История
Свинцовый аккумулятор разработал в 1859-1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля . В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, покрыв пластины аккумулятора свинцовым суриком .
Принцип действия
Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде.
Энергия возникает в результате взаимодействия оксида свинца и серной кислоты до сульфата (классическая версия). Проведенные в СССР исследования показали, что внутри свинцового аккумулятора протекает как минимум ~60 реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита (нехимические)
Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде . При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода - на отрицательном.
Химическая реакция (слева направо - разряд, справа налево - заряд):
В итоге получается, что при разряде аккумулятора расходуется серная кислота из электролита (и плотность электролита падает, а при заряде, серная кислота выделяется в раствор электролита из сульфатов, плотность электролита растёт). В конце заряда, при некоторых критических значениях концентрации сульфата свинца у электродов, начинает преобладать процесс электролиза воды. При этом на катоде выделяется водород , на аноде - кислород . При заряде не стоит допускать электролиза воды, в противном случае необходимо её долить для восполнения потерянного в ходе электролиза количества.
Устройство
Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов (положительных и отрицательных) и разделительных изоляторов (сепараторов), которые погружены в электролит . Электроды представляют собой свинцовые решётки. У положительных активным веществом является перекись свинца (PbO 2), у отрицательных активным веществом является губчатый свинец .
На самом деле электроды выполнены не из чистого свинца, а из сплава с добавлением сурьмы в количестве 1-2 % для повышения прочности и примесей. Иногда в качестве легирующего компонента используются соли кальция, в обеих пластинах, или только в положительных. Применение солей кальция вносит не только положительные но и много отрицательных моментов в эксплуатацию свинцового аккумулятора, например, у такого аккумулятора при глубоких разрядах существенно и необратимо снижается емкость.
Электроды погружены в электролит, состоящий из разбавленной дистиллированной водой серной кислоты (H 2 SO 4). Наибольшая проводимость этого раствора наблюдается при комнатной температуре (что означает наименьшее внутреннее сопротивление и наименьшие внутренние потери) и при его плотности 1,23 г/см³
Однако на практике, часто в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29 −1,31 г/см³.
Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов где свинцовые решетки заменяют вспененным карбоном , покрытым тонкой свинцовой пленкой. Используя меньшее количество свинца и распределив его по большой площади, батарею удалось сделать не только компактной и легкой, но и значительно более эффективной - помимо большего КПД, она заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов.
В результате каждой реакции образуется нерастворимое вещество - сернокислый свинец PbSO 4 , осаждающийся на пластинах, который образует диэлектрический слой между токоотводами и активной массой. Это один из факторов, влияющий на срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.
Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:
Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин, самому починить нельзя, некоторые источники описывают химические растворы и прочие способы способные «десульфатировать» пластины. Простой но вредный для жизни аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния . Раствор заливается в секции после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно батареи, что может привести к замыканию секции поэтому обработанные секции желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства. Если батарея имеет одну или несколько секций которые не работают (то есть не дают 2.17 вольта - например если корпус имеет трещины) возможно соединить две (или больше) батареи последовательно: к плюсовому контакту первой батареи подключаем плюсовой провод потребителя, к минусовому контакту второй батареи - минусовой провод потребителя, а две оставшихся контакта батареи соединяются кабелем. Такая батарея имеет суммарное напряжение работающих секций и поэтому количество работающих секций должно быть не более шести - то есть необходимо слить электролит из излишних секций. Такой вариант подходит для транспортных средств с большим моторным отсеком.
Вторичная переработка
Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах является тяжелым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны на специальных предприятиях для возможности его вторичного использования.
Выброшенные аккумуляторы часто используются как источник свинца для кустарной переплавки, например, в рыболовные грузила, дробь или гири. Для этого из аккумулятора сливается электролит, остатки нейтрализуются промыванием каким-либо безвредным основанием (например, гидрокарбонатом натрия), после чего корпус батареи разбивается и извлекается металлический свинец .
См. также
Примечания
Ссылки
- ГОСТ 15596-82
- ГОСТ Р 53165-2008 Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия. Взамен ГОСТ 959-2002 и ГОСТ 29111-91
- Видео, демонстрирующее принцип работы аккумулятора на YouTube
- Обслуживание и Восстановление свинцовых АКБ системы AGM"
Техническая эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторных батарей
В процессе эксплуатации свинцово-кислотные аккумуляторные батареи заряжают, контролируют их текущую работу, выполняют операции технического обслуживания, подготавливают батареи к длительному хранению.
Заряжают аккумуляторные батареи после пропитки пластин электролитом (3 ч для сухозаряженных и 4…6 ч для незаряженных пластин) в одну или две ступени.
Сила зарядного тока при вводе в действие новой батареи выбирается в зависимости от состояния пластин. При сухо-заряженных пластинах зарядный ток должен составлять 0,1 от номинальной емкости батареи, при разряженных - на 25% меньше.
Одноступенчатая зарядка проводится током 0,1-10 до конца. При двухступенчатой зарядке сила зарядного тока на первой ступени составляет 1,5 Q10 (до 70… 100 А), а на второй снижается в два-три раза. Сила зарядного тока практически ограничивается нагревом электролита. Его температура в любых случаях не должна превышать 45 °С.
Конец зарядки определяется по такому основному признаку: в течение последних 3 ч наблюдается постоянство напряжения и плотности электролита, интенсивный электролиз воды в электролите приводит к бурному газовыделению (кипению).
При переходе от первой ступени зарядки ко второй аккумуляторной батарее дают отдых (отключают от зарядного устройства). Как только э. д. с. покоя аккумуляторов снизится до 2,11 В, а температура электролита станет 20 °С, батарею подключают на зарядку током второй ступени.
Полная разрядка аккумулятора характеризуется снижением плотности электролита на 0,16 г/см3.
Контроль работы аккумуляторных батарей включает в себя такие операции: проверку уровня электролита, проверку плотности электролита с целью определения степени разрядки, испытание под нагрузкой более 100 А включением стартера либо нагрузочной вилкой.
В процессе эксплуатации из состава электролита вследствие электролиза теряется вода, поэтому для восстановления уровня электролита (10…15 мм выше верхнего края пластин) в аккумуляторы доливают дистиллированную воду.
Испытанием батареи под нагрузкой проверяют наличие внутренних дефектов (образование на поверхности и в порах активной массы пленки крупнокристаллического сульфата свинца - явление сульфатации, выкраивание активной массы, разрушение сепараторов, короткое замыкание пластин и др.).
Техническое обслуживание аккумуляторной батареи включает в себя такие операции, как очистку от пыли и грязи, удаление разбрызганного электролита с поверхности крышек, перемычек и пленки, зачистку окислившихся клемм и наконечников проводов, прочистку вентиляционных отверстий, проверку целостности баков и т. п.
Подготовка аккумуляторных батарей к хранению заключается в создании условий, при которых максимально замедляются химические реакции в аккумуляторах. Новые сухие батареи следует хранить герметически закрытыми в неотапливаемых помещениях. При подготовке таких батарей к хранению проверяют наличие герметизирующих прокладок и шайб под пробками. Бывшие в эксплуатации батареи с залитым электролитом перед постановкой на хранение полностью заряжают и хранят в неотапливаемых помещениях при температуре ниже 0 °С. Саморазрядка батареи тем меньше, чем ниже температура окружающего воздуха. Однако хранение аккумуляторных батарей допускается при температуре не ниже минус 30 градусов С.
Работа с свинцово-кислотными аккумуляторами чревата отравлениями свинцовой пылью и соединениями серной кислоты и взрывами выделяющихся газов.
При обслуживании аккумуляторов необходимо пользоваться спецодеждой, защитными очками и приспособлениями для безопасной работы. Приготовление электролита связано с интенсивным выделением теплоты и возможным разбрызгиванием серной кислоты. Это учитывается при выборе материала емкостей для электролита (рекомендуется использовать нехрупкие пластмассовые сосуды) и технологии смешивания серной кислоты с дистиллированной водой (тяжелая кислота тонкой струей наливается в более легкую воду при непрерывном помешивании).
У всех аккумуляторов есть срок годности, с многочисленными циклами заряда-разряда и множеством проработанных часов аккумулятор теряет свою емкость и держит заряд все меньше и меньше.
Со временем емкость аккумулятора настолько падает что дальнейшая его эксплуатация стает невозможна.
Вероятно у многих уже накопились аккумуляторы от бесперебойников (UPS), систем сигнализаций и аварийного освещения.
В множестве бытовой и офисной техники находятся свинцово-кислотные аккумуляторы, и в независимости от марки аккумулятора и технологии производства, будь то обычный обслуживаемый автомобильный аккумулятор, AGM, гелевий (GEL) или маленький аккумулятор от фонарика, все они имеют свинцовые пластины и кислотный электролит.
По окончание эксплуатации такие аккумуляторы выбрасывать нельзя потому как они содержат свинец, в основном их ждет судьба утилизации где свинец извлекают и перерабатывают.
Но все же, не смотря на то что такие аккумуляторы в основном "необслужываемые", можно попытаться их восстановить вернув им прежнюю емкость и использовать еще некоторое время.
В этой статье я расскажу о том как восстановить 12вольтовый аккумулятор от UPSa на 7ah , но способ подойдет для любого кислотного аккумулятора. Но хочу предупредить что данные меры не следует производить на полностью рабочем аккумуляторе, так как на исправном аккумуляторе добиться восстановления емкости можно всего лишь правильным способом зарядки.
Итак берем аккумулятор, в данном случае старый и разряженный, поддеваем отверткой пластмассовою крышку. Скорее всего она точечно приклеена к корпусу.
Подняв крышку видим шесть резиновых колпачков, их задача не обслуживание аккумулятора, а стравливания образующихся при зарядке и работе газов, но мы воспользуемся ними в наших целях.
Снимаем колпачки и в каждое отверстие, с помощью шприца, наливаем 3мл дистиллированной воды, следует заметить что другая вода не годится для этого. А дистиллированную воду можно легко найти в аптеке или на авторынке, в самом крайнем случае может подойти талая вода от снега или чистая дождевая.
После того как мы долили воду, ставим аккумулятор на зарядку и заряжать его будем с помощью лабораторного (регулируемого) блока питания.
Подбираем напряжения пока не появляются какие то значения зарядного тока. Если аккумулятор в плохом состояние то зарядного тока может не наблюдаться, поначалу, вообще.
Напряжения надо повышать, пока не появится зарядный ток хотя бы в 10-20мА. Добившись таких значений зарядного тока нужно быть внимательным, так как ток будет со временем расти и придется постоянно уменьшать напряжение.
Когда ток дойдет до 100мА дальше напряжения уменьшать не надо. А когда ток заряда дойдет до 200мА нужно отключить аккумулятор на 12 часов.
Дальше снова подключаем аккумулятор на зарядку, напряжение должно быть таким чтоб ток зарядки для нашего 7ah аккумулятора был в 600мА. Также, постоянно наблюдая, поддерживаем заданный ток на протяжении 4 часов. Но смотрим за тем чтоб напряжение зарядки, для 12вольтового аккумулятора, было не больше 15-16 вольт.
После зарядки, спустя примерно час, аккумулятор нужно разрядить до 11 вольт, сделать это можно с помощью любой 12вольтовой лампочки (например на 15ват).
После разрядки аккумулятор нужно снова зарядить с током в 600мА. Лучше всего проделать такую процедуру несколько раз, то есть несколько циклов заряд-разряд.
Скорее всего вернуть номинальную не получится, так как сульфатация пластин уже понизила его ресурс, а к тому же имеют место быть и другие пагубные процессы. Но аккумулятор можно будет дальше использовать в штатном режиме и емкости для этого будет достаточно.
По поводу быстрого износа аккумуляторов в бесперебойниках, было замечено следующие причины. Находясь в одном корпусе с бесперебойником, аккумулятор постоянно поддается пассивному нагреву от активных элементов (силовых транзисторов) которые кстати говоря нагреваются до 60-70 градусов! Постоянный прогрев аккумулятора ведет к быстрому испарению электролита.
В дешевых, а порой и даже некоторых дорогих моделях UPSов отсутствует термокомпенсация заряда, то есть напряжение заряда выставлено на 13,8 вольта, но это допустимо для 10-15градусов, а для 25 градусов, а в корпусе порой и намного больше, напряжение заряда должно быть максимум 13,2-13,5 вольта!
Хорошим решением будет вынести аккумулятор за пределы корпуса, если хотите продлить его срок службы.
Также сказывается "постоянный маленький под заряд" бесперебойником, 13.5 вольтами и токе в 300мА. Такая подзарядка призводит к тому что когда кончается активная губчатая масса внутри аккумулятора то начинается реакция в его электродах что призводит к тому что свинец токоотводов на (+) становится коричневым (PbO2) а на (-) стает "губчатым".
Таким образом, при постоянном пере заряде, мы получаем разрушение токоотводов и "кипение" электролита с выделением водорода и кислорода, что приводит к увеличению концентрации электролита, что опять способствует разрушению электродов. Получается такой замкнутый процесс что призводит быстрому расходу ресурса аккумулятора.
Кроме того такой заряд (пере заряд) большим напряжением и током от которого электролит "кипит" - переводит свинец токоотводов в порошковый оксид свинца который со временем осыпается и может даже замыкать пластины.
При активном использование (частом заряде), рекомендуется раз в год доливать в аккумулятор дистиллированную воду.
Доливать только на полностью заряженный аккумулятор с контролем как уровня электролита так и напряжения. Некоем случае не переливать, лучше ее не долить потому как назад отбирать ее нельзя, потому что отсасывая электролит вы лишаете аккумулятор серной кислоты и в последствие концентрация меняется. Думаю понятно что серная кислота нелетучая поэтому в процессе "кипения" во время зарядки, она вся остается внутри аккумулятора - выходит только водород и кислород.
На клеммы подключаем цифровой вольтметр и шприцем на 5мл с иглой заливаем в каждую банку по 2-3мл дистиллированной воды, одновременно светя внутрь фонариком чтобы остановиться если вода перестала впитываться - после заливки 2-3мл смотрите в банку - увидите как вода быстро впитывается, а напряжение на вольтметре падает (на доли вольта). Повторяем доливку для каждой банки с паузами на впитывание по 10-20сек(примерно) до тех пор пока не увидите что "стекломаты" уже влажные - то есть вода уже не впитывается.
После доливки осматриваем нет ли перелива в каждой банке аккумулятора, вытираем весь корпус, устанавливаем на место резиновые колпачки и приклеиваем на место крышку.
Так как аккумулятор после доливки показывают примерно 50-70% зарядки, вам надо его зарядить. Но зарядку нужно осуществлять или регулируемым блоком питания или же бесперебойником или штатным устройством, но под присмотром, то есть во время зарядки необходимо пронаблюдать за состоянием аккумулятора (нужно видеть верх аккумулятора). В случае с бесперебойником, для этого придется сделать удлинители и вывести аккумулятор за пределы корпуса UPSa.
Под аккумулятор подстелем салфетки или целлофановые мешочки, заряжаем до 100% и смотрим, не протекает из какой либо банки электролит. Если вдруг такое произошло, прекращаем зарядку и убираем салфеткой подтеки. С помощью салфетки смоченной в растворе соды - очищаем корпус, все впадины и клеммы куда попал электролит, для того чтоб нейтрализовать кислоту.
Находим банку откуда произошло "выкипание" и смотрим, если в окошке видно электролит, отсасываем излишки шприцем, а потом аккуратно и плавно заправляем этот электролит обратно внутрь волокна. Часто случается что электролит после доливки не равномерно впитался и вскипел вверх.
При повторной зарядке наблюдаем за аккумулятором как описано выше и если "проблемная" банка аккумулятора снова начнет "изливаться" при зарядке, излишки электролита придется удалить из банки.
Также под осмотром следует проделать хотя бы 2-3 полных цикла разряда-заряда, если все прошло отлично и нет никаких подтеков, аккумулятор не греется (легкий нагрев при заряде не в счет), то аккумулятор можно собирать в корпус.
Ну а теперь рассмотрим особо кардинальные способы реанимации свинцово-кислотных аккумуляторов
Из аккумулятора сливается весь электролит, а внутренности промываются сначала пару раз горячей водой, а потом уже горячим раствором соды (3ч.л соды на 100мл воды) оставив в аккумуляторе раствор на 20 минут. Процесс можно повторить несколько раз, а вконце хорошенько промыв от остатков раствора соды - заливают новый электролит.
Дальше аккумулятор сутку заряжают, а спустя, в течение 10 дней, по 6 часов вдень.
Для автомобильных аккумуляторов током до 10 ампер и напряжением 14-16 вольт.
Второй способ это обратная зарядка, для этой процедуры понадобится мощный источник напряжения, для автомобильных аккумуляторов например сварочный аппарат, рекомендуемый ток - 80ампер напряжением 20 вольт.
Делают переполюсовку, то есть плюс к минусу а минус к плюсу и на протяжение пол часа "кипятят" аккумулятор с его родным электролитом, после чего электролит сливают и промывают аккумулятор горячей водой.
Дальше заливают новый электролит и соблюдая новую полярность, на протяжение сутки заряжают током 10-15 ампер.
Но самый эффективный способ делается с помощью хим. веществ.
Из полностью заряженного аккумулятора сливают электролит и после неоднократной промывки водой, заливают аммиачный раствор трилона Б (ЭТИЛЕНДИАМИНТЕТРАУКСУСНОКИСЛОГО натрия), содержащий 2 весовых процента трилона Б и 5 процентов аммиака. Происходит процесс десульфатации на протяжение 40 - 60 минут, на протяжение которого с небольшими брызгами выделяется газ. По прекращению такого газообразования можно судить о завершение процесса. При особо сильной сульфатации аммиачный раствор трилона Б следует залить снова, убрав перед этим отработавший.
Вконце процедуры внутренности аккумулятора тщательно промывают несколько раз дистиллированной водой и заливают новый электролит нужной плотности. Аккумулятор заряжают стандартным способом до номинальной емкости.
По поводу аммиачного раствора трилона Б, его можно разыскать в химических лабораториях и хранить в герметичных емкостях в темном месте.
А вообще если интересно то состав электролита которые выпускают фирмы Lighting, Electrol, Blitz, akkumulad, Phonix, Toniolyt и некоторые другие, это водный раствор серной кислоты (350-450гр. на литр) с прибавлением сернокислых солей магния, алюминия, натрия, аммония. В составе электролита фирмы Gruconnin кроме того содержатся калиевые квасцы и медный купорос.
После восстановления аккумулятор можно заряжать обычным для данного типа способом (например в UPSe) и не допускать разряда ниже 11вольт.
В многих бесперебойниках присутствует функция "калибровка АКБ" с помощью которой можно осуществлять циклы разряд-заряда. Подключив на выходе бесперебойника нагрузку в 50% от максимума ИБП, запускаем эту функцию и бесперебойник разряжает АКБ до 25% а потом заряжает до 100%
Ну а на совсем примитивном примере зарядка такого аккумулятора выглядит так:
На аккумулятор подается стабилизированное напряжение 14.5 вольта, через проволочный переменный резистор большой мощности или через стабилизатор тока.
Ток заряда расчсчитывается по простой формуле: емкость аккумулятора разделяем на 10, например для аккумулятора в 7ah будет - 700мА. И на стабилизаторе тока или с помощью переменного проволочного резистора необходимо выставить ток в 700мА. Ну а в процессе зарядки ток начнет падать и нужно будет уменьшать сопротивления резистора, со временем ручка резистора придет до упора в начальное положение и сопротивление резистора будет равно нулю. Ток будет дальше постепенно уменьшатся до нуля пока напряжение на аккумуляторе не станет постоянным - 14.5 вольта. Аккумулятор заряжен.
Дополнительную информацию по "правильной" зарядке аккумуляторов можно найти
светлые кристаллы на пластинах - это сульфатация
Отдельная "банка" батарея аккумулятора подвергалась постоянному недозаряду и в результате покрыта сульфатами, ее внутреннее сопротивление росло с каждым глубоким циклом, чтоб привело к тому что, во время заряда она стала "закипать" раньше всех, из-за потери емкости и выведения электролита в нерастворимые сульфаты.
Плюсовые пластины и их решетки превратились по консистенции в порошок, в следствие постоянного подзаряда бесперебойником в режиме "стенд-бай".
Свинцово кислотные аккумуляторы кроме автомобилей, мотоциклов и разнообразной бытовой техники, где только не встречаются и в фонариках и в часах и даже в самой мелкой электронике. И если вам попал в руки такой "нерабочий" свинцово-кислотный аккумулятор без опознавательных знаков и вы не знаете какое напряжение он должен выдавать в рабочем состояние. Это легко можно узнать по количеству банок в аккумуляторе. Отыщите защитную крышку на корпусе аккумулятора и снимите ее. Вы увидите колпачки для стравливание газа. по их количеству станет понятно на сколько "банок" данный аккумулятор.
1 банка - 2вольта (полностью заряженная - 2.17 вольта), то есть если колпачка 2 значит аккумулятор на 4 вольта.
Полностью разряженная банка аккумулятора должна быть не ниже 1.8 вольта, ниже разряжать нельзя!
Ну а вконце дам небольшую идею, для тех кому не хватает средств на покупку новых аккумуляторов. Найдите в вашем городе фирмы которые занимаются компьютерной техникой и УПСами (бесперебойниками для котлов, аккумуляторами для систем сигнализаций), договоритесь с ними чтоб они не выбрасывали старые аккумуляторы от бесперебойников а отдавали вам возможно по символической цене.
Практика показывает что половина AGM (гелевых) аккумуляторов можно восстановить если не до 100% то до 80-90% точно! А это еще пару лет отличной работы аккумулятора в вашем устройстве.
1). Следить за уровнем электролита в аккумуляторах и степенью разряженности АБ. Степень разряженности АБ может быть проверена по напряжению, или более точно по плотности электролита. Для этого применяется аккумуляторный пробник и кислотомер (ареометр). Уровень электролита замеряется с помощью стеклянной трубочки. Он должен быть выше предохранительного щитка для АБ типа САМ на 6-8 мм.
2). Перед каждым полетом проверять степень заряженности АБ по бортовому вольтметру. Для этого при выключенных потребителях и при отключенном источнике наземного питания включается аккумулятор и на 3-5 сек. нагрузка 50-100 А, напряжение должно быть не менее 24 В. Батареи, разряженные более чем на 25%, отправляются не позднее 8 часов после полета на зарядную станцию для подзарядки.
3). Батареи содержать в чистоте, не допускать механических повреждений и прямого воздействия солнечных лучей. Металлические детали батарей очищать от окислов и смазывать тонким слоем технического вазелина.
4). При температуре окружающего воздуха ниже -15 батареи снимать ЛА и хранить в специальных помещениях.
5). Систематически, каждый месяц проводить глубокие заряды батарей во избежание их сульфатации. Один раз в три месяца проводить КТЦ для предупреждения сульфатации и определения фактической емкости АБ. Батареи, имеющие емкость менее 75% от номинальной, к дальнейшей эксплуатации непригодны.
6). На ЛА устанавливать только заряженные АБ.
Занятие №3. "Эксплуатация серебрянно-цинковых аб".
1. Типы, принцип работы и основные ттд серебрянно-цинковых аб.
2. Виды зарядов серебрянно-цинковых аккумуляторов и правила их эксплуатации.
3. Правила эксплуатации серебрянно-цинковых АБ.
4. Интегрирующий счетчик ампер-часов типа "ИСА".
1. Типы, принцип работы и основные ттд серебрянно-цинковых аб.
В настоящее время находят применение батареи типа 15-СЦС-45Б (на МиГ-23 установлены две батареи).
- "15" - количество аккумуляторов в батарее, соединенных последовательно;
- "СЦС" - серебрянно-цинковая стартерная;
- "45" - емкость в ампер-часах;
- "Б" - конструктивное исполнение (модификация).
Принцип действия основан необратимых электрохимических реакциях, протекающих в две ступени:
1). 2AgO + KOH +Zn Ag 2 + KOH +ZnO
AgO = 0,62 В; Zn = -1,24 В; Eак = 0,62 + 1,24 = 1,86 В.
c2). Ag 2 O + KOH +Zn 2Ag + KOH +ZnO
AgO = 0,31 В; Zn = -1,24 В; Eак = 0,31 + 1,24 = 1,55 В.
ТТД и характеристики АБ 15-СЦС-45Б:
Вес с электролитом не более 17 кг;
Высотность до 25 км;
Номинальное напряжение не менее 21 В;
Минимально допустимое напряжение разряда аккумулятора от 0,6 до 1,0 В;
Номинальный ток разряда 9 А;
Максимальный ток разряда не более 750 А;
Номинальная емкость 40-45 ампер-часов;
Срок службы 12 месяцев; из них первые 6 месяцев с отдачей емкости не менее 45 АЧ,а вторые 6 месяцев - не менее 40АЧ; за этот срок обеспечивается 180 автономных запусков при расходе на каждый около 5 АЧ;
Внутреннее сопротивление не более 0,001 Ом;
Саморазряд при температуре 20 гр.Цельсия не более 10-15% в месяц.
Тяговые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АКБ) с трубчатыми положительными пластинами предназначены для обеспечения непрерывной работы транспортных средств на электротяге – электропогрузчиков, штабелеров, тележек, поломоечных машин, а также шахтных тягачей, электровозов, трамваев и троллейбусов.
Основные параметры аккумуляторов
Основными параметрами АКБ являются номинальное напряжение, номинальная емкость, габаритные размеры и срок службы.
Номинальное напряжение одного аккумуляторного элемента составляет 2 В, соответственно общее номинальное напряжение АКБ, состоящей из соединенных последовательно N аккумуляторов, равно сумме напряжений каждого из них. Например, напряжение батареи, состоящей из 24 элементов, 48 В. Нормальное значение напряжения при правильной эксплуатации может варьироваться в процессе работы от 1,86 до 2,65 В/элемент для батарей с жидким электролитом и от 1,93 до 2,65 В/элемент для гелевых батарей.
Историческая справка
Идея загустить электролит батареи до состояния геля появилась у доктора Якоби, разработчика компании Sonnenschein, в 1957 г. В том же году была запатентована технология dryfit и начато производство гелевых батарей. Интересно, что первые их аналоги начали появляться на рынке только в середине 1980-х, в это время Sonnenschein имела уже почти 30-летний опыт производства таких батарей.
Электрической емкостью АКБ называется количество электричества, снимаемое при разряде АКБ. Емкость может измеряться в разных режимах, например, при 5-часовом разряде (С 5) и 20-часовом разряде (С 20). При этом у одной и той же батареи получится разное значение емкости. Так, при емкости батареи С 5 = 200 А·ч емкость С 20 той же самой батареи будет равна 240 А·ч. Этим иногда пользуются для завышения емкости батареи. Как правило, емкость тяговых аккумуляторов измеряют в 5-часовом режиме разряда, стационарных – в 10-часовом или 20-часовом, стартерных – только в 5-часовом режиме. Кроме того, при снижении температуры батареи ее полезная емкость уменьшается.
Габаритные размеры, как правило, имеют определяющее значение, поскольку в любой технике на электротяге для аккумулятора предусмотрено специальное посадочное место. Точный размер ящика зачастую можно узнать по модели машины.
Срок службы АКБ (для ведущих западноевропейских производителей) определяется DIN/EN 60254-1, IEC 254-1 и составляет 1500 циклов для батарей с жидким электролитом и 1200 циклов для гелевых батарей. Однако реальный срок службы может сильно отличаться от этих цифр, причем, как правило, в меньшую сторону. Он зависит прежде всего от качества производства и используемых материалов, от правильности эксплуатации и своевременности обслуживания, от режима работы, а также типа используемого зарядного устройства.
Эксплуатация
Условно процедуры эксплуатации и обслуживания можно разделить на четыре группы – ежедневные, еженедельные, ежемесячные и ежегодные операции.
Ежедневные операции:
- зарядить батарею после разряда;
- проверить уровень электролита и при необходимости откорректировать его, долив дистиллированную воду.
Еженедельные операции:
- очистить батарею от загрязнений;
- провести визуальный осмотр;
- провести выравнивающий заряд (желательно).
Ежемесячные операции:
- проверить исправность зарядного устройства;
- проверить и записать в журнал значение плотности электролита на всех элементах (после заряда);
- проверить и записать в журнал значение напряжения на всех элементах (после заряда).
Ежегодные операции:
- измерить сопротивление изоляции между батареей и корпусом машины. Сопротивление изоляции тяговых батарей в соответствии с DIN VDE 0510, ч. 3 должно быть не менее 50 Ом на каждый вольт номинального напряжения.
Вообще говоря, долив воды требуется примерно 1 раз в 7 циклов (1 раз в неделю при односменной работе), но проверка требуется после каждого заряда, так как вода расходуется неравномерно.
На заметку
При замене щелочных АКБ на свинцово-кислотные надо иметь в виду, что эти аккумуляторы нельзя заряжать вместе, поэтому нужно либо сразу переводить весь парк аккумуляторов на свинцово-кислотные, либо использовать два изолированных зарядных помещения. Кроме того, при замене щелочных АКБ на свинцово-кислотные потребуется сменить зарядное устройство.
Электролит
Электролит в тяговых аккумуляторах играет ключевую роль. Заливают его один раз, при вводе в эксплуатацию, и от его качества зависит стабильность эксплуатации батареи на протяжении ее срока службы (именно поэтому лучше приобретать батареи, залитые и заряженные в заводских условиях). При эксплуатации АКБ во время заряда в результате электролиза вода разлагается на кислород и водород (визуально это выглядит как кипение электролита), вот почему требуется периодически доливать воду. Уровень электролита, как правило, определяют по меткам min и max на заливной пробке. Кроме того, существует система автоматического долива воды Aquamatic, которая существенно ускоряет этот процесс.
Золотые правила
При эксплуатации батарей нужно соблюдать следующие основные правила:
Ни в коем случае не оставлять батарею в разряженном состоянии. После каждого разряда необходимо сразу ставить батарею на подзарядку, иначе начнется необратимый процесс сульфатации пластин. Это приводит к снижению емкости и срока службы батарей.
Разряжать батарею не более чем на 80% (для гелевых АКБ – 60%) . Как правило, за это отвечает датчик разряда, установленный на машине, однако его поломка, отсутствие или неправильная настройка может также привести к сульфатации пластин, перегреву батарей при заряде и в конечном итоге сокращению срока их службы.
В АКБ можно доливать только дистиллированную воду. В обычной воде содержится множество примесей, оказывающих негативное влияние на аккумуляторную батарею. Долив электролита в АКБ для увеличения плотности запрещен: во-первых, это не даст прироста емкости, а во-вторых, вызовет необратимую коррозию пластин.
На заметку
Температура электролита батареи не должна опускаться ниже +10 °С перед зарядом, однако это не запрещает работу в зонах с низкой температурой вплоть до –40 °С. При этом нужно давать батарее достаточно времени для нагрева перед зарядом. Во время заряда батарея нагревается примерно на 10 °С.
Поскольку при понижении температуры АКБ снижается ее полезная емкость, обычные зарядные устройства, основанные на методе заряда Wa или WoWa, будут недозаряжать батарею.
Для заряда рекомендуется использовать «умные» устройства, контролирующие состояние АКБ в процессе заряда, не допускающие недозаряд или перезаряд, например, Tecnys R, либо использовать термокомпенсацию – корректировку зарядного тока в зависимости от температуры АКБ.
Чистка АКБ
Чистота абсолютно необходима не только для хорошего внешнего вида батареи, но в значительно большей степени – для предотвращения несчастных случаев и ущерба, уменьшения срока службы, а также для того, чтобы АКБ находилась в состоянии, пригодном к эксплуатации. Аккумуляторные корпуса, ящики, изоляторы необходимо чистить для обеспечения требуемой изоляции элементов по отношению один к другому, по отношению к земле («массе») или внешним проводящим частям. Кроме того, очистка позволяет избежать коррозионных повреждений и возникновения блуждающих токов. Вне зависимости от времени работы и места на АКБ неизбежно оседает пыль.
Небольшое количество электролита, выступающего из батареи во время заряда после достижения напряжения газообразования, образует более-менее токопроводящий слой на крышках элементов или блоков, по которому протекают блуждающие токи. Результатом является повышенный и неоднородный саморазряд элементов или блоков. Это одна из причин того, почему операторы электрических машин жалуются на упавшую емкость батареи после того, как техника не эксплуатировалась в течение выходных дней.
Бытует мнение, что необслуживаемые системы возможны только на базе гелевых батарей, использование которых влечет естественные ограничения (большое время заряда, сниженная емкость и высокая стоимость). Однако мало кто знает, что необслуживаемые и сверхмалообслуживаемые системы возможны также на базе батарей с жидким электролитом (например, батареи Liberator).
Аккумуляторный журнал и организация работы
При использовании парка электропогрузчиков целесообразно закреплять за каждым погрузчиком свои АКБ. Для этого их нумеруют: 1а, 1б, 2а, 2б и т. д. (батареи с одинаковым номером используются на одном и том же погрузчике). После этого заводят журнал, в котором о каждой АКБ ежедневно отражается информация, проиллюстрированная на примере.
| Номер батареи | Установлена на погрузчик | Поставлена на заряд | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Дата | Время | Показания счетчика, машино-ч | Дата | Время | Плотность (средняя по трем элементам выборочно) | Показания счетчика, машино-ч | ||
| 1а | ||||||||
| 1б | ||||||||
| 2а | ||||||||
| и т.д. | ||||||||
Таким образом, с помощью данного мероприятия можно избежать использования недозаряженных батарей, а также спрогнозировать и спланировать замену АКБ до полного выхода ее из строя. Помимо этого по каждой батарее целесообразно вести еще один журнал, в котором раз в месяц отражается информация о батарее, перечисленная в примере 2. Эти данные являются основным источником информации для сервисной службы, поэтому зачастую ведение такого журнала является обязательным условием гарантийного обслуживания. За все аккумуляторное хозяйство должен быть ответственен один или два (в случае двухсменной работы) человека. В их обязанности по данной зоне ответственности должны входить прием и выдача АКБ, их обслуживание и заряд, ведение аккумуляторных журналов, прогнозирование выхода АКБ из строя.
