RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Свинцово кислотные аккумуляторные батареи


устройство и принцип действия, зарядка

Автор Aluarius На чтение 8 мин. Просмотров 540 Опубликовано

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцовый аккумулятор – такой тип химического источника тока, который основан на реакции свинца и серной кислоты. Его изобретателем считается Гастон Планте, а первое появление датируется 1859-1860 годами. В 1878 году устройство аккумулятора было усовершенствовано изобретателем Камиллом Фором, который предложил наносить на пластины свинцовый сурик – красно-оранжевый порошок, представляющий собой ортоплюмбат свинца. В том же веке Николай Николаевич Бенардос – русский инженер и изобретатель – покрыл пластины батареи губчатым свинцом, добившись увеличения мощности.

Чтобы узнать, какой процесс происходит в аккумуляторе во время его работы, необходимо подробно рассмотреть его устройство. Конструкция современного кислотного аккумулятора включает в себя:

СПРАВКА: специалисты из США нашли способ облегчить свинцово-кислотный аккумулятор, увеличив при этом коэффициент полезного действия (КПД) – вместо полностью свинцовых решёток инженеры предлагают использовать пластины из углеродного волокна со свинцовым покрытием.

Принцип действия свинцового аккумулятора заключается в следующем. Положительные и отрицательные электроды опущены в электролит, и при подключении источника тока к внешней цепи оксид свинца вступает в химическую реакцию с серной кислотой. По мере разрядки батареи на аноде окисляется свинец, а на катоде происходит процесс восстановления диоксида свинца. Также при уменьшении заряда в АКБ плотность электролита снижается из-за расхода серной кислоты и выделения воды. Но стоит учитывать, что в процессе зарядки устройства запускаются обратные процессы.

СПРАВКА: при перезаряде можно наблюдать нежелательное явление – кипение электролита, вызванное электролизом воды. Избегают его путём снижения зарядного тока при повышении напряжения.

Кислотные аккумуляторные батареи
Классификация Вид
По конструкции анодов · Поверхностные

· Панцирные, трубчатые

· Стержневые намазные

· Решётчатые

По агрегатному состоянию электролита · Жидкостный

· Гелевый

· Абсорбированный

По возможности обслуживания · Обслуживаемый

· Необслуживаемый

· Малообслуживаемый

По назначению · Стартерные

· Тяговые

· Промышленные

СПРАВКА: выделяют также EFB аккумуляторы, также использующие электролит в жидком виде, но обладающие лучшими техническими характеристиками, чем жидкостные.

Параметры батареи, тип, страну-производителя и прочую необходимую информацию пользователь может узнать через маркировку, не прибегая к техническому паспорту устройства.

В источниках тока, сделанных в России, обозначение происходит согласно ГОСТ, и шифр обязательно включает в себя (по порядку):

ВНИМАНИЕ: последние буквы маркировки означают: «А» – общая крышка, «З» – заряженная и заправленная батарея, «Т» – материалом для корпуса служит термопласт, «М» – минеральная пластмасса, «Э» – эбонит, «П» – материалом для сепараторов служат полиэтилен или микроволокна.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Технические характеристики АКБ зависят от их типа. Для наглядности рассмотрены несколько наиболее используемых видов батарей:

Вид LA VRLA VRLA AGM VRLA GEL OPzV OPzS
Ёмкость, А∙ч 10-300 1-300 1-3000 1-3000 50-3500 50-3500
Оптимальная глубина разряда, % 30 <40 <50 <60 <60
Напряжение, Вольт 6, 12 4, 6, 12 2, 4, 6, 12 2, 6, 12 2 2
Диапазон рабочих температур, °С -50…+70 -35…+60 -40…+70 -40…+70 -40…70 -40…70
Минимальное время заряда, ч 8-12 6-10 6-10 8-12 10-14 10-15
Саморазряд, % 3-5 2-3 1-2 1-2 1-2 1-2
Средняя стоимость за аккумулятор 12 В/100 А∙ч, $ 70-150 200-250 250-380 350-500 1000-1400 1500-3500
Срок службы, лет 2-5 3-7 5-15 10-15 >20 >25

Благодаря умеренной цене и хорошим показателям, кислотные АКБ получили широкое распространение в технике. В сферу применения свинцовых источников тока входят:

Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

К безоговорочным плюсам свинцово-кислотных АКБ относят относительно низкую стоимость вследствие простоты и дешевизны производства, а также низкий показатель саморазряда, что свидетельствует о долговечности батарей. Кроме этого, кислотные источники тока просты в эксплуатации и обслуживании, не имеют эффекта памяти и могут производить пусковой ток высоких значений, не просаживая напряжение питания. Ввиду использования проверенной временем технологии аккумуляторы универсальны и могут применяться для выполнения широкого спектра задач.

Минусы свинцовых батарей в сумме составляют большой перечень, однако не перекрывают их преимущества. Одним из первых недостатков пользователи называют внушительные габаритные размеры и массу, что зачастую неприемлемо при эксплуатации. При этом если рассматривать весо-энергетическую плотность, то значение энергоёмкости снижается. Количество циклов разряда у АКБ ограничено, а её производство экологически небезопасно из-за свинца. Более того аккумулятор должен храниться в хорошо вентилируемом помещении и не испытывать резких изменений температур, особенно минусовых.

Очевидно, что чем ниже температура окружающей среды, тем быстрее может разрядиться аккумулятор. Однако в кислотных устройствах рабочие параметры снижаются с меньшей скоростью, что отличает его от других типов аккумуляторов. По статистике, начиная понижать температуру с 20°С на один градус, можно заметить потерю показателя ёмкости на 1%. Таким образом, значение ёмкости при нуле не превысит 80%, а при -20°С – 60%.

Свинцовые АКБ отличаются от других типов химических источников тока своими преимуществами и недостатками, но так как сами кислотные батареи подразделяются на несколько видов, следует рассмотреть особенности каждого из них и выявить характерные отличия.

Классификация по агрегатному состоянию электролита Особенности
Жидкостные · потребность в регулярном обслуживании;

· расположение только вертикально;

· ресурс не превышает 500 циклов полного заряда и разряда;

· необходимо поддерживать уровень заряда на отметке не менее 50%

EFB · потребность в регулярном обслуживании;

· расположение только вертикально;

· ресурс не превышает 1000 циклов полного заряда и разряда;

· необходимо поддерживать уровень заряда на отметке не менее 60%

Гелевые · нет потребности в обслуживании;

· увеличенный ресурс работы и повышена устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам по сравнению с жидкостными

AGM (абсорбированные) · нет потребности в обслуживании;

· заряжать можно в 5 раз быстрее, чем другие типы, но важно соблюдать правила зарядки;

· ресурс не превышает 600 циклов полного заряда и разряда

AGM+ · ресурс не превышает 1200 циклов полного заряда и разряда;

· уменьшенное внутреннее сопротивление

Как обслуживать свинцово-кислотный аккумулятор

По статистике 80% неполадок аккумулятора заключается в его сульфатации, появившейся из-за отсутствия технического обслуживания. Как проверить аккумулятор читайте здесь.

Чтобы предотвратить этот процесс, достаточно регулярно выполнять три процедуры:

Как восстановить аккумулятор и убрать потерю емкости, читайте тут.

В процессе работы часть электролита испаряется, концентрация серной кислоты увеличивается, а уровень жидкости в банке понижается, что становится причиной контакта железных пластин с воздухом. Во избежание повреждения ячеек электродов нужно следить за количеством электролита и при необходимости добавлять в банку батареи дистиллированную воду.

СПРАВКА: доливать жидкость необходимо после полной зарядки АКБ.

Пользователи знают, насколько важна чистота АКБ: наличие грязи, пыли, подтёков кислоты может поспособствовать возникновению тока утечки, и аккумулятор разрядится и разбалансируется. Поэтому необходимо регулярно проводить чистку батареи, например, при помощи пароочистителя.

Чем чаще используется источник тока, тем больше ёмкость его ячеек будет отличаться друг от друга, что обязательно приведёт к проблемам в режиме зарядки. Чтобы урегулировать ситуацию, специалисты советуют пользоваться выравнивающим зарядным устройством, которое подаёт слабый ток и увеличивает время процесса на несколько часов, однако позволяет заряду распределиться равномерно и до 100% пополнить энергию.

Стандартное время зарядки пустой батареи составляет 10-12 часов. При этом крайне важно выставлять ток значением до 10% от ёмкости батареи. Обычно схема питания АКБ состоит из двух этапов: на первом аккумулятор заряжается постоянным током, на второй – постоянным напряжением.

Чтобы осуществить проверку работоспособности, существует множество способов, как традиционных, так и современных. К последним относится контроль системы при помощи электронных тестеров, которые показывают более правильные результаты, но могут оказаться дорогостоящими. Конечно, без подобного оборудования не обойтись при проверке современных герметичных аккумуляторов. Но для более традиционных устройств подойдут простые методы, проверенные временем.

  1. Контроль плотности жидкости. При помощи ареометра нужно зарегистрировать значение плотности и сравнить с эталонными показателями. Для обеспечения нормальной работы параметр должен быть не ниже 1,23 г/см3, но не выше 1,4 г/см3.
  2. Контроль уровня электролита. Жидкость должна полностью покрывать свинцовые пластины и возвышаться на 1-1,5 см.
  3. Контроль с помощью нагрузочной вилки. Данное устройство измеряет напряжение АКБ под действием силы тока в десятки и сотни ампер. Такой метод весьма качественен для определения работоспособности батареи, однако, в случае частого использования нагрузочной вилки существует вероятность износа аккумулятора.

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.

Свинцово кислотный аккумулятор - принцип работы, как правильно заряжать

Свинцово-кислотный аккумулятор – один из самых надёжных АКБ, разработанный ещё в XIX веке, но до сих пор используемый во многих областях. В его основе лежит химическая реакция с переносом электронов от анода к катоду. Аккумулятор со временем портится при разрядке-подзарядке, так что данный процесс должен выполняться по всем правилам, чтобы продлить жизнь батареи.

Устройство и принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Данный тип стационарного АКБ довольно тяжёлый, так как состоит из плотно параллельно упакованных плёнок свинца и оксида свинца. И те и другие в аккумуляторе расположены очень густо. Свинцовые пластины тёмно-серого цвета с синим оттенком, оксидно-свинцовые – тёмно-коричневые с рыжим оттенком.

Обе пластины находятся в серной кислоте, из-за чего в названии АКБ есть соответствующее слово. При включении аккумулятора ток протекает от оксидно-свинцового катода к свинцовому аноду. При этом свинец выделяет электроны, которые оксид свинца принимает.

В результате изменения заряда двух пластин они вступают в реакцию с серной кислотой вокруг и превращаются в сульфаты свинца.

Pb + HSO4– => PbSO4 + H+ + 2e–

PbO2 + HSO4– + 3H+ + 2e– => PbSO4 + 2h3O

Пара пластин производит 2 вольта, поэтому, чтобы увеличить количество вольт, которое может дать аккумулятор, пластины соединяют параллельно во множество пар слоёв. Они упаковываются плотно в банку, чтобы уменьшить объём батареи. Но так как электроны должны передаваться через терминалы, то пары пластин разъединяются специальными изоляционными плёнками.

При этом аккумулятор может иметь либо высокую плотность энергии, либо мощности. То есть аккумулятор или сохраняет большое количество энергии и отдаёт её в течение длительного времени, или он отдаёт огромный заряд очень быстро. В автомобилях используется второй вариант, так как надо отдать более 400 ампер, чтобы завести двигатель.

При глубокой разрядке батареи на пластинах образуется налёт сульфата свинца. Именно из-за этого если посадить аккумулятор до нулевого заряда несколько раз, то можно просто уничтожить его. Сульфат свинца полностью покрывает поверхность пластин, после чего его уже невозможно будет зарядить.

Типы и особенности свинцово-кислотных АКБ

Идеальных аккумуляторов не существует, в инженерных конструкциях часто приходится жертвовать желаемыми характеристиками, чтобы получить необходимые параметры. Для каждой цели создан свой тип устройства.

В первую очередь АКБ делят на герметичные и негерметичные батареи. Вторые требуют постоянного контроля над уровнем электролита и состоянием катодов и анодов, могут работать лишь в определённых положениях. Аккумулятор герметичный свинцово-кислотный используется чаще, так как не нуждается в особом уходе.

Кроме того, все батареи можно разделить на следующие группы:

Как достигается такая вариация характеристик свинцово-кислотных аккумуляторных батарей? Если требуется выдавать огромное количество энергии за короткое время, то пластины делаются тонкими, но высокими и широкими (больше по площади поверхности), а расстояние между ними уменьшается. Благодаря этому увеличивается соотношение поверхности и массы, в результате энергия отдаётся быстрее.

Если требуется дольше сохранять энергию, но можно уменьшить мощность, то пластины делаются толще, но короче и уже (меньше по площади поверхности), а расстояние между ними увеличивается. Из-за чего уменьшается соотношение поверхности и массы, в итоге электроэнергия отдаётся медленнее.

Кроме того, на свойства аккумулятора влияют характеристики электролита и другие параметры. Гелевые электролиты хуже реагируют со свинцовыми и оксидно-свинцовыми плитами, а также делают конструкцию защищённой от вытекания. Повышает срок эксплуатации использование свинцово-кальциевых сплавов.

Области применения свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы используются повсеместно, так как свинец и его оксид отвечают наиболее важным требованиям:

  • элементы часто встречаются в природе и довольно легко добываются;
  • они в паре способны накапливать и отдавать энергию лучше, чем все другие элементы;
  • аккумуляторы из них просты и дешевы в производстве;
  • долгий срок службы, возможность многократной перезарядки;
  • простое обслуживание, что особенно характерно для герметичных конструкций.

Из-за этого батареи применяются в следующих областях:

  • сигнализационные системы;
  • стартёры в автомобилях;
  • системы пожарной безопасности;
  • системы аварийной подачи электроэнергии на телевидении, в реанимационных отделениях;
  • электрические весы и кассовые аппараты;
  • системы бесперебойного электроснабжения или аварийного отключения в компьютерной технике или их сетях;
  • детские игрушки;
  • в лёгких самолётах.

Тем не менее, имеются некоторые минусы:

  • аккумуляторы чувствительны с холоду;
  • отходы из них опасны для экологии;
  • количество циклов довольно ограничено;
  • есть лимиты у выдаваемой мощности.

Как правильно заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Принцип зарядки состоит в том, что нужно изменить направление тока. Из-за этого электролит и материя двух пластин восстанавливает свой прежний химический состав. Данный процесс именуется циклом, и он может быть многократным. Но чтобы не повредить и продлить срок службы батареи, надо знать, как правильно заряжать свинцово-кислотный аккумулятор.

Важно! Для процедуры потребуется источник тока и устройство, которым можно регулировать силу тока и напряжение.

Прежде всего, нужно знать параметры аккумулятора, которые можно посмотреть на самой коробке устройства. Производители часто указывают информацию на английском языке. Обозначается всё это следующим образом:

На английскомНа русском
12V12 вольт
7.2Ah7.2 ампер-часов

Также производитель может указывать напрямую, каким током можно заряжать аккумулятор:

На английскомНа русском
Standby use – 13.5-13,8VЕсли вы используете батарею, как резервный источник электричества – 13,5-13,8 вольт
Cycle use – 14.4VЕсли вы его применяете в качестве стартёра, то есть циклическое использование – 14.4 вольт
2.16A MAXПри любой зарядке ток не должен превышать 2.16 ампера

А что если производитель не указал, каким током заряжать аккумулятор? В этом случае можно пользоваться простым правилом – напряжение не должно превышать 10% от его номинальной ёмкости. То есть если у батареи указан параметр 7.2Ah, то заряжать надо при 0.72A.

После того как разобрались с основными параметрами, нужно сделать прибор, которым можно зарядить аккумулятор. Для этого потребуется крепкая коробка (лучше пластиковая) с отверстиями для вентиляции, блок питания от ноутбука, плата для регулировки тока и напряжения.

Дополнительно можно встроить многооборотистые переменные резисторы для более тонкой настройки, а также вольтамперметр. Для зарядки автомобильных аккумуляторов потребуется понижающий преобразователь напряжения и более мощный блок питания.

Собрав конструкцию, можно переходить непосредственно к главной процедуре. Для начала на неподключенном к аккумулятору устройстве нужно выставить напряжение, которым надо заряжать АКБ. Далее необходимо убавить силу тока до минимума, в результате чего сразу же упадёт напряжение. После этого подключаем устройство к аккумулятору (плюс к плюсу, минус к минусу).

В этот момент вольтамперметр будет показывать напряжение, которое есть на батарее. Включаем устройство в розетку и поднимаем силу тока до необходимой величины (метод её расчёта описан выше). В этот момент возможно незначительное снижение напряжения, говорящее о том, что ток уходит на прогрев электролита и преодоление сопротивления аккумулятора. Это нормально.

К концу зарядки аккумулятора сила тока на вольтамперметре будет практически равна нулю.

Виды и как правильно заряжать

Одним из самых востребованных аккумуляторов в мире до сих пор остается свинцово-кислотный. Несмотря на то, что этот тип батарей был изобретен еще в 19 веке, когда и началось его производство, благодаря высокой эффективности он остается популярным до сих пор. Сейчас можно встретить несколько разновидностей таких батарей.

Что такое свинцово кислотный аккумулятор

В классическом исполнении АКБ состоит из свинцовых пластин-электродов, которые перемежаются пористым диэлектриком. Такая компоновка позволяет избежать замыкания. Пористое вещество называют сепаратором. Вся конструкция помещена в электролит.

В современном исполнении электроды делаются в виде плоских решеток из свинца. Причем в эти решетки запрессовывают порошок, сделанный из диоксида свинца. Подобный подход значительно увеличивает полезную площадь взаимодействия электродов с электролитом, так удается увеличивать емкость АКБ.

Электролит представляет собой водный раствор серной кислоты. В растворе используют только дистиллированную воду, в ней отсутствуют соли и механические частицы, которые могут оказать влияние на работу батареи.

Важным параметром является электрическая проводимость электролита. Этот параметр зависит от процентного содержания кислоты в растворе, а также от температуры. Проводимость соответствует плотности, поэтому на практике обычно используют измерение плотности. При комнатной температуре оптимальной плотность электролита считается 1,26 г/см3, для этого достаточно получить раствор кислоты в 35%.

Сейчас можно встретить аккумуляторы, которые имеют вместо пластин сеть из переплетенных углеродных нитей, покрытых свинцовым напылением. Это позволяет снизить массу батареи, но при этом увеличить емкость. Эта технология недешевая, что снижает ее распространенность.

Иногда вместо жидкого электролита используют гель. Для этого электролит загущают щелочным раствором силикатов натрия. Такая технология значительно продлевает срок эксплуатации батареи.

Вместо обычного сепаратора, могут использоваться пористые варианты, сделанные из стеклоткани. Они маркируются – AGM. Допускают жесткие режимы заряда/разряда.

Разновидности и особенности свинцово кислотных АКБ

На практике сейчас можно встретить самые разные батареи. Это позволяет решать самые разные задачи по энергообеспечению самых разных устройств. Разберем наиболее популярные виды аккумуляторов.

  • Lead-Acid. Требуют обслуживания. Считаются классическими автомобильными стартерными батареями. Сюда входят сурьмянистые, малосурьмянистые, и аккумуляторы. Обычно используют для двигателей внутреннего сгорания, но это не единственный вариант использования. Бывают варианты на 6v и 12v. Основной недостаток – высокий уровень саморазряда.
  • AGM VRLA. Современные необслуживаемые батареи. Могут иметь вольтаж – 2v, 4v, 6v и 12v. Основная отличительная особенность – сепараторы выполнены из стекловолокна. Также обычно используется абсорбированный электролит. Это позволяет увеличить срок эксплуатации АКБ в полтора раза. Использование технологии сепараторов из стекловолокна сделало возможным увеличивать зарядный ток, что ускоряет зарядку. Обычно допускается заряжать током в 25-30% от емкости. Разработано несколько разновидностей, подходящих для разных буферных и циклических режимов.
  • VRLA. Необслуживаемые АКБ с герметичным корпусом (необслуживаемые кальциевые и ). Могут иметь вольтаж – 2V, 4V, 6V и 12V. Предназначены для эксплуатации в буферном режиме. Не требуют дополнительной вентиляции при использовании в помещениях.
  • GEL VLRA. Одна из самых современных модификаций. Тут применяется гелеобразный электролит. Однообразная консистенция, позволяет добиваться наиболее эффективного контакта электролита с электродом, что увеличивает емкость. Также гель позволяет продлить срок службы батареи. Является необслуживаемой батареей. Требует периодической зарядки, для продления срока эксплуатации нужно использовать только высокоточное зарядное устройство, оно должно обеспечивать точный уровень силы тока. Существует несколько разновидностей, отличающихся особенностями электродов. Обозначение каждого из них позволяет определить возможность использования АКБ в определенных условиях. Есть батареи 2v, 4v, 6v, 12v, 24v, 36v и 48v.
  • OPzV. Это необслуживаемые АКБ 2V. Имеют трубчатые пластины электродов. Отличаются устойчивостью к глубокому разряду и продолжительностью службы до 22 лет.

Даже базовых разновидностей свинцово-кислотных АКБ достаточно много, также существуют и подвиды. Это позволяет подобрать батарею, идеально подходящую под ваши потребности.

Где применяются свинцово кислотные аккумуляторы

Используются такие АКБ достаточно широко. В первую очередь речь идет об автомобильной промышленности, где все стартерные батареи являются свинцово-кислотными. Такое использование обусловлено мощным током, который они могут воспроизводить, а также устойчивостью к большому уровню разряда.

Также часто именно такие батареи обеспечивают стационарные аварийные источники. Емкости бывает достаточно, чтобы закончить работу и перевести оборудование в отключенный режим. Примером такого являются бесперебойный источники питания для компьютерной техники.

Могут применяться в ИБП в этом случае, используют батареи с возможностью отдавать энергию небольшими порциями, но продолжительное время. Такие же требования к аккумуляторам предъявляют резервные источники питания. Оптимальным вариантом для решения подобной задачи станут AGM VRLA.

Такими АКБ могут комплектоваться электровелосипеды, гироскутеры, лодочные электромоторы и другая техника. Тут применяются тяговые аккумуляторы, позволяющие оптимально и экономно расходовать энергию и легко выдерживая частые глубокие разряды.

Общие правила зарядки свинцово кислотных АКБ

Даже герметичные батареи требуют периодической подзарядки. В зависимости от особенностей эксплуатации — это действие может требоваться, как после каждого рабочего цикла, или раз в полгода-год (автомобильные АКБ).

Важно! Ток нужно выставлять до 10% от номинальной емкости батареи. То есть если емкость 55 Ач, то ток должен быть не более 5,5 ампер.

Информация о емкости указывается непосредственно на корпусе аккумулятора.

Также часто можно услышать рекомендации, что обязательно требуется открывать крышки. Современные герметичные АКБ не требуют этого. В крышках имеется специальная система вентиляции, поэтому проблем не возникает.

Обязательно зарядка должна производиться при комнатной температуре.

Батареи с электролитом-гелем можно сразу заряжать зарядом до 20-30% от емкости. Это не принесет им вреда. Оптимально для таких АКБ использовать автоматические зарядные устройства, которые без вашего участия отрегулируют необходимую силу тока.

Нельзя хранить свинцово-кислотные батареи в разряженном состоянии. Поэтому, обязательно после разряда сразу заряжайте аккумулятор, это продлит срок его эксплуатации.

Свинцовые аккумуляторы, их состав и характеристики.

Свинцовый аккумулятор — это источник питания, конструкция которого осталась неизменной со времени его изобретения. Основное предназначение аккумуляторной батареи – оказать помощь при пуске двигателя и обеспечить питанием бортовую сеть автомобиля при неработающем двигателе. Сама аккумуляторная батарея электрический ток не вырабатывает – за счет химической реакции она его накапливает.

Иногда мы задаемся вопросом — что внутри автомобильного аккумулятора? А внутри  — кислотный электролит, содержащий серную кислоту и свинцовые пластины. Это конечно упрощённо, далее расскажем поподробней.

Автомобильный аккумулятор является вторичным гальваническим элементом. Внимательное изучение его свойств и устройства поможет правильно выбрать необходимый нам продукт при покупке.

Что же такое гальванические элементы

Гальванический элемент — прибор, который преобразует химическую энергию в энергию электрическую. Главными составными частями любого гальванического элемента являются два электрода — катод и анод, размещенные в сосуде из не проводящего ток материала и заполненного электролитом.

Все многообразие применяемых гальванических элементов можно разделить на два главных типа: первичные элементы и вторичные элементы.

К числу первичных элементов относятся, например, всем известные так называемые «сухие» элементы. К вторичным элементам относятся аккумуляторные батареи всех типов. Различие между типами элементов обусловливается характером химических реакций, протекающих в них при эксплуатации.

Во вторичных элементах происходящие химические реакции обратимые. Отработавшая или разряженная АКБ может быть восстановлена (заряжена), если пропускать через неё постоянный электрический ток в обратном направлении. В процессе заряда электрическая энергия преобразуется в химическую. При следующем цикле разряда происходит обратная реакция.

Типы автомобильных аккумуляторов

Типы аккумуляторов бывают обслуживаемые и необслуживаемые.

У обслуживаемого аккумулятора можно:

  • физически просто выкрутить пробки с банок;
  • визуально определить уровень электролита и состояние свинцовых пластин;
  • замерить плотность, кипение электролита при заряде;
  • при необходимости добавить дистиллированную воду.

Если говорить языком автомобилиста – «добраться до внутренностей». Мы можем делать с аккумулятором все что захотим.

Но обслуживаемые АКБ имеют ряд недостатков:

  • из-за негерметичности батареи в процессе эксплуатации электролит может выкипать, что приводит к снижению его уровня и, как следствие, падает ёмкость, итог – проблемы с запуском автомобиля;
  • испарение воды приводит к повышению плотности электролита, следствием чего является разрушение пластин;
  • необходимо постоянно контролировать уровень электролита;
  • при нагревании электролита на внешней крышке аккумулятора (в местах расположения пробок) образуется специфический белый налет, что может привести к замыканию клемм и преждевременному частичному разряду.

Все эти недостатки – проблемы прошедших лет. Изобретатели долгие годы трудились над решением этих проблем и, наконец, нашли выход из положения – сделали аккумулятор необслуживаемым.

Необслуживаемый АКБ.

Отличительной чертой является отсутствие пробок на верхней крышке и как бы вы не хотели заглянуть внутрь – ничего не получится. Он стал полностью герметичным.

Какие достоинства у данного типа?

  • при нагревании электролита испаряемая жидкость в виде конденсата оседает на внутренних стенках батареи и стекает вниз.
  • АКБ можно кантовать как угодно, не боясь пролива электролита.
  • решена главная проблема – пластины всегда находятся в электролите.

Но без недостатков не бывает ни одного устройства.

На необслуживаемых батареях перемычки между банками расположены внутри корпуса. Проверить напряжение на банках практически невозможно.

На необслуживаемые аккумуляторы начали устанавливать так называемые «клапаны аварийного сброса давления». Срабатывает он в экстренных случаях, когда происходит сильный перезаряд. Наружу выходит часть испаряемого электролита, но вот обратно добавить его в батарею возможность отсутствует напрочь. Несколько перезарядов и как итог – батарея теряет ёмкость.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Наверняка более 90% автомобилистов знают об устройстве своего аккумулятора только из школьных уроков физики. Да в повседневной жизни это уже и не требуется. Купил – установил – забыл.

Характеристики аккумуляторных батарей, на которые обращают внимание автомобилисты при его выборе: тип батареи (обслуживаемая или безуходная), электрическая ёмкость батареи, номинальное напряжение батареи, саморазряд.

Термин «электрическая ёмкость АКБ» означает количество электричества, отдаваемого аккумулятором при разряде. Ёмкость определяется в ампер-часах.

Разрядная ёмкостью СР — количество электричества в ампер-часах, получаемое при разряде аккумулятора до допустимого напряжения. Разрядную ёмкость определяют исходя из формуле:

СР  = Iр* tр

Ёмкость САБ существенным образом зависит от температуры электролита, особенно на стартерных режимах разряда.

Ёмкость аккумулятора может быть выражена двояко: в амперчасах или в ваттчасах. Термин «ёмкость» обозначает то количество электричества, которое можно получить от данного источника питания. Ёмкость же в ваттчасах есть мера энергии или способности производить работу.

При определении емкости какой-либо аккумуляторной батареи необходимо отмечать режим, при котором производится разряд, температуру и конечное напряжение. Ёмкость аккумулятора в основном определяется тремя факторами: разряд, температура и конечное напряжение, а при маркировке устанавливается в амперчасах.

Стандартной величиной номинального напряжения одного элемента аккумулятора является 2 вольта. Для легковых автомобилей выпускают аккумуляторы с напряжением 12в., а на грузовых применяют с напряжением 24в. Для специальной техники могут изготавливаться АКБ с напряжением, установленным производителем.

Самопроизвольный разряд аккумулятора – потеря емкости в процессе хранения, отключения внешних потребителей, температурного режима эксплуатации и качества ТО. При этом его рабочие характеристики снижаются.

Экспериментально установлено, что для свинцово-кислотных АКБ величина саморазряда варьируется от 1,5 до 3% в месяц.

Одной из причин повышенного саморазряда обслуживаемых аккумуляторов является применение не дистиллированной воды, содержащей примеси железа, хлора и различных солей.

Также при переворачивании батареи или сильной тряске происходит осыпание активного вещества с пластин.

Заглянем что внутри?

Принципиально конструкция аккумуляторов осталась неизменной со времени их изобретения: свинцовые пластины и кислота. Внутреннее пространство заполнено электролитом, состоящим из 38%-ной серной кислоты и дистиллированной воды. В каждой батарее отрицательные и положительные электроды чередуются. Между пластинами размещаются пластмассовые сепараторы. Все перемычки между элементами и батареями изготовлены из свинца.

Разберемся в конструкции АКБ подробней

Устройство автомобильного аккумулятора простое: ёмкость для размещения электродов, пластин, сепараторов и крышки. В обслуживаемых в крышке предусмотрены горловины для заливки электролита и закручивающиеся пробки. Они позволяют при необходимости доливать дистиллированную воду.

Корпуса батарей изготавливают из прочного полипропилена.

Материал корпуса не токопроводящий и химически стоек к серной кислоте. По нижнему краю корпуса предусмотрена отбортовка для жесткого крепления в автомобиле, чтобы исключить удары и падения.

Вентиляционные (лабиринтные) пробки используются в обслуживаемых батареях. Они предохраняют от выноса и выплескивания электролита, но обеспечивают свободный выход газа. В качестве лабиринтного наполнителя могут использоваться гранулы полиэтилена.

Чтобы исключить неправильное подключение батареи к бортовой сети автомобиля, свинцовые клеммные выводы отличаются по размерам, и чём вкратце описано в статье про виды аккумуляторов.

Практически все виды свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов неремонтопригодны.

Принцип работы автомобильного аккумулятора

Принцип работы аккумулятора в автомобиле основан на процессах двух видов. При подключении к батарее потребителей (стартер, фары, приборы панели управления автомобили и др.) происходит её разряд.

При этом химическая энергия превращается в электрическую, которая, в свою очередь, может быть превращена в тепловую, механическую и световую.

Если к такому источнику питания  подключить электродвигатель, то часть электроэнергии превратится в механическую, а какая-то — в тепловую.

При заряде происходит обратный процесс — электрическая энергия преобразуется в химическую.

Во время заряда на пластинах- катоде, аноде и в электролите образуются те вещества, которые вступают в электрохимическую реакцию при разряде. Химические реакции при заряде идут в обратном направлении по сравнению с химическими реакциями при разряде. Этим и объясняется то, что АКБ называют обратимым источником тока, его работа носит циклический характер: разряд-заряд.

Как заряжать аккумулятор автомобиля?

Способов зарядки существует великое множество.

Зарядка аккумуляторных батарей производится постоянно при работающем двигателе или специальным зарядным устройством.

Для заряда аккумулятора заводской готовности его нужно залить электролитом и выдержать требуемое для пропитки время, после чего подключить к зарядному устройству. Положительный полюс батареи необходимо соединить с положительным полюсом ЗУ, а отрицательный — с отрицательным. Начать заряд можно при условии, что температура электролита в банках не выше 30°С в холодной и не выше 35°С в жаркой и теплой влажной зонах, в противном случае ему надо дать остыть.

Сам процесс заряда подробно расписан в инструкциях к зарядным устройствам. О зарядке кальциевых батарей Вы можете почитать тут.

В заключение можно отметить, что практически все виды свинцово-кислотных автомобильных АКБ не ремонтопригодны.

В настоящее время вышедшие из строя АКБ, в лучшем случае, умельцы выжигают на кострах с целью получения свинца. А в основном отработавшие батареи сдают в пункты приема цветных металлов или обменивают на новые с доплатой.

Свинцово-кислотный аккумулятор: принцип работы, виды

Свинцово-кислотный аккумулятор — один из самых распространенных типов батарей, использующийся в качестве источника электроэнергии для автомобиля, мотоцикла, мопеда, или в случае необходимости создания запасных источников питания.

Первая модель свинцово-кислотного аккумулятора была создана в середине XIX века ученым Гастоном Планте. Тогда его конструкция подразумевала две свинцовых пластины, стеклянную колбу с серной кислотой и обычное полотно в роли сепаратора. Это устройство обладало малой емкостью заряда и не получило достаточного распространения. Но идею оценили другие ученые и стали экспериментировать с составом электродов. В итоге самой удачной оказалась решетчатая конструкция из сплава с добавлением сурьмы. Изобретение генераторов постоянного тока решило проблему с подходящим источником энергии, и свинцово-кислотные аккумуляторные батареи наконец-таки получили широкое распространение.

В конце ХХ века их конструкция усложнилась, появились необслуживаемые аккумуляторы, в электроды которых был добавлен кальций. Это нововведение позволило существенно сократить расход воды. В идеале, батареи такого типа способны работать без пополнения количества воды в электролите весь срок службы. Кстати, при необходимости утратившее работоспособность устройство можно попробовать восстановить, используя принцип действия кислотных аккумуляторов.

Кислотные аккумуляторы — вторичные источники тока, который образуется за счет реакций восстановления и окисления, проходящих между материалом электродов и электролитом. В качестве электролита используется водный раствор серной кислоты. Остановимся на подробнее на устройстве аккумуляторов этого типа.

По конструктивным особенностям современные батареи делятся на три типа:

  1. С жидким электролитом. Могут быть как обслуживаемыми, так и необслуживаемыми. Электролит — смесь серной кислоты и воды, находящаяся в жидком виде. В версии, требующей обслуживания, пластины изготавливаются из свинца с добавлением сурьмы и мышьяка. В таких батареях высок расход воды, что делает обслуживание аккумулятора не очень простой задачей. После замены сурьмы на кальций в состав сплава отрицательной пластины появились так называемые гибридные аккумуляторы, более удобные в эксплуатации, чем их предшественники. И, наконец, с добавлением кальция в обе пластины началась эра устройств, не требующих восстановления количества воды весь срок службы. Несмотря на совершенство конструкции, у них есть один минус — плохо переносят почти полный разряд, особенно в условиях отрицательной температуры.
  2. Гелевые АКБ. В этих конструкциях электролит находится в сгущенном состоянии благодаря добавлению кремния. Плюс такой конструкции в том, что батарея становится абсолютно герметичной. Газ, выделяющийся в процессе химических реакций, находит себе место в порах геля, а при обратных реакциях вновь присоединяется к раствору серной кислоты. Но это очень капризные батареи. Они требуют неукоснительного соблюдения условий эксплуатации, чувствительны к перепадам температур, справляются с высокой нагрузкой хуже, чем их жидкостные собратья. Но они хорошо справляются с сильной разрядкой, действительно не требуют дополнительного обслуживания. Гелевые АКБ чаще используются в качестве стационарно резервного источника питания и редко устанавливаются на транспорт.
  3. AGM-аккумуляторы. Это самый современный вид батарей, сочетающий все достоинства предыдущих вариантов. Электролит остается жидким, но циркулирует в пористой конструкции из тончайших стеклянных волокон. Два вида пор — большие и маленькие — обеспечивают свободное перемещение газа до того, как запустится обратная реакция. Конструкция устройства такова, что аккумулятор может работать, даже если его оболочка незначительно повреждена. Не боятся они и холода, глубокой разрядки, вибраций. Единственная уязвимость такого устройства — чувствительность к перепадам напряжения. Эту проблему можно решить, контролируя работу генератора и пользуясь надежным ЗУ.

У любого вида аккумулятора есть два основных параметра: емкость и напряжение. Емкость определяет количество энергии, которое аккумулятор может отдать при рабочем напряжении, измеряется в Ампер-часах. Она зависит от площади свинцовых пластин, участвующих в химических реакциях. При износе аккумулятора его емкость уменьшается из-за естественных потерь в размере пластин.

Напряжение — количество электрического тока, отдаваемое батареей. Измеряется в вольтах, зависит от плотности электролита. Оба параметра необходимо контролировать, так как от них зависит работоспособность устройства.

Для измерения напряжения используется вольтмер, правильные показатели — от  11 до 13 вольт (раньше производились аккумуляторы с напряжением 6 вольт, теперь они считаются устаревшими).

Чтобы измерить емкость, существует несколько методов:

  • «Нагрузочная вилка» — измерение напряжения при эталонной нагрузке. Аккумулятор должен быть полностью заряжен.
  • Специальный индикатор, способный посылать сигнал, определяющий площадь свинцовых пластин, и преобразовывать его в цифры. Не требует особых условий использования.
  • В домашних условиях можно подключить мощную автомобильную галогеновую лампу и замерить в это время напряжение. Ели в течение 2 минут оно держится на уровне ~11 вольт, а свет лампы ровный и сильный — все в порядке.

В зависимости от типа используемого аккумулятора, условия его эксплуатации будут сильно отличаться. Единственная общая черта — всех их необходимо вовремя заряжать. Так, обслуживаемая батарея требует долива воды в аккумулятор, что может представлять собой опасность — кислота нагревает воду, и кипяток может ощутимо обжечь автовладельца.

Конструкция необслуживаемых аккумуляторов не предполагает возможности пополнения запаса воды в них. Но, даже если произвести небольшие изменения в конструкции, обжечься кипятком все равно будет проблематично. Для батарей такого типа важно не допускать больших колебаний напряжения. Это справедливо и для автомобильного, и для мотоциклетного аккумулятора. Но герметичный корпус уменьшает варианты восстановления устройства.

Как восстановить батарею? Часто снижение емкости или напряжения аккумулятора происходит из-за того, что некоторые участки электролита слишком уплотнились. При многоразовой небольшой зарядке эти области разжижаются, и потенциал устройства восстанавливается. Существует несколько рецептов восстанавливающего раствора, который несколько улучшает состояние устройства. К сожалению, его использование несколько затруднено на батареях с герметизированным корпусом, так как слить из него этот раствор будет проблематично.

Какой бы аккумулятор ни был установлен на транспортном средстве, важно соблюдать инструкцию по его использованию, вовремя заряжать и, при необходимости, пополнять запас воды в электролите. Тогда срок службы батареи будет максимально долгим.

Информация о зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов - Battery University

Узнайте, как оптимизировать условия зарядки, чтобы продлить срок службы.

В свинцово-кислотных аккумуляторах используется метод заряда постоянного тока и постоянного напряжения (CCCV). Регулируемый ток увеличивает напряжение на клеммах до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел напряжения заряда, после чего ток падает из-за насыщения. Время зарядки составляет 12–16 часов и до 36–48 часов для больших стационарных батарей.Благодаря более высоким токам заряда и многоступенчатым методам зарядки время зарядки можно сократить до 8–10 часов; однако без полной дозаправки. Свинцово-кислотный аккумулятор работает медленно и не может заряжаться так быстро, как другие аккумуляторные системы. (См. BU-202: Новые свинцово-кислотные системы.)

При использовании метода CCCV свинцово-кислотные батареи заряжаются в три этапа: [1] заряд постоянным током, [2] доливающий заряд и [3] плавающий заряд. Заряд постоянным током составляет основную часть заряда и занимает примерно половину необходимого времени зарядки; дополнительный заряд продолжается при более низком токе заряда и обеспечивает насыщение, а плавающий заряд компенсирует потери, вызванные саморазрядом.

Во время зарядки постоянным током аккумулятор заряжается примерно до 70 процентов за 5–8 часов; оставшиеся 30 процентов заполнены

т.Свинцово-кислотный аккумулятор

: работа, конструкция и зарядка / разрядка

Практически каждое портативное устройство состоит из аккумулятора. Батарея представляет собой накопительное устройство, в котором накапливается энергия для обеспечения ее в любой момент. В современном мире электроники доступны различные типы батарей, среди которых Свинец Кислотная батарея обычно используется для источников питания высокой мощности. Обычно свинцово-кислотные батареи больше по размеру, имеют прочную и тяжелую конструкцию, они могут хранить большое количество энергии и обычно используются в автомобилях и инверторах.

Даже после конкуренции с литий-ионными аккумуляторами спрос на свинцово-кислотные аккумуляторы растет день ото дня, потому что они дешевле и проще в обращении по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Согласно некоторым исследованиям рынка, рынок свинцово-кислотных аккумуляторов в Индии будет расти со среднегодовым темпом роста более 9% в течение 2018-24 годов. Таким образом, он пользуется огромным рыночным спросом в автоматизации, автомобилестроении и бытовой электронике. Хотя большая часть электромобилей поставляется с литий-ионными батареями, все же есть много электрических двухколесных транспортных средств, которые используют свинцово-кислотные батареи для питания транспортного средства.

В предыдущем уроке мы узнали о литий-ионных аккумуляторах, здесь мы разберемся с принципом работы , конструкцией и применением свинцово-кислотных аккумуляторов. Мы также узнаем о характеристиках зарядки / разрядки, требованиях и безопасности свинцово-кислотных аккумуляторов.

Строительство свинцово-кислотной батареи

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор? Если мы сломаем название Свинцово-кислотный аккумулятор, мы получим Свинцовый, Кислотный и Аккумулятор .Свинец - это химический элемент (обозначение - Pb, атомный номер 82). Это мягкий и податливый элемент. Мы знаем, что такое кислота; он может отдавать протон или принимать пару электронов, когда реагирует. Итак, аккумулятор, который состоит из свинца и безводной свинцовой кислоты (иногда ошибочно называемой пероксидом свинца), называется свинцово-кислотным аккумулятором.

Итак, , что такое внутренняя конструкция?

Свинцово-кислотная батарея состоит из следующих элементов, мы можем видеть это на изображении ниже:

Свинцово-кислотная батарея состоит из пластин, сепаратора и электролита, твердого пластика с твердым резиновым корпусом .

В аккумуляторах пластины двух типов , положительные и отрицательные. Положительный состоит из диоксида свинца, а отрицательный - из губчатого свинца. Эти две пластины разделены разделителем , который представляет собой изоляционный материал. Вся конструкция хранится в жестком пластиковом ящике с электролитом. Электролит - вода и серная кислота.

Жесткий пластиковый корпус одноклеточный. Одноячеечное хранилище обычно 2.1В. По этой причине свинцово-кислотная батарея на 12 В состоит из 6 ячеек и обычно обеспечивает 6 x 2,1 В / элемент = 12,6 В.

Теперь, , какова емкость накопителя заряда?

Это сильно зависит от активного материала (количества электролита) и размера пластины. Возможно, вы видели, что емкость литиевой батареи описывается в мАч или миллиампер-часах, но в случае свинцово-кислотной батареи это ампер-час. Мы опишем это в следующем разделе.

Работа свинцово-кислотных аккумуляторов

Работа свинцово-кислотного аккумулятора - это все о химии, и очень интересно узнать о ней. В процессе зарядки и разрядки свинцово-кислотных аккумуляторов происходят огромные химические процессы. Молекулы разбавленной серной кислоты H 2 SO 4 распадаются на две части при растворении кислоты. Он создаст положительные ионы 2H + и отрицательные ионы SO 4 -. Как мы уже говорили ранее, два электрода соединены как пластины, анод и катод.Анод улавливает отрицательные ионы, а катод притягивает положительные ионы. Эта связь в аноде и SO 4 - и катоде с 2H + обменивается электронами и далее реагирует с h3O или с водой (разбавленная серная кислота, серная кислота + вода).

Батарея имеет два состояния химической реакции: Зарядка и Разрядка .

Свинцово-кислотная батарея Зарядка

Как мы знаем, чтобы зарядить аккумулятор, нам нужно обеспечить напряжение, превышающее напряжение на клеммах.Таким образом, для зарядки аккумулятора 12,6 В можно подать напряжение 13 В.

Но что на самом деле происходит, когда мы заряжаем свинцово-кислотную батарею?

Ну, те же химические реакции, которые мы описали ранее. В частности, когда аккумулятор соединен с зарядным устройством, молекулы серной кислоты распадаются на два иона: положительные ионы 2H + и отрицательные ионы SO 4 -. Водород обменивается электронами с катодом и становится водородом, этот водород реагирует с PbSO 4 на катоде и образует серную кислоту (H 2 SO 4 ) и свинец (Pb).С другой стороны, SO 4 - обмениваются электронами с анодом и становятся радикальными SO 4 . Этот SO 4 реагирует с PbSO 4 анода и образует пероксид свинца PbO 2 и серную кислоту (H 2 SO 4 ). Энергия накапливается за счет увеличения плотности серной кислоты и увеличения потенциального напряжения ячейки.

Как объяснялось выше, в процессе зарядки на аноде и катоде происходят следующие химические реакции.

На катоде

  PbSO  4  + 2e  -  => Pb + SO  4   2-   

На аноде

  PbSO  4  + 2H  2  O => PbO  2  + SO  4   2- + 4H - + 2e -  

В сочетании двух приведенных выше уравнений общая химическая реакция будет

.
  2PbSO  4  + 2H  2  O => PbO  2  + Pb + 2H  2  SO  4   

Существуют различные методы зарядки свинцово-кислотного аккумулятора.Каждый метод может использоваться для определенных свинцово-кислотных аккумуляторов для конкретных приложений. В некоторых приложениях используется метод зарядки с постоянным напряжением , в некоторых приложениях используется метод с постоянным током , в то время как зарядка от щекотки также полезна в некоторых случаях. Обычно производитель аккумуляторов предоставляет правильный метод зарядки определенных свинцово-кислотных аккумуляторов. Зарядка постоянным током обычно не используется при зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов .

Наиболее распространенным методом зарядки, используемым в свинцово-кислотных аккумуляторах, является метод зарядки постоянным напряжением , который является эффективным с точки зрения времени зарядки.В течение полного цикла зарядки напряжение заряда остается постоянным, а ток постепенно уменьшается с увеличением уровня заряда аккумулятора.

Свинцово-кислотная батарея разряжается

Разрядка свинцово-кислотной батареи снова связана с химическими реакциями. Серная кислота находится в разбавленной форме, обычно в соотношении 3: 1 с водой и серной кислотой. Когда нагрузки подключаются поперек пластин, серная кислота снова распадается на положительные ионы 2H + и отрицательные ионы SO 4 .Ионы водорода реагируют с PbO 2 и образуют PbO и воду H 2 O. PbO начинает реагировать с H 2 SO 4 и создает PbSO 4 и H 2 O.

С другой стороны, SO 4 - ионы обмениваются электронами с Pb, образуя радикал SO 4 , который в дальнейшем создает PbSO 4 , реагирующий с Pb.

Как объяснено выше, в процессе разряда на аноде и катоде происходят следующие химические реакции.Эти реакции прямо противоположны реакциям зарядки:

На катоде

  Pb + SO  4   2- => PbSO  4  + 2e -  

На аноде:

  PbO  2  + SO  4   2-  + 4H - + 2e - => PbSO  4  + 2H  2  O  

В сочетании двух приведенных выше уравнений общая химическая реакция будет

.
  PbO  2  + Pb + 2H  2  SO  4  => 2PbSO  4  + 2H  2  O  

Из-за обмена электронами между анодом и катодом нарушается баланс электронов на пластинах.Затем электроны проходят через нагрузку, и батарея разряжается.

Во время этого разряда плотность разбавленной серной кислоты уменьшается. Кроме того, в то же время уменьшается разность потенциалов ячейки.

Фактор риска и электрические характеристики

Свинцово-кислотный аккумулятор опасен при ненадлежащем обслуживании. Поскольку аккумулятор выделяет водород во время химического процесса, он очень опасен, если не используется в вентилируемом помещении.Кроме того, неточная зарядка серьезно повреждает аккумулятор.

Каковы стандартные характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов?

Каждая свинцово-кислотная батарея снабжена таблицей данных по стандартному току заряда и току разряда. Обычно свинцово-кислотный аккумулятор на 12 В, применимый в автомобильной промышленности, может иметь диапазон от 100 Ач до 350 Ач. Этот рейтинг определяется как рейтинг разряда с 8-часовым периодом времени.

Например, батарея емкостью 160 Ач может обеспечить 20 А тока питания нагрузки в течение 8 часов диапазона .Мы можем потреблять больше тока, но делать это не рекомендуется. Потребление тока, превышающего максимальный ток разряда в течение 8 часов, приведет к снижению эффективности аккумулятора, а также может измениться внутреннее сопротивление аккумулятора, что еще больше повысит температуру аккумулятора.

С другой стороны, во время фазы зарядки мы должны быть осторожны с полярностью зарядного устройства , оно должно быть правильно подключено с полярностью батареи. Обратная полярность опасна для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов.Готовое зарядное устройство поставляется с измерителем зарядного напряжения и зарядного тока с возможностью управления. Мы должны обеспечить большее напряжение, чем напряжение аккумулятора, чтобы зарядить аккумулятор. Максимальный ток заряда должен быть таким же, как и максимальный ток питания при 8-часовой разряде. Если мы возьмем тот же пример 12 В 160 Ач, то максимальный ток питания составляет 20 А, поэтому максимальный безопасный ток зарядки составляет 20 А.

Не следует увеличивать или обеспечивать большой зарядный ток , так как это приведет к нагреву и увеличению выработки газа.

Правила обслуживания свинцово-кислотных аккумуляторов

  1. Полив - это функция, которой часто пренебрегают при обслуживании залитых свинцово-кислотных аккумуляторов. Поскольку перезарядка уменьшает воду, нам нужно часто ее проверять. Меньшее количество воды вызывает окисление пластин и снижает срок службы батареи. При необходимости доливайте дистиллированную или ионизированную воду.
  2. Проверьте вентиляционные отверстия, их нужно усовершенствовать резиновыми заглушками, часто резиновые заглушки слишком плотно прилегают к отверстиям.
  3. Заряжайте свинцово-кислотные аккумуляторы после каждого использования. Длительный период без подзарядки обеспечивает сульфатирование в пластинах.
  4. Не замораживайте аккумулятор и не заряжайте его более чем на 49 градусов по Цельсию. При низкой температуре окружающей среды аккумуляторы необходимо полностью заряжать, поскольку полностью заряженные аккумуляторы безопаснее, чем разряженные аккумуляторы в отношении замерзания.
  5. Не разряжайте аккумулятор ниже 1,7 В на элемент.
  6. Для хранения свинцово-кислотного аккумулятора его необходимо полностью зарядить, а затем слить электролит.Тогда аккумулятор высохнет и его можно будет хранить долгое время.
.Свинцово-кислотные батареи

Характеристики

Свинцово-кислотные батареи

были изобретены в 1859 году Гастоном Планте и впервые продемонстрированы Французской академии наук в 1860 году. Они остаются технологией выбора для автомобильных приложений SLI (запуск, освещение и зажигание), поскольку они надежны, устойчивы к неправильному обращению, испытаны и проверено и по причине их невысокой стоимости.Однако для более мощных приложений с прерывистой нагрузкой свинцово-кислотные батареи, как правило, слишком большие и тяжелые, и они страдают от более короткого срока службы и типичной полезной мощности, которая снижается до 50% глубины разряда (DOD). Несмотря на эти недостатки, свинцово-кислотные батареи по-прежнему используются для приложений PowerNet (мощность 36 В, 2 кВтч) из-за их стоимости, но, вероятно, это предел их применимости, и никель-металл-гидридные и литий-ионные батареи все больше проникают на этот рынок. Для более высоких напряжений и циклических нагрузок исследуются другие технологии.

Свинцово-кислотные батареи состоят из катода из диоксида свинца, губчатого металлического свинцового анода и электролита из раствора серной кислоты. Этот элемент тяжелого металла делает их токсичными, и неправильная утилизация может быть опасной для окружающей среды.

Напряжение ячейки 2 Вольта

Отвод
Во время разряда диоксид свинца (положительная пластина) и свинец (отрицательная пластина) реагируют с электролитом серной кислоты с образованием сульфата свинца, воды и энергии.

Заряд
Во время зарядки цикл меняется на противоположный: сульфат свинца и вода электрохимически преобразуются в свинец, оксид свинца и серную кислоту с помощью внешнего источника электрического заряда.

Многие новые конкурентоспособные химические составы ячеек разрабатываются для удовлетворения требований автомобильной промышленности к приложениям EV и HEV.

Даже спустя 150 лет после изобретения свинцово-кислотные аккумуляторы продолжают совершенствоваться, и, несмотря на их недостатки и конкуренцию со стороны более новых химических элементов, свинцово-кислотные аккумуляторы по-прежнему удерживают львиную долю рынка мощных аккумуляторов.

Преимущества

Низкая стоимость.

Надежный. Более 140 лет разработки.

Прочный. Терпимый к злоупотреблениям.

Устойчив к перезарядке.

Низкое внутреннее сопротивление.

Может подавать очень высокие токи.

Неограниченный срок хранения при хранении без электролита.

Можно оставить на непрерывной или постоянной подзарядке в течение длительного времени.

Доступен широкий диапазон размеров и мощностей.

Многие поставщики по всему миру.

Самый переработанный продукт в мире.

Недостатки

Очень тяжелый и громоздкий.

Типичная кулоновская эффективность заряда составляет всего 70%, но может достигать 85–90% для специальных конструкций.

Опасность перегрева при зарядке

Не подходит для быстрой зарядки

Типичный срок службы от 300 до 500 циклов.

После введения электролита необходимо хранить в заряженном состоянии во избежание порчи активных химикатов.

Газообразование - это образование и выброс пузырьков водорода и кислорода из-за разложения воды в электролите во время процесса зарядки, в частности, из-за чрезмерной зарядки, вызывающей потерю электролита.В больших аккумуляторных установках это может вызвать взрывоопасную атмосферу в аккумуляторной. Из-за потери электролита свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо регулярно доливать водой. Однако герметичные батареи предназначены для удержания и рекомбинации этих газов. (См. VRLA ниже)

Сульфатирование может возникнуть, если аккумулятор хранится в течение длительных периодов времени в полностью разряженном состоянии или в состоянии очень низкого заряда, или если он никогда не заряжается полностью или уровень электролита стал чрезмерно низким из-за чрезмерной потери воды из-за перезарядки и / или испарения.Сульфатирование - это увеличение внутреннего сопротивления батареи из-за образования крупных кристаллов сульфата свинца, которые не могут быстро превратиться обратно в свинец, диоксид свинца и серную кислоту во время перезарядки. В крайних случаях крупные кристаллы могут вызвать перекос и замыкание пластин. Иногда сульфатацию можно исправить очень медленной зарядкой (при низком токе) при более высоком, чем обычно, напряжении.

Полная разрядка аккумулятора может вызвать непоправимый ущерб.

Отслаивание или потеря материала с пластин может произойти из-за чрезмерной скорости заряда или чрезмерной цикличности. В результате на дне ячейки появляются куски свинца и дыры в пластинах, от которых нет лекарства. Это чаще встречается в батареях SLI, пластины которых состоят из свинцовой «губки», внешне похожей на очень мелкую поролоновую губку. Это дает очень большую площадь поверхности, позволяющую обрабатывать большую мощность, но при глубоком цикле эта губка быстро израсходуется и упадет на дно ячеек.

Токсичные химические вещества

Очень тяжелый и громоздкий

Свинцово-кислотные аккумуляторы

могут работать до температур ниже -45 ° C, однако, как и у всех аккумуляторов, скорость разряда и эффективная емкость снижаются при низких температурах. В случае свинцово-кислотных аккумуляторов емкость падает примерно на 1% на градус при температурах ниже +20 ° C, так что при самых низких температурах мощность запуска серьезно снижается.

Разложение электролита Ячейки с загущенным электролитом склонны к ухудшению качества электролита и неожиданному выходу из строя. Такие ячейки обычно используются для аварийных приложений, таких как резервное копирование ИБП в случае потери сетевого питания. Чтобы в аварийной ситуации не оказаться застигнутым врасплох ненадежной батареей, рекомендуется включить в батарею какую-либо форму регулярного самотестирования.

Зарядка

Зарядите сразу после использования.

Длится дольше при частичных разрядах.

Метод зарядки: постоянное напряжение с последующей подзарядкой.

Быстрая зарядка невозможна, но время зарядки можно сократить с помощью метода управления зарядкой V Taper.

Приложения

Автомобильные и тяговые приложения.

Резервное / Резервное / Аварийное питание для электрических установок.

Подводные лодки

ИБП (источники бесперебойного питания)

Освещение

Приложения с большим током утечки.

Герметичные батареи, доступные для использования в переносном оборудовании.

Сетевой накопитель энергии

Стоимость

Низкая стоимость

Залитые свинцово-кислотные элементы - один из наименее дорогих источников питания от батарей.

Ячейки с глубоким циклом могут стоить в два раза дороже эквивалентных затопленных ячеек.

Разновидности свинцово-кислотных аккумуляторов

За прошедшие годы производители аккумуляторов ввели ряд добавок, таких как кальций, сурьма и селен, для улучшения различных параметров производительности аккумуляторов. По той же причине были разработаны различные конструкции элементов и батарей для оптимизации различных аспектов работы батарей.

Свинцово-кальциевые батареи

Свинцово-кислотные батареи с электродами, модифицированными добавлением кальция, обеспечивающие следующие преимущества:

  • Более устойчив к коррозии, перезарядке, выделению газов, использованию воды и саморазряду, которые сокращают срок службы батареи.
  • Увеличенная зона запаса электролита над пластинами.
  • Более высокие характеристики усилителя холодного пуска.
  • Небольшое обслуживание или его отсутствие.

Свинцово-сурьмянистые батареи

Свинцово-кислотные батареи с электродами, модифицированными добавлением сурьмы, обеспечивающие следующие преимущества:

  • Повышенная механическая прочность электродов - важна для электромобилей и глубокого разряда
  • Снижены внутренние потери тепла и воды из-за выделения газов, однако потеря воды по-прежнему превышает эквивалентную потерю в свинцово-кальциевых батареях.
  • Срок службы больше, чем у кальциевых батарей.
  • Полностью разряженный аккумулятор легче заряжается.
  • Более низкая стоимость.

Свинцово-сурьмянистые батареи имеют более высокую скорость саморазряда от 2% до 10% в неделю по сравнению с 1% до 5% в месяц для свинцово-кальциевых батарей.

Свинцово-кислотные батареи с клапаном регулирования (VRLA)
Также называются герметичными свинцово-кислотными ( SLA ) батареями.

Эта конструкция предназначена для предотвращения потерь электролита из-за испарения, утечки и выделения газов, что, в свою очередь, продлевает срок службы батареи и упрощает техническое обслуживание. Вместо простых вентиляционных колпачков на ячейках, позволяющих выходить газу, VRLA имеет напорные клапаны, которые открываются только в экстремальных условиях. Батареи с регулируемым клапаном также нуждаются в электролитной конструкции, которая снижает газообразование, препятствуя выбросу в атмосферу кислорода и водорода, образующихся в результате гальванического действия батареи во время зарядки.Обычно это связано с катализатором, который заставляет водород и кислород рекомбинировать в воду и называется рекомбинантной системой. Поскольку исключается проливание кислотного электролита, батареи также более безопасны.

AGM Батарея из абсорбированного стеклянного коврика

Также известен как Absorptive Glass Micro-Fiber

Используемый в батареях VRLA мат из стекловолокна силиката бора, который действует как разделитель между электродами и поглощает свободный электролит, действуя как губка.Его цель - способствовать рекомбинации водорода и кислорода, выделяемых в процессе зарядки. Никакого силикагеля не требуется. Мат из стекловолокна поглощает и удерживает кислоту в мате, но сохраняет ее в жидкой, а не гелевой форме. Таким образом, кислота становится более доступной для пластин, обеспечивая более быстрые реакции между кислотой и материалом пластины, обеспечивая более высокие скорости заряда / разряда, а также глубокие циклы.

Эта конструкция очень прочная и способна выдерживать сильные удары и вибрацию, а элементы не протекают, даже если корпус треснет.

Аккумуляторы

AGM также иногда называют «нехваткой электролита» или «сухим», поскольку стекловолоконный мат только на 95% насыщен серной кислотой и в нем нет лишней жидкости.

Практически все аккумуляторы AGM имеют герметичный регулируемый клапан «VRLA».

AGM имеют очень низкий уровень саморазряда от 1% до 3% в месяц

Гелевая ячейка

Это альтернативная рекомбинантная технология, которая также используется в аккумуляторах VRLA, чтобы способствовать рекомбинации газов, образующихся во время зарядки.Это также снижает возможность проливания электролита. Склонен к повреждению, если допустить газообразование, поэтому скорость зарядки может быть ограничена. Их необходимо заряжать с меньшей скоростью (C / 20), чтобы избыток газа не повредил элементы. Их нельзя быстро зарядить с помощью обычного автомобильного зарядного устройства, иначе они могут выйти из строя.

Используется для ИБП.

SLI Батареи (пусковое освещение и зажигание)

Это типичный автомобильный аккумулятор.Автомобильные аккумуляторы предназначены для полной зарядки при запуске автомобиля; после запуска автомобиля потерянный заряд, обычно от 2% до 5% заряда, заменяется генератором, и аккумулятор остается полностью заряженным. Эти батареи не предназначены для разряда ниже 50% глубины разряда (DOD), и разряд ниже этих уровней может повредить пластины и сократить срок службы батареи.

Аккумуляторы глубокого разряда

Морское оборудование, багги для гольфа, вилочные погрузчики и электромобили используют батареи глубокого разряда, которые полностью разряжены перед подзарядкой.Поскольку зарядка вызывает чрезмерное нагревание, которое может деформировать пластины, для глубокого цикла используются более толстые и прочные или сплошные решетки пластин. Обычные автомобильные аккумуляторы не предназначены для многократного глубокого цикла и используют более тонкие пластины с большей площадью поверхности для достижения высокой допустимой нагрузки по току.

Автомобильные аккумуляторы обычно выходят из строя после 30–150 глубоких циклов при глубоком цикле, в то время как они могут длиться тысячи циклов при нормальном запуске (2–5% разряда).

Если батареи, предназначенные для глубокого цикла, используются в автомобилях, их размер должен быть увеличен примерно на 20%, чтобы компенсировать их более низкую допустимую нагрузку по току.

Свинцово-кислотные батареи улучшенного качества

Углеродное легирование электродов увеличивает срок службы и эффективность свинцово-кислотных аккумуляторов за счет резкого снижения накопления отложений сульфата свинца, которые ранее препятствовали их образованию. спектакль.

Ультра аккумулятор - иногда его называют Супер аккумулятор

Установка суперконденсатора в батарею действует как «буфер», улучшая ее быстродействующие характеристики заряда / разряда, так что устройство может успешно работать в пределах окна состояния заряда ниже 70 процентов. Прикрепив отдельный карбон электрод к отрицательной свинцовой пластине, батарея приобретает некоторые характеристики суперконденсатора.Этот дополнительный электрод выдерживает очень высокие скорости заряда / разряда, таким образом освобождая исходный электрод со свинцовой пластиной от этой нагрузки и, таким образом, избегая выпадения свинца, который мешал свинцово-кислотным аккумуляторам и ограничивал их использование. Таким образом, сверхбатарея способна обеспечить гораздо более длительный срок службы, более чем в 10 раз превышающий срок службы батареи AGM.

.Информация о свинцово-кислотных перезаряжаемых аккумуляторах

- Battery University

Ответ - ДА. Свинцово-кислотный - это самая старая из существующих аккумуляторных батарей. Свинцово-кислотная батарея, изобретенная французским врачом Гастоном Планте в 1859 году, стала первой аккумуляторной батареей для коммерческого использования. 150 лет спустя у нас все еще нет рентабельных альтернатив автомобилям, инвалидным коляскам, скутерам, тележкам для гольфа и системам ИБП. Свинцово-кислотные батареи сохранили свою долю рынка в тех областях применения, где новые химические составы батарей были бы слишком дорогими.
Свинцово-кислотный не поддается быстрой зарядке. Обычно время зарядки составляет от 8 до 16 часов. Периодическая полностью насыщенная зарядка необходима для предотвращения сульфатации, и аккумулятор всегда должен храниться в заряженном состоянии. Если оставить аккумулятор в разряженном состоянии, произойдет сульфатация, и перезарядка может оказаться невозможной.

Очень важно найти идеальный предел напряжения заряда. Высокое напряжение (выше 2,40 В / элемент) обеспечивает хорошие характеристики батареи, но сокращает срок службы из-за коррозии сетки на положительной пластине.Низкий предел напряжения может привести к сульфатированию отрицательной пластины. Если оставить аккумулятор на плавающем заряде в течение длительного времени, это не приведет к повреждению.

Свинцово-кислотный не любит глубоких циклов. Полная разрядка вызывает дополнительную нагрузку, и каждый цикл сокращает срок службы батареи. Эта характеристика износа в той или иной степени применима и к батареям другого химического состава. Чтобы аккумулятор не подвергался стрессу из-за повторяющейся глубокой разрядки, рекомендуется использовать аккумулятор большей емкости. Свинцово-кислотная система стоит недорого, но эксплуатационные расходы могут быть выше, чем у системы на основе никеля, если требуются повторяющиеся полные циклы.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры герметичный свинцово-кислотный герметик обеспечивает от 200 до 300 циклов разряд / заряд. Основная причина относительно короткого срока службы - это коррозия сетки положительного электрода, истощение активного материала и расширение положительных пластин. Эти изменения наиболее распространены при более высоких рабочих температурах. Езда на велосипеде не предотвращает и не обращает вспять тенденции.

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет одну из самых низких плотностей энергии, что делает его непригодным для портативных устройств.Кроме того, производительность при низких температурах оставляет желать лучшего. Саморазряд составляет около 40% в год, это один из лучших показателей для аккумуляторов. Для сравнения, никель-кадмиевый саморазряд израсходует это количество за три месяца. Высокое содержание свинца делает свинцово-кислотный продукт экологически вредным.

Толщина плиты

Срок службы свинцово-кислотного аккумулятора можно частично измерить толщиной положительных пластин. Чем толще пластины, тем дольше будет срок службы. Во время зарядки и разрядки свинец на пластинах постепенно разъедается, и осадок падает на дно.Вес батареи является хорошим показателем содержания свинца и ожидаемого срока службы.

Пластины автомобильных стартерных аккумуляторов имеют толщину около 0,040 дюйма (1 мм), в то время как у обычных аккумуляторов гольф-каров пластины имеют толщину от 0,07 до 0,11 дюйма (1,8-2,8 мм). В аккумуляторных батареях для вилочных погрузчиков размер пластин может превышать 0,250 дюйма (6 мм). В большинстве промышленных затопленных аккумуляторов глубокого цикла используются пластины свинцово-сурьмянистые. Это увеличивает срок службы пластин, но увеличивает выделение газов и потери воды.

Герметичный свинцово-кислотный

В середине 1970-х годов исследователи разработали необслуживаемую свинцово-кислотную батарею, которая может работать в любом положении.Жидкий электролит загустевает во влажные сепараторы, и корпус герметично закрывается. Предохранительные клапаны позволяют выпускать воздух во время зарядки, разрядки и изменения атмосферного давления.

В связи с различными потребностями рынка возникли две свинцово-кислотные системы: небольшая герметичная свинцово-кислотная (SLA), также известная под торговой маркой Gelcell, и более крупная свинцово-кислотная система с регулируемым клапаном (VRLA). Обе батареи похожи. Инженеры могут возразить, что слово «герметичный свинцово-кислотный» употребляется неправильно, потому что ни одна аккумуляторная батарея не может быть полностью герметичной.

В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, SLA и VRLA спроектированы с низким потенциалом перенапряжения, чтобы не дать аккумулятору достичь своего газогенерирующего потенциала во время зарядки, поскольку избыточная зарядка может вызвать выделение газа и истощение воды. Следовательно, эти батареи никогда не могут быть полностью заряжены. Чтобы уменьшить высыхание, в герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах вместо свинцово-сурьмянистого свинца используется свинцово-кальциевый.

Оптимальная рабочая температура для свинцово-кислотного аккумулятора составляет 25 * C (77 * F).Повышенная температура сокращает продолжительность жизни. Ориентировочно каждые 8 ​​° C (15 ° F) повышения температуры сокращают срок службы батареи вдвое. VRLA, который будет работать в течение 10 лет при 25 ° C (77 ° F), будет работать только в течение 5 лет при 33 ° C (92 ° F). Та же самая батарея не использовалась бы через 2,5 года, если бы ее содержали при постоянной температуре в пустыне 41 ° C (106 ° F).

Рисунок 1: Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор

Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор рассчитан на 5-часовой (0.2) и 20-часовой (0,05 ° C) разряд. Более длительное время разряда дает более высокие показания емкости из-за меньших потерь. Свинцово-кислотный хорошо работает при высоких токах нагрузки.

Батареи с абсорбированным стекломатным покрытием (AGM)

AGM - это герметичный свинцово-кислотный герметик нового типа, в котором между пластинами используются маты из абсорбированного стекла. Он герметичен, не требует обслуживания, а пластины жестко закреплены, чтобы выдерживать сильные удары и вибрацию. Почти все батареи AGM являются рекомбинантными, что означает, что они могут рекомбинировать 99% кислорода и водорода.Воды почти нет, потеря.

Зарядные напряжения такие же, как и для других свинцово-кислотных аккумуляторов. Даже в условиях серьезной перезарядки выбросы водорода ниже 4%, установленных для самолетов и закрытых помещений. Низкий саморазряд 1-3% в месяц позволяет долго хранить перед подзарядкой. AGM стоит вдвое больше, чем затопленная версия той же емкости. Из-за долговечности в немецких высокопроизводительных автомобилях используются аккумуляторы AGM вместо залитых.

Преимущества

  • Недорого и просто в изготовлении.
  • Зрелая, надежная и хорошо изученная технология - при правильном использовании свинцово-кислотная кислота долговечна и обеспечивает надежную службу.
  • Саморазряд - один из самых низких среди аккумуляторных систем.
  • Способен к высокой скорости разряда.

Ограничения

  • Низкая плотность энергии - плохое соотношение веса и энергии ограничивает использование в стационарных и колесных установках.
  • Нельзя хранить в разряженном состоянии - напряжение элемента не должно опускаться ниже 2.10В.
  • Допускает лишь ограниченное количество полных циклов разряда - хорошо подходит для приложений в режиме ожидания, требующих лишь периодических глубоких разрядов.
  • Содержание свинца и электролита делают аккумулятор экологически небезопасным.
  • Ограничения на транспортировку затопленной свинцовой кислоты - утечка вызывает экологические проблемы.
  • При неправильной зарядке может произойти тепловой пробой.

*** Пожалуйста, прочтите относительно комментариев ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта.Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «Свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected] Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

Или перейти к другому архиву

.Свинцово-кислотные батареи

| PVEducation

5 свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные батареи - наиболее часто используемые типы батарей в фотоэлектрических системах. Хотя свинцово-кислотные батареи имеют низкую плотность энергии, умеренную эффективность и высокие требования к техническому обслуживанию, они также имеют долгий срок службы и низкие затраты по сравнению с другими типами батарей. Одним из исключительных преимуществ свинцово-кислотных аккумуляторов является то, что они являются наиболее часто используемой формой аккумуляторов для большинства аккумуляторных батарей (например, для запуска двигателей автомобилей) и, следовательно, имеют хорошо зарекомендовавшую себя зрелую технологическую базу.

Рисунок: Изменение напряжения в зависимости от степени заряда для нескольких различных типов батарей.

Свинцово-кислотная батарея состоит из отрицательного электрода из губчатого или пористого свинца. Свинец пористый, что облегчает образование и растворение свинца. Положительный электрод состоит из оксида свинца. Оба электрода погружены в электролитический раствор серной кислоты и воды. В случае, если электроды входят в контакт друг с другом в результате физического движения батареи или изменения толщины электродов, два электрода разделяет электрически изолирующая, но химически проницаемая мембрана.Эта мембрана также предотвращает короткое замыкание через электролит. Свинцово-кислотные батареи накапливают энергию за счет обратимой химической реакции, показанной ниже.

Общая химическая реакция:

.

Информация о свинцовых батареях - Battery University

Узнайте о различиях в семействе свинцово-кислотных продуктов и выясните, каковы их недостатки и преимущества.

Свинцово-кислотная батарея, изобретенная французским врачом Гастоном Планте в 1859 году, стала первой аккумуляторной батареей для коммерческого использования. Несмотря на свой преклонный возраст, химический состав свинца по-прежнему широко используется сегодня. Для его популярности есть веские причины; Свинцово-кислотная смесь надежна и недорога по цене за ватт.Есть несколько других аккумуляторов, которые поставляют большую часть энергии так же дешево, как свинцово-кислотные, и это делает их экономически выгодными для автомобилей, гольф-каров, вилочных погрузчиков, морских источников и источников бесперебойного питания (ИБП).

Сетка свинцово-кислотного аккумулятора изготовлена ​​из свинцового сплава. Чистый свинец слишком мягкий и не поддерживает сам себя, поэтому добавляются небольшие количества других металлов, чтобы получить механическую прочность и улучшить электрические свойства. Самые распространенные добавки - сурьма, кальций, олово и селен.Эти батареи часто называют «свинцово-сурьмянистыми» и «свинцово-кальциевыми».

Добавление сурьмы и олова улучшает глубинный цикл, но это увеличивает потребление воды и обостряет потребность в выравнивании. Кальций снижает саморазряд, но положительная свинцово-кальциевая пластина имеет побочный эффект роста из-за окисления сетки при избыточном заряде. В современных свинцово-кислотных аккумуляторах также используются легирующие добавки, такие как селен, кадмий, олово и мышьяк, для снижения содержания сурьмы и кальция.

Свинцовая кислота тяжелая и менее долговечна, чем системы на основе никеля и лития при глубоком цикле.Полная разрядка вызывает напряжение, и каждый цикл разрядки / зарядки навсегда лишает аккумулятор небольшой емкости. Эти потери невелики, пока батарея находится в хорошем рабочем состоянии, но затухание увеличивается, когда производительность падает до половины номинальной емкости. Эта характеристика износа применима ко всем батареям в разной степени.

В зависимости от глубины разряда свинцово-кислотный аккумулятор для приложений глубокого цикла обеспечивает от 200 до 300 циклов разряда / заряда. Основными причинами его относительно короткого срока службы являются коррозия сетки на положительном электроде, истощение активного материала и расширение положительных пластин.Это явление старения ускоряется при повышенных рабочих температурах и при больших токах разряда. (См. BU-804: Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов)

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов проста, но необходимо соблюдать правильные пределы напряжения. Выбор низкого предела напряжения защищает аккумулятор, но это снижает производительность и вызывает накопление сульфатации на отрицательной пластине. Предел высокого напряжения улучшает характеристики, но вызывает коррозию сетки на положительной пластине. Хотя сульфатирование можно обратить вспять, если вовремя отремонтировать, коррозия необратима.(См. BU-403: Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов.)

Свинцово-кислотные аккумуляторы не подходят для быстрой зарядки, и для большинства типов полная зарядка занимает 14–16 часов. Аккумулятор всегда должен храниться полностью заряженным. Низкий заряд вызывает сульфатирование - состояние, которое снижает производительность аккумулятора. Добавление углерода на отрицательный электрод уменьшает эту проблему, но снижает удельную энергию. (См. BU-202: Новые свинцово-кислотные системы.)

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет средний срок службы, но он не зависит от памяти, как системы на основе никеля, и сохраняет заряд лучше, чем аккумуляторные батареи.В то время как NiCd теряет примерно 40 процентов своей запасенной энергии за три месяца, свинцово-кислотный саморазряд разряжается за один год. Свинцово-кислотный аккумулятор хорошо работает при низких температурах и превосходит литий-ионный при работе в отрицательных условиях. По данным RWTH, Аахен, Германия (2018), стоимость свинцово-кислотных аккумуляторов составляет около 150 долларов за кВтч, что является одним из самых низких показателей среди батарей.

Герметичный свинцово-кислотный

Первая герметичная свинцово-кислотная кислота, не требующая обслуживания, появилась в середине 1970-х годов.Инженеры утверждали, что термин «герметичный свинцово-кислотный» был неправильным, потому что ни одна свинцово-кислотная батарея не может быть полностью герметичной. Для контроля вентиляции при напряженной зарядке и быстрой разрядке были добавлены клапаны, выпускающие газы при повышении давления. Вместо того, чтобы погружать пластины в жидкость, электролитом пропитывается увлажненный сепаратор, конструкция которого напоминает системы на основе никеля и лития. Это позволяет эксплуатировать аккумулятор в любой физической ориентации без утечки.

Герметичная батарея содержит меньше электролита, чем батарея залитого типа, отсюда и термин «кислотно-голодный».«Возможно, наиболее значительным преимуществом герметичной свинцово-кислотной смеси является способность сочетать кислород и водород для образования воды и предотвращения высыхания во время езды на велосипеде. Рекомбинация происходит при умеренном давлении 0,14 бара (2 фунта на кв. Дюйм). Клапан служит предохранительным клапаном в случае увеличения скопления газа. Следует избегать повторного удаления воздуха, так как это может привести к высыханию. По данным RWTH, Аахен, Германия (2018), стоимость VRLA составляет около 260 долларов за кВтч.

Появилось несколько типов герметичных свинцово-кислотных материалов, наиболее распространенными из которых являются гель , также известный как свинцово-кислотный с регулируемым клапаном (VRLA) и абсорбирующий стекломат (AGM).Гелевый элемент содержит гель силикагеля, который суспендирует электролит в пасте. Пакеты меньшего размера с емкостью до 30 Ач часто называют SLA (герметичные свинцово-кислотные). Упакованные в пластиковый контейнер, эти батареи используются для небольших ИБП, аварийного освещения и инвалидных колясок. Из-за низкой цены, надежного обслуживания и низких эксплуатационных расходов SLA остается предпочтительным выбором для

.

Смотрите также