Рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС)

* Все рисунки и технические характеристики, использованные в данной статье, приведены из документации для аккумуляторов фирмы «Fiamm», а также полностью соответствуют техническим характеристикам параметров аккумуляторов, производимых фирмами «Cobe» и «Yuasa».

Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные аккумуляторные батареи (далее — аккумуляторы), предназначенные для использования в качестве источников постоянного тока для электропитания или резервирования аппаратуры ОПС, связи и видеонаблюдения, в короткий срок завоевали популярность у пользователей и разработчиков. Наиболее широкое применение получили аккумуляторы, производимые фирмами: «Power Sonic», «CSB», «Fiamm», «Sonnenschein», «Cobe», «Yuasa», «Panasonic», «Vision».

Аккумуляторы такого типа имеют следующие достоинства:

Рисунок 1 — Зависимость времени разряда аккумулятора от тока разряда

• герметичность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу;
• не требуются замена электролита и доливка воды;
• возможность эксплуатации в любом положении;
• не вызывает коррозии аппаратуры ОПС;
• устойчивость без повреждений к глубокому разряду;
• малый саморазряд (менее 0,1%) от номинальной ёмкости в сутки при температуре окружающей среды плюс 20 °С;
• сохранение работоспособности при более чем 1000 циклов 30% разряда и свыше 200 циклов полного разряда;
• возможность складирования в заряженном состоянии без подзаряда в течение двух лет при температуре окружающей среды плюс 20 °С;
• возможность быстрого восстановления ёмкости (до 70% за два часа) при заряде полностью разряженного аккумулятора;
• простота заряда;
• при обращении с изделиями не требуется соблюдение каких-либо мер предосторожности (так как электролит находится в виде геля, отсутствует утечка кислоты при повреждении корпуса).

Рисунок 2 — Зависимость емкости аккумулятора от температуры окружающей среды

Одной из основных характеристик является ёмкость аккумулятора С (произведение тока разряда А на время разряда ч). Номинальная ёмкость (значение указано на батарее) равна ёмкости, которую отдает аккумулятор при 20-часовом разряде до напряжения 1,75 В на каждой ячейке. Для 12-вольтового аккумулятора, содержащего шесть ячеек, это напряжение равно 10,5 В. Например, аккумулятор с номинальной ёмкостью 7 Ач обеспечивает работу в течение 20 ч при токе разряда 0,35 А. При расчете времени работы аккумулятора при токе разряда, отличном от 20-часового, реальная ёмкость его будет отличаться от номинальной. Так, при более 20-часовом токе разряда реальная ёмкость аккумулятора будет меньше номинальной (рисунок 1 ).

Ёмкость аккумулятора также зависит от температуры окружающей среды (рисунок 2 ).
Все фирмы-производители выпускают аккумуляторы двух номиналов: 6 и 12 В с номинальной ёмкостью 1,2 … 65,0 А*ч.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ АККУМУЛЯТОРОВ

При эксплуатации аккумуляторов необходимо соблюдать требования, предъявляемые к их разряду, заряду и хранению.

1. Разряд аккумулятора

При разряде аккумулятора температура окружающей среды должна поддерживаться в пределах от минус 20 (для некоторых типов аккумуляторов от минус 30 °С) до плюс 50 °С. Такой широкий температурный диапазон позволяет устанавливать аккумуляторы в неотапливаемых помещениях без дополнительного подогрева.
Не рекомендуется подвергать аккумулятор «глубокому» разряду, так как это может привести к его порче. В таблице 1 приведены значения допустимого напряжения разряда для различных значений тока разряда.

Таблица 1

Аккумулятор после разряда следует немедленно зарядить. Это особенно касается аккумулятора, который был подвергнут «глубокому» разряду. Если аккумулятор в течение длительного периода времени находится в разряженном состоянии, то возможна ситуация, при которой восстановить полностью его ёмкость будет невозможно.

Некоторые разработчики источников питания со встроенным аккумулятором устанавливают напряжение отключения батареи при ее разряде предельно низким (9,5…10,0 В), пытаясь увеличить время работы в резерве. На самом деле увеличение продолжительности ее работы в этом случае незначительно. Например, остаточная ёмкость батареи при ее разряде током 0,05 С до 11 В составляет 10% от номинальной, а при разряде большим током это значение уменьшается.

2. Соединение нескольких аккумуляторов

Для получения номиналов напряжений свыше 12 В (например, 24 В), используемых для резервирования приемно-контрольных приборов и извещателей для открытых площадок, допускается последовательное соединение нескольких аккумуляторов. При этом следует соблюдать следующие правила:

• Необходимо использовать одинаковый тип аккумуляторов, производимых одной фирмой-изготовителем.
• Не рекомендуется соединять аккумуляторы с разницей даты времени изготовления больше чем 1 месяц.
• Необходимо поддерживать разницу температур между аккумуляторами в пределах 3 °С.
• Рекомендуется соблюдать необходимое расстояние (10 мм) между батареями.

3. Хранение

Допускается хранить аккумуляторы при температуре окружающей среды от минус 20 до плюс 40 °С.

Рисунок 3 — Зависимость изменения емкости аккумулятора от времени хранения при различной температур

Аккумуляторы, поставляемые фирмами-изготовителями в полностью заряженном состоянии, имеют достаточно малый ток саморазряда, однако при длительном хранении или использовании циклического режима заряда возможно уменьшение их емкости (рисунок 3 ). Во время хранения аккумуляторов рекомендуется перезаряжать их не реже 1 раза в 6 месяцев.

4. Заряд аккумулятора

Рисунок 4 — Зависимость срока службы аккумулятора от температуры окружающей среды

Заряд аккумулятора можно осуществлять при температуре окружающей среды от 0 до плюс 40 °С.
При заряде аккумулятора нельзя помещать его в герметично закрытую емкость, так как возможно выделение газов (при заряде большим током).

ВЫБОР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

Рисунок 5 — Зависимость изменения относительной емкости аккумулятора от срока службы в буферном режиме заряда

Необходимость правильного выбора зарядного устройства продиктована тем, что чрезмерный заряд будет не только уменьшать количество электролита, а приведет к быстрому выходу из строя элементов аккумулятора. В то же время уменьшение тока заряда приводит к увеличению продолжительности заряда. Это не всегда желательно, особенно при резервировании аппаратуры ОПС на объектах, где часто происходят отключения электроэнергии,
Срок службы аккумулятора существенно зависит от методов заряда и температуры окружающей среды (рисунки 4, 5, 6 ).

Буферный режим заряда

Рисунок 6 — Зависимость количества циклов разряда аккумулятора от глубины разряда* % показывает глубину разряда на каждый цикл номинальной емкости, взятой как 100%

При буферном режиме заряда аккумулятор всегда подключен к источнику постоянного тока. В начале заряда источник работает как ограничитель тока, в конце (когда напряжение на батарее достигает необходимого значения) — начинает работать как ограничитель напряжения. С этого момента ток заряда начинает падать и достигает величины, компенсирующей саморазряд аккумулятора.

Циклический режим заряда

При циклическом режиме заряда производится заряд аккумулятора, затем он отключается от зарядного устройства. Следующий цикл заряда осуществляется только после разряда аккумулятора или через определенное время для компенсации саморазряда. Характеристики заряда аккумулятора приведены в таблице 2 .

Таблица 2

Примечание — Температурный коэффициент не следует принимать во внимание, если заряд протекает при температуре окружающей среды 10…30° С.

На рисунке 6 показано количество циклов разряда, которым можно подвергнуть аккумулятор в зависимости от глубины разряда.

Ускоренный заряд аккумулятора

Допускается проведение ускоренного заряда аккумулятора (только для циклического режима заряда). Для данного режима характерно наличие цепей температурной компенсации и встроенных температурных защитных устройств, так как при протекании большого тока заряда возможен разогрев аккумулятора. Характеристики ускоренного заряда аккумулятора приведены в таблице 3.

Таблица 3

Примечание — следует использовать таймер, чтобы предотвратить заряд аккумулятора.

Для аккумуляторов, имеющих ёмкость более чем 10 Ач, начальный ток не должен превышать 1C.
Срок службы кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов может составлять 4…6 лет (при соблюдении требований, предъявляемых к заряду, хранению и эксплуатации аккумуляторов). При этом в течение указанного срока их эксплуатации никакого дополнительного обслуживания не требуется.

Продолжить чтение

Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г.Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…

Какая емкость АБ Вам нужна? При расчете системы автономного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании "Ваш Солнечный Дом" помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета Вы можете руководствоваться следующими простыми…

Буферное зарядное устройства (БЗУ) представляет собой стабилизированный источник напряжения, имеющий ограничитель выходного тока. Напряжение на выходе БЗУ соответствует напряжению на заряженном аккумуляторе. Если к такому устройству подключить требующую подзарядки аккумуляторную батарею, то зарядный ток будет определяться разностью напряжений на батарее и на выходе БЗУ, а также внутренним сопротивлением аккумулятора. В процессе зарядки зарядный ток уменьшается, пока не станет равным току саморазряда аккумулятора. В таком состоянии аккумулятор может находиться неограниченно долго - в течении всего срока эксплуатации. Если к БЗУ будет подключен сильно разряженный или неисправный (содержащий короткозамкнутые пластины) аккумулятор, то зарядный ток может существенно возрасти. Чтобы он не мог превысить безопасные значения в БЗУ имеется ограничитель выходного тока.

Буферный режим зарядки свинцовых аккумуляторных батарей широко используется в источниках бесперебойного питания. Опыт эксплуатации таких источников, а также рекомендации изготовителей аккумуляторов для них, говорят о том, что буферная зарядка весьма благотворно сказывается на сроке службы свинцовых аккумуляторов.

Буферная зарядка автомобильных аккумуляторов не получила широкого распространения по нескольким причинам. Полная зарядка от БЗУ сильно разряженного аккумулятора занимает больше времени, чем обычная зарядка. Существенные изменения зарядного тока, характерные для буферной зарядки, не соответствуют рекомендациям изготовителей аккумуляторов, которые обычно предлагают заряжать аккумулятор стабильным током, численно равным одной десятой ёмкости батареи. Главным препятствием на пути изготовления и использования БЗУ является то, что данное устройство должно работать постоянно, если автомобиль, на котором установлен заряжаемый аккумулятор, находится в гараже. Это требование накладывает на схемотехнику и конструкцию БЗУ повышенные требования по надёжности, а также электро и пожаробезопасности.

Вопросы, связанные с целесообразностью использования БЗУ с автомобильными аккумуляторами и зависимостью их срока службы от режима зарядки, выходят за рамки данной статьи. Отметим только, что режим БЗУ используется во многих фирменных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов. Они автоматически переходят в режим БЗУ по окончании зарядки аккумулятора стабильным током и находятся в этом режиме пока аккумулятор не будет отключен. Также, по мнению автора, производители аккумуляторов не слишком заинтересованы в продлении сроков эксплуатации их продукции. В связи с этим рекомендуемый ими режим зарядки не следует воспринимать как единственно возможный.

У автора аккумуляторная батарея 6СТ-55 Подольского аккумуляторного завода прослужила 13 лет. Автомобиль, на котором она была установлена, эксплуатировался круглый год и хранился в неотапливаемом гараже. В течении всего срока эксплуатации батарея была подключена к БЗУ, которое отключалось только на время поездок.

Внешний вид БЗУ представлен на фотографии.

На верхней панели устройства имеется кнопка выключателя сетевого питания. Справа от кнопки под завинчивающейся крышкой находится ось переменного резистора, позволяющего регулировать выходное напряжение БЗУ. Далее, справа от переменного резистора, расположен выходной разъём. На передней панели имеется закрытое оргстеклом окно, за которым находится табло измерителя выходного тока и напряжения, а также два зелёных светодиода, сигнализирующих об исправности БЗУ. Справа от окна имеется таблица, содержащая ряд значений выходного напряжения БЗУ, которые следует устанавливать в зависимости от температуры в гараже. Свойства свинцовых аккумуляторов таковы, что при повышенных температурах напряжение на выходе БЗУ следует уменьшать, а при пониженных - увеличивать. Температурный коэффициент для свинцового аккумулятора с номинальным напряжением 12 Вольт по разным источникам составляет от - 30 до -15 мВ/°С. Таблица составлена исходя из значения -20 мВ/°С.

На следующем рисунке представлена схема электрическая принципиальная БЗУ.

Автор неоднократно убеждался в том, что надёжность работы моточных изделий - электромоторов, трансформаторов, реле и т.п., эксплуатируемых в неотапливаемых помещениях, существенно снижается. Как правило причиной отказов является образование короткозамкнутых витков. Видимо это связано с повышенной влажностью и большими перепадами температуры, способствующими разрушению лаковой изоляции обмоточного провода. В данном устройстве для повышения надёжности используются два силовых трансформатора, обмотки которых включены последовательно. При таком соединении межвитковое замыкание в любом из трансформаторов не вызывает аварийной ситуации - существенного повышения токов в обмотках, перегрева и т.п. Более того - БЗУ в этом случае не теряет работоспособность - продолжает поддерживать аккумулятор в заряженном состоянии. Светодиоды HL1 и HL2 сигнализируют об исправности трансформаторов. Если один из них перестаёт светиться, то соответствующий трансформатор нуждается в ремонте или замене. Если неисправность произойдёт в обеих трансформаторах, то может увеличиться потребляемый ток. Также может произойти перегрев обмоток трансформаторов. В этом случае сработают плавкие предохранители FU2,3 или тепловые предохранители FU1, FU4.

Стабилизацию напряжения и ограничение зарядного тока обеспечивает микросхема DA1 - LM317. Микросхемы данного типа имеют встроенную защиту от повышения выходного тока до значений свыше 2.5 А, защиту от короткого замыкания выхода, а также защиту от перегрева. Схема включения DA1 отличается от типовой только способом регулирования выходного напряжения. В данном случае выходное напряжение регулируется в диапазоне 11...17 Вольт с помощью резистора R7. В случае потери контакта в этом резисторе ток на выходе БЗУ уменьшится до нуля, а не возрастёт до уровня срабатывания токовой защиты, как это случилось бы при обычном способе регулирования выходного напряжения (переменный резистор между 1-м выводом микросхемы и общим проводом).

При эксплуатации БЗУ может произойти отключение питающей сети. В этом случае ток разряда аккумулятора через БЗУ должен быть минимальным - существенно ниже тока саморазряда. Это обеспечивается с помощью ключа VT1 и диода VD5. При отключении сетевого питания как транзистор VT1, так и диод VD5 запираются. Ключ VT1 разрывает цепь для тока разряда через делитель R5 - R8, а диод VD5 отключает от аккумулятора электролитический конденсатор C2, имеющий значительную ёмкость и, возможно, заметный ток утечки. В результате ток разряда аккумулятора на отключенное от сети БЗУ составляет около 20 мкА. Этот ток определяется главным образом входным сопротивлением вольтметра, подключенного к выходу БЗУ.

Диод VD8 защищает БЗУ в случае ошибки с полярностью подключенного аккумулятора. В этом случае сгорит предохранитель FU5, после замены которого работоспособность устройства восстановится. Если такая ошибка исключена, то данный диод можно не устанавливать.

Вспомогательный источник питания с выходным напряжением около 8 В, собранный на элементах VD3 и С3, служит для питания цифрового измерителя тока и напряжения, подключенного к выходу ЗУ. Также он формирует сигнал, открывающий ключ VT1 при наличии напряжения в питающей сети. Если сетевое напряжение отключается, то конденсатор C3 быстро разряжается до нуля благодаря резистору R4.

В качестве цифрового измерителя тока и напряжения автор использовал широко распространённое устройство, продающееся в интернет-магазинах под названием "100V 10A Voltmeter Amperemeter LED Dual Digital Volt Amp Meter". Поскольку изготовители не всегда приводят схему подключения и цветовая маркировка выводов может отличается от той, которая приводится в описании, предлагается подключить измеритель к БЗУ в соответствии с нумерацией выводов, приведенной на следующей фотографии.

При пользовании измерителем следует учитывать его особенность. Если измеряемый ток менее 50 мА, то на цифровом табло будет нулевой отсчёт "0.00 А". По мнению автора этот недостаток в значительной мере компенсируется доступностью устройства и его невысокой ценой - около 3-х USD. В продаже имеются также более точные измерители не имеющие указанного недостатка, но их стоимость заметно выше.

Внешний вид устройства со снятой крышкой приведен на следующей фотографии.

Все элементы находятся внутри металлического корпуса. Тепловые предохранители FU1 и FU4 приклеены термостойким клеем к трансформаторам Т1 и Т2 соответственно. Плавкие предохранители FU2 и FU3 размещены в сетевой вилке. Для повышения надёжности все плавкие предохранители установлены без арматуры - впаяны в разрывы соответствующих проводов с последующей изоляцией термоусадочной трубкой. Радиатором для микросхемы DA1 и диодного моста VD4 является алюминиевая пластина. Между микросхемой и пластинной следует проложить слюду или иной изолятор, обладающий низким тепловым сопротивлением. Алюминиевая пластина в свою очередь прикручена винтами к металлическому корпусу. Для дополнительного снижения теплового сопротивления использована паста КПТ-8. Резистор R7, с помощью которого регулируется выходное напряжение, должен быть защищён от случайных воздействий. Автор использовал в качестве R7 проволочный резистор типа ПП3-40.

Отладка устройства заключается в подборе резисторов R1 и R2, чтобы обеспечить одинаковую яркость светодиодов HL1 и HL2. Подбор этих резисторов может потребоваться если параметры трансформаторов Т1 и Т2 существенно отличаются. В этом случае напряжения между ними в режиме холостого хода могут распределяться неравномерно. С ростом нагрузки напряжения на трансформаторах выравниваются.

Обязательным условием безопасной эксплуатации БЗУ является надёжное заземление его корпуса.

Для подключения БЗУ к автомобильному аккумулятору удобно использовать разъём прикуривателя, если он не отключается при извлечении ключа зажигания. В противном случае потребуется установить специальный разъём для БЗУ. Конструкция разъёма должна исключать подключение с неправильной полярностью. В провод, соединяющий плюсовую клемму аккумулятора с разъёмом, следует установить плавкий предохранитель на ток 5 А.

Правильный выбор выходного напряжения, на которое настроено БЗУ, очень важен для успешной эксплуатации аккумулятора и зарядного устройства. Если напряжение ниже оптимального значения, то аккумулятор будет заряжен не полностью. Повышенное напряжение может вызвать постепенное выкипание электролита и привести к сокращению срока службы аккумулятора. Изготовители обычно не указывают оптимальное напряжение для буферного режима зарядки автомобильных аккумуляторных батарей. Можно сделать выбор на основе напряжения в автомобильной бортсети - от 13.8 В до 14.5 В. Для буферной зарядки лучше выбрать значение вблизи нижней границы этого диапазона. Также можно взять за основу параметры режима хранения (буферного режима) одного из автоматических зарядных устройств, выпускаемых промышленностью. Например в описании зарядных устройств семейства "Вымпел", фрагмент таблицы из которого приведен в приложении к данной статье, указано напряжение 13.4 - 13.8 В. В настоящее время автор использует БЗУ с необслуживаемой аккумуляторной батареей обычного типа (не AGM). При температуре 20°C напряжение выставлено на 13.7 В. Значения напряжений для других температур можно взять из таблицы, находящейся на передней панели устройства (см. 1-ю фотографию).

Список радиоэлементов

Буферный режим работы аккумуляторных батарей является самым «любимым» - батарея находится на постоянной подзарядке и очень редко получает глубокий разряд. В таком режиме аккумулятор прослужит вам максимально долго.

Примером использования аккумулятора в буферном режиме может быть источник бесперебойного питания: когда присутствует сеть, аккумулятор постоянно держит заряд, а в момент, когда сеть пропадает, аккумулятор начинает отдавать накопленную энергию. В компьютерных источниках бесперебойного питания обычно используют аккумуляторы 12 В ёмкостью от 7 до 26 А-ч, это даёт возможность компьютеру проработать от аккумулятора дополнительных 10-15 минут при отключении электричества.

Сфера применения при буферном режиме:

• накопители солнечной энергии
• источники бесперебойного питания (ИБП)
• системы аварийного освещения
• лифты
• пожарные и охранные системы
• контрольно-кассовые аппараты
• аварийные системы

Циклический режим

Циклический режим работы является самым «жёстким» для аккумуляторной батареи. В таком режиме её полностью разряжают, потом ставят на зарядку и снова полностью разряжают. Срок службы в таком случае будет зависеть от глубины разряда аккумулятора.

Большинство свинцово-кислотных аккумуляторов AGM-типа имеют циклический ресурс не более 300 циклов 100% разряда, но уже существуют аккумуляторы нового поколения, циклический ресурс которых составляет 600 циклов 100% разряда.

Сфера применения при циклическом режиме:

• поломоечные машины
• лодочные моторы
• электромобили
• погрузочная техника и т.д.

Буферная система питания

При такой системе питания параллельно выпрямителю UZ и нагрузке включена аккумуляторная батарея GB (рис. 2.3). В случае аварии в сети переменного тока или повреждения выпрямителя дальнейшее питание нагрузки обеспечивает батарея без перерыва в подаче энергии. Аккумуляторная батарея обеспечивает надежное резервирование источников электрической энергии, и, кроме того, она совместно с фильтром питания осуществляет необходимое сглаживание пульсации. При буферной системе питания различают три режима работы: среднего тока, импульсного и непрерывного подзаряда.

При режиме среднего тока (рис. 2.4) выпрямитель UZ, вклю­ченный параллельно с аккумуляторной батареей GВ, обеспечивает постоянный ток I в независимо от изменения тока I н в нагрузке R н. Когда ток нагрузки I н мал, выпрямитель питает нагрузку и за­ряжает аккумуляторную батарею током I 3 , а когда ток нагрузки велик, выпрямитель совместно с батареей, которая разряжается током I р, питает нагрузку. Во время заряда напряжение на каждом аккумуляторе батареи увеличивается и может достигать 2,7 В, а во время разряда уменьшается до 2 В. Для осуществления данного режима могут быть использованы простейшие выпрямители без устройств автоматической регулировки. Ток выпрямителя рассчи­тывают исходя из количества электрической энергии (ампер-часы), затрачиваемой на питание нагрузки в течение суток. Это значение должно быть увеличено на 15-25% для компенсации потерь, ко­торые всегда существуют при заряде и разряде аккумуляторов .

К недостаткам режима относятся: невозможность точно опре­делить и установить необходимый ток выпрямителя, так как дей­ствительный характер изменения тока нагрузки никогда точно неизвестен, что приводит к недозаряду или перезаряду аккуму­ляторов; небольшой срок службы аккумуляторов (8-9 лет), вызы­ваемый глубокими циклами заряда и разряда; значительные коле­бания напряжения на нагрузке, так как напряжение на каждом аккумуляторе может изменяться от 2 до 2,7 В.

При режиме импульсного подзаряда (рис. 2.5) ток выпрямителя изменяется скачкообразно в зависимости от напряжения на акку­муляторной батарее GВ. При этом выпрямитель UZ обеспечивает питание нагрузки R н совместно с батареей GВ или питает нагрузку

Рисунок 2.3 – Схема буферной системы питания

Рисунок 2.4 – Режим среднего тока:

а – схема; б – диаграмма токов; в – зависимости токов и напряжений от времени; I З и I Р – соответственно токи заряда и разряда аккумуляторной батареи

Рисунок 2.5 – Режим импульсного подзаряда:

а – схема; б – диаграмма токов и напряжений; в, г – зависимости токов и напряжений от времени

и подзаряжает батарею. Максимальный ток выпрямителя устанавливают несколько больше тока, имеющего место в час наибольшей нагрузки, а минимальный ток нагрузки I В max - меньше минимального тока нагрузки I н.

Предположим, что в исходном положении выпрямитель отдает минимальный ток. Батарея аккумуляторов разряжается, и напря­жение на ней падает до 2,1 В на элемент. Реле Р отпускает якорь и контактами шунтирует резисторR. Ток на выходе выпрямителя возрастает скачкообразно до максимального. С этого момента вы­прямитель питает нагрузку и заряжает батарею. В процессе заряда напряжение на аккумуляторной батарее увеличивается и достигает 2,3 В на элемент. Вновь срабатывает реле Р, и ток выпрямителя падает до минимального; батарея начинает разряжаться. Далее циклы повторяются. Длительность интервалов времени максималь­ного и минимального тока выпрямителя изменяется в соответствии с изменением тока в нагрузке.

К достоинствам режима относятся: простота системы регули­рования тока на выходе выпрямителя; небольшие пределы изме­нения напряжения на аккумуляторной батарее и на нагрузке (от 2,1 до 2,3 В на элемент); увеличение срока службы аккумуляторов до 10-12 лет в связи с менее глубокими циклами заряда и разряда. Этот режим используют для питания устройств автоматики.

При режиме непрерывного подзаряда (рис. 2.6) нагрузка R н пи­тается полностью от выпрямителя UZ. Заряженная аккумуляторная батарея GБ получает от выпрямителя небольшой постоянный ток подзаряда, компенсирующий саморазряд. Для осуществления ука­занного режима необходимо на выходе выпрямителя установить напряжение из расчета (2,2 ± 0,05) В на каждый аккумулятор и поддерживать его с погрешностью не более ±2%. При этом ток подзаряда для кислотных аккумуляторов I п = (0,001-0,002) С н и для щелочных аккумуляторов I п = 0,01С Н. Следовательно, для вы-

Рисунок 2.6 – Режим непрерывного подзаряда:

а – схема; б – диаграмма токов; в – зависимости токов и напряжений от времени

полнения этого режима выпрямители должны иметь точные и надежные устройства стабилизации напряжения. Невыполнение этого требования приводит к перезаряду аккумуляторов или к их глубокому разряду и сульфатации.

К достоинствам режима относится: достаточно высокий к. п. д. установки, определяемый только выпрямителем (η = 0,7÷0,8); большой срок службы аккумуляторов, достигающий 18-20 лет благодаря отсутствию циклов заряда и разряда; высокая стабиль­ность напряжения на выходе выпрямительного устройства; умень­шение эксплуатационных расходов благодаря возможности автома­тизации и упрощению обслуживания аккумуляторов.

Нормально аккумуляторы находятся в заряженном состоянии и не требуют непрерывного наблюдения. Отсутствие циклов заряда и разряда и правильно выбранный ток подзаряда уменьшают сульфатацию и позволяют увеличить периоды между перезарядами и контрольными разрядами.

Недостатком режима является необходимость усложнения пи­тающих устройств за счет элементов стабилизации и автомати­зации. Режим используют в устройствах для питания аппаратуры связи.

Свинцово-кислотные аккумуляторы изготовлены по технологии с внутренней рекомбинацией воды, поэтому не требуют обслуживания в течение всего срока службы. В качестве электролита используется загущенная серная кислота в виде геля, что обеспечивает устойчивость аккумуляторов к глубоким разрядам и высокую температурную стабильность.

Расчетный срок службы составляет 12 лет.

Гелевые аккумуляторы предназначены для работы, как в буферном, так и в циклическом режимах.

Конструкция:

• Полностью герметичная конструкция, утечка электролита невозможна.
• Система внутренней рекомбинации газа, нет необходимости в доливе воды.
• Моноблоки снабжены регулирующими клапанами для обеспечения выпуска газа, при превышении внутреннего давления выше допустимого уровня.
• Нет ограничений на перевозку воздушным, железнодорожным или автотранспортом.

Конструкция гелевого аккумулятора

Химическая реакция и механизм рекомбинации:

Химическая реакция, протекающая в аккумуляторе при заряде/разряде, описывается формулой:

PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb Разряд/Заряд PbSO 4 + 2H 2 O

При заряде кислород, проходя через сепаратор от положительной пластины, вступает в реакцию с активным веществом отрицательной пластины с образованием оксида свинца:

2Pb + O 2 -> 2PbO

Оксид свинца, в свою очередь, вступает в реакцию с серной кислотой:

2Pb + 2H 2 SO 4 -> 2PbSO 4 + 2H 2 O

Сформировавшийся на отрицательной пластине сульфат свинца восстанавливается кислородом до свинца с образованием серной кислоты:

2PbSO 4 + 2H 2 -> 2Pb + 2H 2 SO 4

Если упростить описанные выше уравнения, то получается следующее:

2H 2 + O 2 -> 2H 2 O

Разрядные характеристики

На рисунке ниже приведены кривые разряда гелевых аккумуляторов постоянным током до определенного конечного напряжения. Разряд до напряжения ниже указанного снижает емкость и срок службы свинцово-кислотных батарей.

Разрядные кривые постоянным током при 25°С

Заряд

Правильный заряд является одним из важнейших условий успешной работы свинцово-кислотных батарей с автоматическим регулированием внутреннего давления. Правильный выбор зарядного устройства влияет самым непосредственным образом на производительность и срок службы батарей.

Заряд постоянным напряжением

Заряд постоянным напряжением – наиболее часто применяемый метод. На рисунке ниже показаны зарядные характеристики гелевого аккумулятора при заряде их постоянным напряжением 2,40 В/ячейку при начальных значениях тока 0,3 СА.

График заряда постоянным напряжением при 25°С

• Для гелевых аккумуляторов диапазон зарядного напряжения буферного режима установлен в диапазоне 2,23–2,28 В/эл-т (при 25°С).
• Для циклического режима диапазон зарядного напряжения установлен в диапазоне 2,38–2,42 В/эл-т (при 25°С).
• Аккумуляторы гелевые не требуют уравнительного заряда. Буферного напряжения достаточно, чтобы поддержи-вать моноблоки в полностью заряженном состоянии.

Гелевые аккумуляторные батареи можно купить в интернет-магазине Реалсолар:

Двухстадийный заряд при постоянном напряжении

Этот метод является одним из наиболее эффективных и рекомендуется для быстрого заряда свинцово-кислотных батарей с автоматическим регулированием внутреннего давления и поддержания их в полностью заряженном состоянии (буферный режим). Характеристики зарядного устройства для двухстадийного заряда постоянным напряжением приведены на рисунке ниже:

Зарядные характеристики двухстадийного зарядного устройства

На стадии «А» ток ограничен величиной 0,3 СА, а напряжение на клеммах батареи растет. На стадии «В» зарядный ток начинает падать, а напряжение стабилизируется на уровне 2,40 В/эл-т. На этой стадии уровень заряда аккумулятора достигает 80%. При достижении зарядным током уровня «точки переключения Y» зарядная цепь переключается на стадию «С», где зарядное напряжение падает с 2,40 до 2,25 В/эл-т, а ток плавно снижается практически до нуля. Зарядное устройство переходит в буферный режим.

Напряжение заряда зависит от температуры окружающей среды и должно регулироваться в соответствии с графиком показанном на рисунке ниже:

Зависимость зарядного напряжения от температуры окружающей среды

Напряжение заряда (на элемент) в буферном режиме вычисляется по формуле:
U заряда = 2,25 + (25 – (t + grad t +1)) · 0,0033
Напряжение заряда (на элемент) в циклическом режиме вычисляется по формуле:
U заряда = 2,40 + (25 – (t + grad t +1)) · 0,005

где t – температура окружающей среды, °С
grad t – температурный градиент аккумуляторного шкафа, °С. При установке на открытые стеллажи grad t = 0.

Хранение и срок службы

Гелевые аккумуляторы могут храниться без подзаряда в течение 1 года в сухом помещении при температуре окружающей среды от –35° до +60°С.

Гелевые аккумуляторы рассчитаны на работу в буферном режиме работы в течение пяти лет (при 25°С). На рисунке ниже показана зависимость доступной емкости гелевого аккумулятора от времени. Газы, генерируемые внутри аккумулятора, непрерывно рекомбинируют и возвращаются в водную составляющую электролита. Потеря емкости и конец службы аккумуляторов наступают в результате постепенной коррозии электродов.

Срок службы в буферном режиме работы

Срок службы аккумуляторов в циклическом режиме работы зависит от целого ряда факторов.

Наиболее существенными из них являются рабочая температура окружающей среды, скорость разряда, глубина разряда и способ заряда. На рисунке ниже показано влияние глубины разряда на количество циклов работы гелевых аккумуляторов при циклическом режиме.

Срок службы в циклическом режиме работы

По мере повышения температуры электрохимическая активность аккумулятора возрастает, а при понижении – падает. Поэтому при увеличении температуры окружающей среды емкость аккумулятора увеличивается, а при понижении температуры – уменьшается. Рисунок ниже демонстрирует влияние температуры на доступную емкость гелевых аккумуляторов.

Зависимость емкости от температуры окружающей среды при различных токах разряда

Температура окружающей среды является важным фактором, влияющим на срок службы аккумуляторов. При повышении температуры увеличивается скорость коррозии пластин, вследствие чего уменьшается срок службы. На рисунке ниже показана зависимость срока службы гелевых аккумуляторов от температуры окружающей среды.

Зависимость срока службы в буферном режиме от температуры окружающей среды

Свинцово-кислотные аккумуляторы обладают саморазрядом, вследствие чего при хранении их доступная емкость со временем уменьшается.

Этот процесс описан графиком на рисунке:

Зависимость емкости от времени хранения

Если аккумуляторы хранились в течение длительного периода времени, необходимо перед пуском в эксплуатацию провести их подзарядку.
При сроке хранения до 6 месяцев подзарядка должна осуществляться в течение 4-6 часов постоянным током 0,1 СА, либо 15-20 часов постоянным напряжением 2,40 В/эл-т.
При сроке хранения свыше 6 месяцев подзарядка должна осуществляться в течение 8-10 часов постоянным током 0,1 СА, либо 20-24 часов постоянным напряжением 2,40 В/эл-т.

• Аккумуляторы предназначены для установки на изолированных стеллажах или в специальных батарейных шкафах в вертикальном положении. Допускается установка аккумуляторов в горизонтальном положении при вертикальном расположении пластин. Помещения не требуют принудительной вентиляции.
• Если отнивелированность элементов не обеспечивается непосредственно самим способом установки, то необходимо с помощью чалика (нивелировочного шнура) отнивелировать элементы. Расстояние между соседними боковыми стенками двух моноблоков (монтажная длина) задается длиной перемычек. При относительно длинных рядах монтируемых моноблоков рекомендуется начинать нивелировку монтажной длины с середины монтируемого ряда моноблоков, для того чтобы можно было в оба конца сглаживать набегающие допуски. Рекомендуемая минимальная величина воздушного зазора между аккумуляторами составляет от 5 до 10 мм.
• Взаимоподключение единичных аккумуляторов осуществляется с помощью жестких изолированных перемычек, которые привинчиваются к полюсам или гибких кабельных перемычек. Перемычки привинчиваются с помощью динамометрического ключа. Осуществлять следующий крутящий момент 20 Нм ± 1 Нм.
• Если используются две или более групп батарей, соединенных параллельно, то провода, кабели и шины, посредством которых эти батареи подключаются на нагрузку, должны быть одинаковой длины и обладать одним и тем же сопротивлением.

Последовательность монтажа аккумуляторов в батарею:

• Соедините положительную клемму первого аккумулятора с отрицательной клеммой второго аккумулятора. Таким образом, соедините все аккумуляторы в группе (под группой понимается набор аккумуляторов на одном ярусе или в одном ряду стеллажа).
• Соедините аналогично п.1 аккумуляторы в остальных группах (если таковые имеются).
• Подключите «земляной» вывод зарядного устройства или нагрузки к отрицательной клемме (если «земля» – отрицательная) последнего аккумулятора или последней группы.
• Если имеются группы, соедините их между собой, начиная с последней (подключенной к «земляному» выводу).
• В заключение, подключите положительную клемму первого аккумулятора или первой группы к положительному выводу зарядного устройства или нагрузки.
• После окончания монтажных работ аккумуляторы необходимо пронумеровать, а наружные поверхности клемм, перемычек и узлов соединения смазать тонким слоем технического вазелина или синтетического солидола.

Свинцово-кислотные гелевые аккумуляторы предназначены для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, в том числе в помещении с технологическим оборудованием и обслуживающим персоналом, при температуре от -20°С до +60°С. Диапазон температуры хранения аккумуляторов от –35°С до +60°С.

• Аккумуляторы поставляются предприятием-изготовителем в заряженном состоянии, заполненные электролитом и готовыми к эксплуатации.
• Не рекомендуется установка аккумуляторов вблизи источников тепла. Поскольку аккумуляторы могут генерировать воспламеняющиеся газы, запрещается их установка вблизи оборудования, которое может давать электрический разряд в виде искр.
• Запрещается установка и эксплуатация аккумуляторов в атмосфере, содержащей пары органических растворителей или адгезивов или контакт с ними.
• Чтобы максимально повысить срок службы аккумуляторов, среднее значение тока пульсаций любого происхождения, протекающего через аккумулятор, не должно превышать 0,1 СА, а стабилизация зарядного напряжения должна быть в пределах 1%.
• Очистку корпуса аккумуляторов всегда рекомендуется производить с помощью кусочка ткани, смоченного водой. Никогда не используйте для этих целей масла, органические растворители, такие как бензин, разбавители для краски и др.
• Запрещается разбирать аккумулятор. В случае попадания электролита в глаза или на кожу, необходимо сразу промыть пораженный участок сильной струей чистой проточной воды и немедленно обратиться к врачу.
• Прикосновение к токопроводящим частям аккумулятора может повлечь за собой электрический удар. Работу по проверке или обслуживанию аккумуляторов необходимо проводить в резиновых перчатках.
• Использование разнородных аккумуляторов (различных емкостей, с различной историей применения, различной давностью изготовления и происходящих от разных изготовителей), может нанести ущерб, как самой батарее, так и связанному с ней оборудованию.