OPzS, тяговые для электрических машин или другие с повышенным допустимым разрядом (например, Rolls).
Если такие условия не выполняются, лучше остановиться на герметичных аккумуляторах — они немного дороже, но гораздо проще в эксплуатации.
Герметичные, необслуживаемые клапанно-регулируемые свинцово-кислотные аккумуляторы, изготовленные по технологии AGM (электролит впитан в стекловолоконный сепаратор) для применения в составе систем резервного питания (ИБП/UPS) в различных отраслях промышленности.
Серия SLA Monolite (AGM)
Моноблоки серии SLA являются необслуживаемыми клапанно-регулируемыми герметичными свинцово-кислотными аккумуляторами. Они могут использоваться как для разрядов высокими токами, так и для многочасовых разрядов малыми и средними токами. Технология производства AGM. Идеальное решение как для энергетики так и для объектов связи. Срок службы до 18 лет.
Серия FIT Monolite (AGM)
Герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы FIAMM, изготовленные по технологии AGM. Благодаря фронтальному исполнению выводов идеально подходят для резервирования оборудования связи и прочих решений в исполнеии в 19" и 23" стойках. Срок службы до 15 лет.
Серия FHT Monolite (AGM)
Герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы FIAMM, раcсчитанные на эксплуатацию при температуре 35 °C, изготовленные по технологии AGM. Благодаря фронтальному исполнению выводов идеально подходят для резервирования оборудования связи и прочих решений в исполнеии в 19" и 23" стойках.
Серия FLB Highlite (AGM)
Серия FLB — высоконадежные герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы для современных систем бесперебойного электропитания (UPS). Аккумуляторные батареи с внутренней рекомбинацией газа (технология AGM). Срок службы по Eurobat — более 12 лет.
Серия FGL / FGHL (AGM)
Серия аккумуляторных батарей FGL / FGHL — герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы с внутренней рекомбинацией газа (технология AGM). Серия характеризуется высокой надежностью, отличными эксплуатационными характеристиками и сроком службы не менее 10 лет.
Серия FG / FGH / FGC (AGM)
Серия аккумуляторных батарей FG / FGH — герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы с внутренней рекомбинацией газа (технология AGM). Отличные эксплуатационные характеристики и широкий модельный ряд позволяют применять данные батареи как в мощных ИБП так и в разного рода электрических устройствах и электроинструментах.
