Что такое герметичные акб

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы

Конструкция, характеристики и области применения герметичных аккумуляторов

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы получили широкое применение в системах охранной сигнализации, системах пожарной безопасности, приборах аварийного освещения, в различных контрольно-измерительных приборах, кассовых аппаратах, электронных весах, резервных источниках питания телекоммуникационных систем, источниках бесперебойного питания компьютеров и систем видеонаблюдения, детских электромобилях, легкомоторной технике в качестве бортового аккумулятора и электрифицированных инвалидных креслах.

Отличительные качества герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторных батарей

Сфера применения герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов очень велика за счёт простоты обслуживания подобных аккумуляторов и большого разнообразия корпусного оформления батарей, а также богатого выбора ёмкостей аккумуляторов от единиц (1,2 А * ч) до десятков ампер-часов (24 и 38 А * ч).

Номинальные напряжения герметичных свинцово-кислотных батарей: 2, 4, 6, 12 Вольт. Наиболее распространены аккумуляторы на номинальное напряжение 6 и 12 вольт.

Аккумуляторы на 6 Вольт обычно используются в детских электромобилях.

Особенность герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов заключается в том, что электролит в них не жидкий, а гелеобразный. Корпус аккумуляторов герметичен. Эти качества позволяют использовать аккумуляторную батарею в любом положении, не боясь утечки электролита. Гелиевые кислотно-свинцовые батареи не требуют периодического пополнения электролита.

Кроме перечисленных качеств герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы не боятся глубокого разряда, могут длительное время храниться в заряженном состоянии при малом токе саморазрядки. Также гелиевые аккумуляторы лишены “эффекта памяти”.

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы пригодны и в радиолюбительской практике для резервирования питания различных самодельных электронных приборов.

Максимальный пятисекундный ток разрядки герметичного аккумулятора может достигать 360 Ампер! (у аккумуляторов ёмкостью 38 А * ч и номинальным напряжением 12 вольт).

Зарядное напряжение при циклическом режиме работы (для 12 вольтовых аккумуляторов) составляет 14,4 – 15 Вольт. Для резервного режима 13,5 – 13,8 Вольт (такой режим используется в автоматических охранных и пожарных системах).

Конструкция герметичного свинцово-кислотного аккумулятора

Конструкция герметичного аккумулятора мало отличается от традиционной. Корпус батареи изготавливается из ударопрочной пластмассы и разделён на отдельные секции (“банки”).

Снаружи аккумулятора выводятся два пластинчатых электрода – “ + ” и “—”. Плюсовой вывод помечен красным квадратом, а минусовой – чёрным. Электроды представляют собой ответную часть самофиксирующегося разъёма и изготавливаются из латуни.

Недостатки герметичных аккумуляторных батарей

На практике бывало, что герметичная батарея “раздувалась”, деформировался пластмассовый корпус аккумулятора, хотя аккумулятор сохранял свою работоспособность. Связано это с избыточным выделением газа или c производственным браком перепускных клапанов.

Несмотря на корпус из ударопрочного пластика не стоит надеяться на его надёжность. Если на корпусе аккумулятора есть трещины и сколы, то вскоре сквозь эти трещины начнёт просачиваться электролит, особенно если трещина на донной части корпуса. Так как электролит в герметичных батареях в виде геля, то утечка электролита слабая. Утечку электролита можно предотвратить, плотно заклеив трещину в корпусе, например скотчем. Работоспособность аккумулятора при таком дефекте, как правило, сохраняется.

Будьте осторожны – электролит вреден для кожи рук, особенно если на кожном покрове есть раны! Используете для рук защитные средства!

Как уже говорилось, для герметичных аккумуляторов не страшен глубокий разряд, и батарея восстанавливает свою работоспособность после последующей зарядки. Несмотря на это лучше использовать блоки бесперебойного питания с автоматической защитой от глубокого разряда.

Нередки случаи окисления выводов питания аккумуляторных батарей. Связано это с тем, что ответные контактные разъёмы приборов выполнены из металлов, образующих гальваническую пару, что и приводит к образованию “кораллов” – сильному окислу контактов.

Маркировка герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов

На корпусах герметичных аккумуляторных батарей, как правило, указаны основные характеристики, правда, в основном на английском языке:

Источник

герметичный аккумулятор

1.3.2. герметичный аккумулятор: Аккумулятор закрытый и не пропускающий газ или жидкость при работе в режимах заряда и температуре, указанных изготовителем. Аккумулятор может быть снабжен предохранительным устройством, предотвращающим опасное высокое внутреннее давление. Аккумулятор не требует дополнительной заливки электролита и предназначен для работы в исходном герметичном состоянии на протяжении всего срока службы.

Аккумуляторы без предохранительных устройств должны быть гарантированно взрывобезопасны. Изготовитель должен соответствующим образом проинформировать об этом потребителя.

1.3.1. герметичный аккумулятор: Аккумулятор закрытый и не пропускающий газ или жидкость при работе в режимах заряда и температуре, указанных изготовителем. Аккумулятор может быть снабжен предохранительным устройством, предотвращающим опасное высокое внутреннее давление. Аккумулятор не требует дополнительной заливки электролита и предназначен для работы в исходном герметичном состоянии на протяжении всего срока службы.

1.3.1 герметичный аккумулятор (sealed cell): Аккумулятор, который остается закрытым и не пропускает газ или жидкость при работе в режимах заряда и температуре, установленных изготовителем. Аккумулятор снабжается устройством безопасности для предотвращения опасного высокого внутреннего давления.

Аккумулятор не требует дополнительной заливки электролита и предназначен для работы в исходном герметичном состоянии на протяжении всего срока службы.

3.3.5 герметичный аккумулятор (sealed cell): Аккумулятор, который остается закрытым и не пропускает газ или жидкость при работе в режимах заряда и температуре, установленных изготовителем. Аккумулятор снабжается предохранительным устройством для предотвращения опасного высокого внутреннего давления. Аккумулятор не требует дополнительной заливки электролита и предназначен для работы в исходном герметичном состоянии на протяжении всего срока службы.

83. Герметичный аккумулятор

Аккумулятор, в котором газы и электролит полностью удерживаются в течение всего срока службы.

Примечание. Герметичный аккумулятор может быть снабжен защитным устройством, предохраняющим его от разрушения при повышении давления

1.3.4. герметичный аккумулятор : Аккумулятор, который остается закрытым и не пропускает газ или жидкость при работе в режимах заряда и температуре, установленных изготовителем. Аккумулятор снабжается устройством, предохраняющим его от опасного высокого внутреннего давления.

Аккумулятор не требует дополнительной заливки электролита и предназначен для работы в исходном герметичном состоянии на протяжении всего срока службы.

Полезное

Смотреть что такое «герметичный аккумулятор» в других словарях:

герметичный аккумулятор — Аккумулятор, в котором газы и электролит полностью удерживаются в течение всего срока службы. Примечание. Герметичный аккумулятор может быть снабжен защитным устройством, предохраняющим его от разрушения при повышении давления. [ГОСТ 15596 82]… … Справочник технического переводчика

Аккумулятор герметичный — Герметичный аккумулятор: аккумулятор, который остается закрытым и не пропускает газ или жидкость при работе в режимах заряда и температуре, установленных изготовителем. Аккумулятор снабжается устройством, предохраняющим его от опасного высокого… … Официальная терминология

Аккумулятор никель-металл-гидридный герметичный — Герметичный никель металл гидридный аккумулятор: аккумулятор, остающийся закрытым и не пропускающим газ или жидкость при работе в режимах заряда и температуре, установленных изготовителем. Аккумулятор должен быть снабжен предохранительным… … Официальная терминология

аккумулятор — 1.3.7. аккумулятор : Устройство, представляющее собой источник электрической энергии, полученной путем прямого преобразования химической энергии, состоящее из электродов, сепараторов, электролита, корпуса и выводов и сконструированное так, чтобы… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

герметичный никель–металл-гидридный аккумулятор — 1.3.1 герметичный никель–металл гидридный аккумулятор: Аккумулятор, остающийся закрытым и не пропускающим газ или жидкость при работе в режимах заряда и температуре, установленных изготовителем. Аккумулятор должен быть снабжен предохранительным… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

аккумулятор газонепроницаемый герметичный — 3.4 аккумулятор газонепроницаемый герметичный [gastight sealed (secondary) cell]: Аккумулятор закрытый, не выпускающий газ или жидкость при работе при ограниченных режимах заряда и температуры, указанных изготовителем. Аккумулятор может быть… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Литий-ионный аккумулятор — Литий ионный аккумулятор. Варта, Museum Autovision, Альтлусхайм, Германия … Википедия

закрытый аккумулятор — Аккумулятор, имеющий несъемную крышку с отверстием, закрытым пробкой или клапаном, через которые могут удаляться газообразные продукты электролиза. [ГОСТ 15596 82] закрытый аккумулятор Аккумулятор, имеющий корпус с отверстием, закрытым… … Справочник технического переводчика

ГОСТ 15596-82: Источники тока химические. Термины и определения — Терминология ГОСТ 15596 82: Источники тока химические. Термины и определения оригинал документа: 8. Аккумулятор Akkumulator Гальванический элемент, предназначенный для многократного разряда за счет восстановления емкости путем заряда… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р МЭК 61951-2-2007: Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Портативные герметичные аккумуляторы. Часть 2. Никель-металл-гидрид — Терминология ГОСТ Р МЭК 61951 2 2007: Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Портативные герметичные аккумуляторы. Часть 2. Никель металл гидрид оригинал документа: 3.3.5 герметичный… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Понятие герметичных аккумуляторных батарей

Опубликовано в Аккумуляторы Просмотров: 3292

Аккумуляторные батареи находят применение практически во всех сферах современного народного хозяйства, промышленности, технике. В наше время в мире выпускаются аккумуляторные батареи широкого спектра электрохимических систем и особенностей исполнения. Герметичные аккумуляторные батареи обеспечивают удобство и автономность эксплуатации, не требуя сложного технического обслуживанию.

Одни батарей известны миру уже более века, другие – были впервые созданы не более десятка лет тому назад, поэтому мнение о целесообразности использования того или иного их вида для питания разного рода устройств постоянно меняется, наряду как с усовершенствованием самих же аккумуляторов, так и устройств, электропитание которых они обеспечивают. С каждым годом все более кардинально изменяется ситуация в области изготовления аккумуляторных батарей. Мировые заводы-производители ежегодно представляют публике новые энергетические изделия, увеличивается количество производств, занимающихся их выпуском. Появления огромного количества видов электрических приборов, систем электропитания, электрических транспортных средств (электромобилей, электроскутеров и даже электровелосипедов) потребовало увеличения энергоемкости аккумуляторных батарей, их надежности и долговечности.

Герметичные аккумуляторные батареи – это газонепроницаемые химические источники тока многоразового действия, в которые внутреннее пространство изолировано от газового пространства внешней рабочей среды.

Герметичные аккумуляторные батареи могут быть щелочными (Ni-Cd, Ni–H2, Ni-MH), свинцово-кислотными и литиевыми (с металлическим анодом, литий-ионные, литий-полимерные). Принцип действия аккумуляторных батарей заключается в превращении химической энергии активных веществ непосредственно в электроэнергию.

Разрядка аккумуляторной батареи

В своей структуре любой аккумулятор содержит восстановитель (-), электролит и окислитель (+). Образование (генерирование) электрического тока осуществляется благодаря замыканию внешней цепи на нагрузку в результате одномоментного протекания на электродах электроокислительной реакции, сопровождающейся освобождением электродов, и электровосстановительной – способствующей их поглощению.

Ионная проводимость между электродами герметичных аккумуляторных батарей обеспечивается жидким или твердым электролитом. Электроды аккумуляторных батарей, как правило, представляют собой металлические каркасы, на поверхности которых находятся реагирующие вещества (реагенты), которые берут участие в реакции токообразования. Существует возможность применения в качестве реагентов газообразных или жидких веществ.

Герметичные аккумуляторные батареи производятся на основе систем с обратно работающими электродами. По исчерпании запасаемой емкости аккумуляторная батарея поддается подзаряду от внешнего источника постоянного электрического тока с большим напряженим при ограничении тока, в следствии чего активные вещества возвращаются в первичное состояние. Большая часть выпускаемых на сегодняшний день герметичных аккумуляторов предполагает возможность проведения довольно значительно числа циклов заряда / разряда.

Зарядка аккумуляторной батареи

Вместе с токообразуемыми реакциями в герметичных аккумуляторных батареях могут протекать так называемые побочные реакции (химические и электрохимические), которые могут не только негативно повлиять на работу аккумуляторной батареи, но и послужить причиной возрастания давления внутри его конструкции. Соотношение скорости протекания основных токообразующих реакции с одной стороны, и побочных – с другой, во многом зависит от качества изготавливаемой конструкции аккумуляторных батарей, и применяемой при этом технологии, но прежде всего от их электрохимической природы. Для предотвращения протекания побочных реакций в герметичных аккумуляторных батареях обязательным условием является соблюдение всех правил и ограничений при эксплуатации, оговариваемых их производителем. Так, стоит брать во внимание, что литиевые батареи восприимчивы к переразряду, NiMH – к перезаряду, а NiCd батареи так же, как и NiMH, обладают эффектом памяти и характеризуются довольно высокими показателями саморазряда.

Прежде всего при создании герметичных аккумуляторных батарей решается вопрос обеспечения равномерной работы электродов, и размещения сепаратора между ними с целью избежания замыкания разнополярных электродов.

Характеристики аккумуляторной батареи могут зависеть не только от особенностей её конструкции, но и от технологии изготовления электродов, применяемых в ней, распределения электролита в электродах и сепараторе, его объема. На характеристики батареи также влияет её конфигурация.

С целью формирования максимальной емкости при умеренных и низких нагрузках в аккумуляторные батареи залаживается максимальное число активных материалов. Использование тонких электродов с большой площадью рабочей поверхности, и плотное их расположение в батарее создает возможность обеспечения минимального внутреннего сопротивления.

Изменение внутреннего давления газов в герметичных аккумуляторных батареях разных типов и конструкций протекает по-разному. Для предотвращении возникновения избыточного давления при перезаряде в щелочных аккумуляторах цилиндрической и плазматической конструкции предусмотрен специальный клапан. Клапан для аварийного сброса избыточного давления присутствует и в герметичных свинцово-кислотных батареях, однако в отличии от щелочных, срабатывает он в них более часто.

Аккумуляторные батареи характеризуются отдаваемой емкостью, то есть количеством электрической энергии в ампер часах, отдаваемым при разряде до выбранного конечного напряжения.

В соответствии с требованиями Международной электрохимической комиссии (МЭК), все герметичные аккумуляторные батарее производятся согласно установленных на международном уровне типоразмеров, с целью обеспечения их взаимозаменяемости. Любой потребитель может правильно подобрать питающий элемент для электрического устройства, обратив внимание на маркировку, нанесенную на корпус аккумуляторной батареи.

Пример маркировки герметичных необслуживаемых свинцово-килотных аккумуляторов

Sealed lead-acid rechargeable battery – герметичная свинцово-кислотная перезаряжаемая батарея.

6V 3.3 AH – аккумуляторная батарея емкостью 3.3 Ампер-часа и номинальным напряжением 6 Вольт.

Cycle use 7.25 – 7.45 V – постоянное напряжение заряда при циклическом режиме (7.25 – 7.45 Вольт).

Standby use 6.8 – 6.9 V – постоянное напряжение заряда при резервном режиме (6.8 – 6.9 Вольт).

Initial current 0.99 A – начальный зарядный ток 0.99 Ампер.

Источник

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы

Первый работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте. Конструкция аккумулятора представляла собой электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10 % раствором серной кислоты. Недостатком первых свинцово-кислотных аккумуляторов была их невысокая емкость. Поначалу для ее увеличения проводили большое число циклов заряда-разряда. Для достижения существенных результатов требовалось до двух лет таких тренировок. Причина недостатка была явной – конструкция пластин. Поэтому дальнейшее совершенствование конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов было сосредоточено на совершенствование конструкции используемых в них пластин и сепараторов.

В 1880 г. К. Фор предложил методику изготовления намазных электродов путем нанесения на пластины окислов свинца. Такая конструкция электродов позволила значительно повысить емкость аккумуляторов. А в 1881 г. Э. Фолькмар предложил применять в качестве электродов намазную решетку. В том же году ученому Селлону был выдан патент на технологию изготовления решеток из сплава свинца и сурьмы.

Первоначально практическое использование свинцово-кислотных аккумуляторов было затруднено из-за отсутствия зарядных устройств – для заряда применяли первичные элементы конструкции Бунзена. То есть химический источник тока заряжался от другого химического источника – батареи гальванических элементов. Положение кардинально поменялось с появлением недорогих генераторов постоянного тока.

Именно свинцово-кислотные батареи первыми в мире из аккумуляторных батарей нашли коммерческое применение. К 1890 году во многих промышленно развитых странах был освоен их серийный выпуск. В 1900 году немецкая фирма Varta произвела первые стартерные аккумуляторы для автомобилей.

В 70-х годах XX века были созданы необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, способные работать в любом положении. Жидкий электролит в них сменили гелиевым или адсорбированным (впитанным) сепараторами электролитом, батареи герметизировали, а для отвода газов, выделяющихся при заряде или разряде, установили клапаны. Строго говоря, абсолютная герметизация свинцово-кислотных аккумуляторов не может быть достигнута, так как нельзя обеспечить полную рекомбинацию кислорода и водорода, которые выделяются в них при заряде и хранении. Но специальными мерами выделение газов и потери воды в процессе эксплуатации удается свести к минимуму.

Были разработаны новые конструкции пластин на базе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, а также на основе титановых, алюминиевых и медных решеток.

Свинцовые аккумуляторы являются наиболее распространенными среди всех существующих в настоящее время химических источников тока. Их масштабное производство определяется как относительно низкой ценой, обусловленной сравнительной не дефицитностью исходных материалов, так и разработкой разных вариантов этих аккумуляторов, отвечающих требованиям широкого круга потребителей.

Ключевые электрохимические процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе

Активные вещества аккумулятора сосредоточены в электролите и положительных и отрицательных электродах, а совокупность этих веществ называется электрохимической системой. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях электролитом является раствор серной кислоты (H₂SO₄), активным веществом положительных пластин – двуокись свинца (PbO₂), отрицательных пластин – свинец (Pb).

Основные процессы, проходящие на электродах, описывают реакции:
На отрицательном электроде:

Pb + HSO₄ – → PbSO₄ + H + + 2e – (разряд)
PbSO₄ + H + + 2e – → Pb + HSO4 – (заряд)

На положительном электроде:

PbO₂ + HSO4 – + 3H + + 2e – → PbSO₄ + 2H₂O (разряд)
PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + HSO₄ – + 3H + + 2e – (заряд)

Суммарная реакция в свинцовом аккумуляторе имеет вид:

Таким образом, при разряде свинцового аккумулятора на обоих электродах формируется малорастворимый сульфат свинца (двойная сульфатация) и происходит сильное разбавление серной кислоты.

Напряжение разомкнутой цепи заряженного аккумулятора равно 2,05-2,15 В, в зависимости от концентрации серной кислоты. При разряде по мере разбавления электролита напряжение разомкнутой цепи аккумулятора понижается и после полного разряда становится равным 1,95-2,03 В.

При заряде свинцово-кислотного аккумулятора, как и в других аккумуляторах с водным электролитом, имеют место побочные реакции выделения газов. Выделение водорода начинается при полном заряжении отрицательного электрода. Кислород начинает выделяться гораздо раньше: в обычных условиях заряда при 50-80% заряженности (в зависимости от тока заряда), а при температуре 0 °С уже после заряда на 30-40 %. Вследствие этого отдача положительного электрода по емкости составляет 85-90 %. Для получения полной разрядной емкости при заряде аккумулятору должен быть обеспечен перезаряд на 10-20 %. Этот перезаряд сопровождается существенным выделением водорода на отрицательном электроде и кислорода – на положительном.

Выделение водорода имеет место и при хранении заряженного свинцово-кислотного аккумулятора. Саморазряд его определяется преимущественно скоростью растворения свинца согласно реакции:

Скорость этого процесса зависит от температуры, объема электролита и его концентрации, но более всего от чистоты компонентов. В отсутствие примесей реакция протекает медленно из-за большого перенапряжения выделения водорода на свинце. Но на практике, на поверхности свинцового электрода всегда много примесей, среди которых наибольшее влияние оказывает сурьма, количество которой в сплаве для решеток и токоведущих деталей доходит до 6 %.

На положительном электроде может также самопроизвольно проходить реакция восстановления диоксида свинца:

в результате которой выделяется кислород, но скорость ее незначительна.

В процессе эксплуатации саморазряд аккумулятора может увеличиваться из-за образования дендритных мостиков из металлического свинца. Потери емкости свежеизготовленного аккумулятора за счет саморазряда как правило не превышают 2-3 % в месяц. Но при эксплуатации они быстро увеличиваются.

Особенности герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора

Главные проблемы при создании герметичного варианта свинцово-кислотного аккумулятора связаны с необходимостью обеспечения условий для уменьшения газовыделения и содействия рекомбинации выделяющегося газа. При создании герметизированного аккумулятора, который в обычных условиях эксплуатации не требовал бы доливки воды в электролит в течение всего срока службы и не выделял бы газов, был предпринят ряд мер:

1. В аккумуляторе применяется иммобилизированный (обездвиженный) электролит, который сохраняет высокую электропроводность серной кислоты. Небольшое его количество позволяет обеспечить лучший транспорт кислорода от положительного электрода к отрицательному и высокий уровень его рекомбинации.

При одном методе иммобилизации электролита для его загущивания применяется силикагель (SiO₂), который обладает высокой пластичностью и заполняет и электроды, и сепаратор. Благодаря своей вязкости он хорошо удерживается в порах и способствует эффективному использованию активных веществ электродов. Транспортировка кислорода обеспечивается по трещинам, которые появляются при усадке твердеющего электролита.

При другом методе иммобилизации применяется сепаратор из стекловолокна с высокой объемной пористостью и хорошей смачиваемостью в растворе серной кислоты. Такой сепаратор не только осуществляет функцию разделения электродов, но и благодаря тонкой структуре волокон обеспечивает удержание электролита в порах и высокую скорость переноса кислорода. Применение стекловолокнистого сепаратора и плотная сборка блока электродов способствуют также уменьшению оплывания активной массы положительного электрода и разбухания губчатого свинца на отрицательном.

2. Для снижения вероятности выделения водорода свинцово-сурьмяные сплавы токоведущих решеток заменяются другими, обеспечивающими более высокое перенапряжение выделения водорода. Применяются сплавы свинца с кальцием (до 0,1 % Ca), иногда легированного алюминием, сплавы свинца с оловом (0,5-2,5 % Sn), которые имеют неплохие литейные характеристики, и другие.

3. В отрицательный электрод закладывается ёмкость больше, чем в положительный. В данном случае при полном заряде положительного электрода оставшаяся недозаряженной часть активной массы отрицательного электрода практически исключает вероятность разряда ионов водорода. Кислород, выделяющийся на диоксиде свинца, достигает отрицательного электрода и окисляет губчатый свинец до оксида свинца, который в кислотном электролите переходит в сульфат свинца PbSO₄ и воду. Следовательно, условия для герметизации аккумулятора улучшаются: газы не выделяются и вода не испаряется.

Снижению газовыделения способствуют и рекомендуемые для герметизированных аккумуляторов режимы заряда, при которых ток понижается по мере их заряжения.

И все-таки все реализованные варианты безуходного свинцово-кислотного аккумулятора оснащены клапаном, который время от времени открывается для сброса излишнего количества газа, главным образом водорода. Именно поэтому аккумулятор называется не герметичным, а герметизированным.

Успехи исследователей и технологов, достигнутые за прошедшие два десятилетия, тщательный контроль процесса изготовления и сотрудничество с потребителями, которые научились понимать, что безуходность этих батарей не означает полной свободы от контроля за их работой, позволяют в настоящее время выпускать на рынок продукцию, которая в ряде случаев может конкурировать с более дорогими герметичными щелочными аккумуляторами.

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи ёмкостью до 10-20 А*ч применяются как источники питания для разнообразной портативной аппаратуры и инструментов в тех случаях, когда масса не является определяющим критерием для выбора источника тока, а также в системах бесперебойного питания, телекоммуникаций, информационных системах, для аварийного оборудования и т.д., где они работают в буферном режиме.

Конструкция герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Портативные герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы выпускаются в виде батарей, которые собраны в едином призматическом контейнере из пластмассы или резины (моноблочная конструкция). Положительные и отрицательные электроды аккумуляторов делаются обычно намазкой на решетку сотовой структуры. Контейнер и крышка загерметизированы. Межэлементные соединения утапливаются в углублениях крышки и залиты мастикой. Выводы аккумуляторной батареи (в виде ушка или борна) также загерметизированы. Клапанное приспособление для сброса газа при излишнем давлении состоит из резинового клапана и отражателя, служащего для улавливания капель электролита. Воздух в аккумулятор через него не поступает.

На электрических и эксплуатационных характеристиках герметизированных свинцовых аккумуляторных батарей большой емкости значительно сказываются различия в конструкции электродов (поверхностного типа, панцирные или стержневые), а также различия в сплавах, используемых для изготовления токоведущих основ.

При выборе герметизированной свинцовой аккумуляторной батареи большой емкости следует внимательно отнестись к использованному в ней способу иммобилизации электролита, поскольку известно, что в высоких аккумуляторах со стекловолокнистым сепаратором (технология AGM) со временем отмечается расслоение электролита. Такие аккумуляторы стараются проектировать высотой не более 35 см.

Электрические и эксплуатационные характеристики герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Напряжение разомкнутой цепи свинцово-кислотных аккумуляторов линейно возрастает с ростом степени заряженности аккумулятора (рисунок 1). По значению напряжения разомкнутой цепи можно судить о степени разряда свинцового аккумулятора.

Рис.1. Зависимость напряжения разомкнутой цепи свинцово-кислотного аккумулятора от уровня заряженности

Номинальной ёмкостью свинцово-кислотного аккумулятора считается ёмкость, полученная при разряде в течение 20 ч, т.е. током 0,05С. Отдаваемая аккумулятором ёмкость значительно зависит от тока разряда, который может достигать нескольких С. Типичные разрядные характеристики при различных токах нагрузки показаны на рисунке 2. Из рисунка видно, что от тока разряда зависит также и конечное разрядное напряжение свинцового аккумулятора.

Рис.2. Разрядные характеристики герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи

Заряд свинцово-кислотного аккумулятора.
Заряд батарей, как было сказано ранее, должен осуществляться в режиме, при котором ток должен сильно понижаться к концу заряда. Используется несколько стратегий заряда, которые требуют оборудования различной сложности и стоимости. Наиболее простое и дешёвое оборудование осуществляет заряд при постоянном напряжении 2,4-2,45В/ак (потенциостатический режим). Заряд считается законченным если ток заряда остается неизменным в течении 3-х часов.

Рис.3. Зарядные кривые герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи при комбинированном режиме заряда нормированным током 0,1С и нормированным напряжением 2,45В/ак: 1-напряжение, 2-зарядная емкость, 3-ток заряда

Но чаще применяют комбинированный режим, при котором начальный ток ограничивают, а по достижении заданного напряжения, заряд проводится при стабилизации напряжения (рисунок 3). Заряд проводится при постоянном токе 0,1С на первом этапе и при постоянном напряжении источника тока на втором. Большинство производителей советуют проводить заряд циклируемых батарей при постоянном напряжении 2,4В на аккумулятор.

Ускорение процесса заряда достигается при повышении тока на первой стадии заряда, но в соответствии с советами производителей не более чем до 0,3С. В конце заряда для большей безопасности может быть применена еще одна ступень заряда: при снижении напряжения источника питания до напряжения подзаряда аккумулятора 2,30-2,35 В.

Заряд аккумуляторных батарей, используемых, для работы в буферном режиме, проводится как правило при более низком напряжении (2,23-2,275 В).

Указанные напряжения заряда не требуют изменения при заряде в некотором интервале температуры (обычно от 5 до 35 °С). За пределами указанного температурного интервала, требуется компенсация влияния температуры: повышение напряжения при пониженных температурах и снижение при более высоких.

Рис.4. Рекомендуемое напряжение заряда при разных температурах для герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора

Саморазряд свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.
Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен по сравнению с вентилируемыми аккумуляторами и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % ёмкости за 4-5 месяцев.

Продолжительное хранение батареи в разряженном состоянии приводит к быстрой потере ее работоспособности.

Изменения характеристик свинцово-кислотных аккумуляторов при эксплуатации

Срок службы герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, как и вентилируемых, в большинстве случаев определяется деградацией положительного электрода, которая определяется коррозией его решетки и изменениями в активной массе.

Скорость коррозии решеток зависит как от состава сплава, конструкции и условий отливки, так и от температуры, при которой работают батареи. Коррозия решетки из сплава без сурьмы или с низким ее содержанием существенно медленнее по сравнению с коррозией традиционных решеток вентилируемых аккумуляторов. В качественно отлитых решетках из сплавов Pb-Ca-Sn скорость коррозии маленькая, но в плохо отлитых – отдельные участки подвергаются глубокой коррозии, что вызывает локальный ее рост и деформацию. Деформация решеток может привести к короткому замыканию разнополярных пластин. Коррозия решеток положительных пластин – самый частый дефект батарей, эксплуатируемых в буферном режиме.

При эксплуатации в режиме циклирования происходит также разрыхление активных масс положительного электрода, которое приводит к потере контакта между частицами PbO₂. Емкость источника тока при этом уменьшается. Процесс разрыхления ускоряется при разряде большими импульсами тока.

В герметизированных аккумуляторах могут протекать и специфические коррозионные процессы на токоведущих деталях отрицательных пластин, которые находятся выше уровня электролита, и на борне. Так как продукты коррозии имеют больший объем, чем свинец, в результате может иметь место выдавливание компаунда, герметизирующего вывод, и повреждение борна, крышки и даже бака. Дефекты такого рода часто отмечались в аккумуляторах разных производителей на ранних этапах разработок и производства. Сейчас большая часть производителей решила эту проблему подбором сплавов для всех компонентов аккумулятора и контролем за металлургическим процессом их изготовления.

В течении эксплуатации герметизированных аккумуляторов из-за неизбежных потерь воды при открывании клапана для сброса излишнего давления газа происходит некоторое осушение сепаратора и повышение внутреннего сопротивления аккумулятора. При эксплуатации в буферном режиме количество отказов, спровоцированных высыханием аккумулятора, становится соизмеримым с отказами из-за коррозии решеток положительных электродов. В аккумуляторах с гелиевым электролитом снижение количества электролита менее критично, чем в аккумуляторах с сепаратором из стекловолокна.

Факторы, влияющие на срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов

Самое большое влияние на срок службы герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора оказывают: рабочая температура, глубина разряда и величина перезаряда, а также периодичность срабатывания клапана для сброса газа.

На рисунках 6 и 7 изображено изменение срока службы в зависимости от глубины разряда и температуры окружающей среды..

Рис.7. Зависимость срока службы герметизированной свинцово-кислотной батареи от температуры при работе в буферном режиме

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы очень чувствительны к перезаряду. На рисунке 8 изображено, как быстро уменьшается срок их службы при работе в режиме постоянного подзаряда при повышении напряжения (и тем самым – тока подзаряда) источника питания подключенного к аккумулятору.

Следует помнить, что при заряде герметизированных аккумуляторов их температура может быть значительно выше температуры окружающей среды. Это связано как с разогревом аккумуляторов из-за реакции рекомбинации кислорода, так и с неудовлетворительным отводом тепла от плотноупакованной батареи. Разница температур особенно ощутима при ускоренном режиме заряда. Если нельзя избежать существенного увеличения температуры, то при заряде следует вводить корректировку напряжения источника питания.

Рис.8. Воздействие режима заряда на срок службы герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи при работе в буферном режиме

Переразряд также вреден для свинцово-кислотных батарей, как и перезаряд. При многократных переразрядах уменьшается разрядная емкость и понижается срок службы аккумулятора. Такие же изменения могут происходить и при продолжительном хранении батарей в разряженном состоянии.

В связи с расширением сферы применения герметизированных свинцовых аккумуляторов до обитаемых комплексов специального назначения, где должны применяться мощные источники тока с большим напряжением, стало необходимым исследование последствий возникновения аварийных ситуаций в эксплуатации. Такие ситуации могут происходить как при разбалансировании характеристик аккумуляторов, составляющих батарею, так и в результате ошибочного обслуживания батарей или отказе управляющего оборудования. В этом случае при перезаряде или переразряде батарей, приводящем к переполюсованию наиболее слабых аккумуляторов, может произойти разгерметизация аккумуляторов или даже разрушение их баков.

Было показано, что повреждение корпуса приводит к снижению отдаваемой ёмкости, но более серьезных проблем не возникает. Даже при полном разрушении контейнера аккумулятора емкость его стала меньше только на 14 %, так как электролит не вытекает, а задерживается в порах электродов и сепаратора. При вскрытии 5 % площади контейнера, аккумуляторы оставались годными для циклирования при снижении разрядной емкости на 15-20 %.

При продолжительном перезаряде (током 0,25 Сн) как свежих аккумуляторов, так и после полтора года эксплуатации в режиме постоянного подзаряда, а также при заряде аккумуляторов при завышенном напряжении (2,6В), чрезвычайного разогрева аккумуляторов не происходило. Температура стабилизируется спустя 4-6 ч на уровне 50-70 °С или затем медленно понижается. Но из-за выброса газов через аварийный клапан происходит осушение аккумуляторов и быстрая их деградация.

Современные герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи обладают достаточно высокими удельными энергетическими характеристиками (до 40 Втч/кг и 100 Втч/л). Они работоспособны в буферном режиме при нормальной температуре в течение продолжительного периода (более 10 лет), а при циклировании обеспечивают несколько сотен циклов до потери 20 % ёмкости.

Источник