Буферный режим гелевого аккумулятора

Буферный режим гелевого аккумулятора

Режимы работы аккумуляторных батарей: буферный и циклический

Качественная и долговечная работа аккумуляторной батареи это не только положительный экономический эффект для владельца, но и приятная составляющая эксплуатации. Согласитесь, отказ в работе аккумуляторной батареи в первые 2-3 года эксплуатации и отказ работы батареи на 7-10 году эксплуатации вызывают противоположные эмоции.

Важными эксплуатационными характеристиками являются: температурный режим работы (+10..+25 град.Цельсия) и правильно выбранный режим эксплуатации и подобранный под этот режим работы метод заряда. Стоит отметить, что мы разберем варианты и режимы работы аккумуляторных батарей, которые применяются в ИБП, а в следующей статье разберем как правильно зарядить аккумуляторы в ИБП. Аккумуляторы для ИБП это, как правило, свинцово- кислотные необслуживаемые и герметичные, производятся по основным двум технологиям: AGM и GEL (гелевый аккумулятор для ИБП).

Чем определяется долговечность работы аккумуляторной батареи?

Общеизвестным фактом и логичным подтверждением является следующее: срок службы аккумулятора в основном определяется количеством процедур заряд-разряд и его глубина разряда. Другими словами: чем реже мы проводим процедуру разряда аккумулятора и чем менее глубоким этот разряд является – тем дольше прослужит аккумулятор.

Среди утвердившихся у пользователей мифов встречается такой: необходимо периодически разряжать аккумулятор «до нуля» и зарядить его до 100%, в противном случае он испортится. Для аккумуляторных батарей среднего и высшего класса – это останется мифом, а для аккумуляторов низкого качества – этот миф станет инструкцией по эксплуатации. В низкокачественных аккумуляторах отсутствие встряски в виде глубокого разряда и полной зарядки – действительно может повлиять на ресурс его работы. В дешевых аккумуляторах применяются материалы низкого качества (например, свинец-вторсырье) и возникающие в аккумуляторе, из-за этого, внутренние окисления (налет) необходимо каким-то образом убирать. В противовес дешевым, — качественные аккумуляторы нуждаются в постоянном подзаряде (буферный заряд) при котором почти отсутствуют глубокие разряды.

Мы не можем обойти тему «эффекта памяти» в аккумуляторных батареях. Суть эффекта памяти состоит в уменьшении емкости аккумулятора. Потеря емкости в таких аккумуляторах происходит вследствие неполного разряда и последующей зарядки до 100% — аккумулятор «запоминает» уровень неполного разряда и ниже этого «не хочет» разряжаться . Считается, что если «потренировать» аккумулятор методом глубокой разрядки и полной зарядки – емкость частично можно восстановить. Этот эффект может возникать в аккумуляторах изготовленных по нескольким технологиям и полностью отсутствует в аккумуляторных батареях, которые применяются в ИБП. Эффект памяти свойственен аккумуляторам производимым по технологии Никель-металл-гидридный (Ni-MH), Никель-кадмиевый (NiCd), Серебряно-цинковый аккумулятор.

Теперь рассмотрим два режима работы аккумуляторов – буферный и циклический, а также как правильно осуществлять зарядку аккумуляторов в этих режимах.

Работа аккумуляторных батарей в буферном режиме

Буферный режим работы аккумуляторной батареи подразумевает периодический несистемный характер использования. Другими словами – в этом режиме аккумуляторы применяются в аварийных случаях, например в ИБП. В буферном режиме аккумуляторная батарея постоянно подзаряжается специально установленным зарядным напряжением и током и в таком режиме эксплуатации может проработать весь заявленный производителем срок, а иногда и больше. Для буферного режима работы подходят аккумуляторы с небольшим параметром цикличности заряд-разряд, и эти аккумуляторы немного дешевле чем высокоцикличные .

Циклический режим работы аккумуляторной батареи

Циклический режим работы – режим, когда с четкой периодичностью аккумулятор подвергается полному заряду и полному разряду. Примерами такого режима работы являются: электротранспорт, поломоечные машины, электропогрузчики, альтернативная энергетика – все те отрасли, где аккумуляторные батареи имеют постоянную периодичность использования. Циклический режим использования аккумуляторных батарей является для них самым жестким испытанием на прочность. Поэтому перед тем как купить аккумуляторную батарею желательно узнать режим ее работы.

© Материал подготовлен специалистами компании НТС-групп (ТМ Электрокапризам-НЕТ!), 2019год

Источник

Как правильно заряжать гелевый аккумулятор

Как правильно заряжать гелевый аккумулятор

Несколько лет назад в отечественных автомобильных магазинах начали появляться так называемые AGM, а также гелевые автомобильные аккумуляторы, отличающиеся целым рядом преимуществ перед распространенными электролитными вариантами.

К примеру,они способны независимо от степени разряда отдавать ток высокой величины, что считается необходимым для быстрого пуска авто в зимнее время. При этом гелевые аккумуляторы могут отдавать энергию, пока ее запас не снизится до 25-30% от номинального значения.

Отметим, что емкость аккумулятора после зарядки восстанавливается почти до первоначального значения, причем количество циклов разряда-заряда, которое может выдержать гелевый аккумулятор без потери емкости, достигает 600-650, а для новых моделей — 1000.

Особенности гелевых аккумуляторов

Гелевый аккумулятор принято относить к категории необслуживаемых, так как в нем вместо традиционного электролита используется особый гель, не вытекающий, даже если АКБ использовать вверх ногами.

Несравненно выше у таких аккумуляторов срок службы. Производители отмечают, что он составляет до 14 лет. Тем не менее,этот показатель базируется на работе устройства в идеальных условиях, которые практически не встречаются в реальной жизни.

Долговечность и состояние аккумулятора зависит от ряда факторов: температуры, качества тока, которым осуществляется подзарядка, влажности воздуха. Именно поэтому действительный срок службы стоит уменьшить года на 3, хотя, признаем, срок эксплуатации в 11 лет весьма существенен (вспомните, что традиционные аккумуляторы, как правило, служат значительно меньше).

Другой особенностью, которая отличает гелевый аккумулятор, считается небольшой ток саморазряда. На 100% заряженная батарея способна храниться месяцами без подключения (спустя год подобного простоя заряд снижается лишь на 15-20%).

Подобные возможности стали реальны благодаря использованию современных технологий. Так, к примеру, в производстве используются сверхтолстые электроды из свинца повышенного качества, очищенная серная кислота и прочие дорогостоящие материалы.

Безусловно, это делает стоимость гелевых аккумуляторов выше стоимости свинцово-кислотных, но все равно в результате получается отличная экономия денег и времени, делающая покупку гелевой АКБ выгодным вложением.

На российском рынке автомобильных пусковых аккумуляторов заслуженно пользуются повышенной популярностью аккумуляторы BOSCH AGM и устройства американской компании.

Особенности зарядки гелевых аккумуляторов

Обслуживание гелевого аккумулятора несколько отличается от такового для обычных аккумуляторов. Данному аккумулятору необходимо специальное зарядное устройство, которое разработано непосредственно для гелевых батарей.

На данный момент гелевые аккумуляторы, даже не смотря на неоспоримые достоинства, остаются еще сравнительно редкой вещью. Не все сервисные центры занимаются их обслуживанием, а некоторые даже не знают, как их правильно заряжать.

Главным правилом при зарядке выступает соблюдение величины подаваемого напряжения – оно не должно превышать пороговое.

Как правило, в инструкциях к таким батареям указано пороговое напряжение(находится в диапазоне 14,3-14,5 вольт). Превышать его нельзя, иначе батарея просто выйдет из строя.

Гелевые аккумуляторы могут долгое время храниться, будучи разряженными в ноль. Также разряженные гелевые АКБ можно хранить даже при минусовых температурах.

Тем не менее,при заряде, когда подается высокое зарядное напряжение, гелевый электролит начинает интенсивно выделять газ в таких объемах, которые не могут быть адсорбированны.

При стандартном режиме эксплуатации гелевая батарея почти не выделяет газа. Благодаря этому ее можно использовать в закрытом помещении, салоне автомобиля и дома, не опасаясь выделения токсичных веществ.

При повреждении корпуса, вас не зальет электролитом. Даже при наличии отверстия или трещины аккумулятор может продолжать функционирование.

Однако если подать напряжение заметно выше порогового, гель начнет отслаиваться от пластин под действием выделяющегося газа. После чего аккумулятор не будет отдавать ток в прежнем объеме. Виной тому будет уменьшение площади контакта пластин и электролита. Восстановление такого гелевого аккумулятора невозможно.

Не стоит также забывать, что обильное выделение газа, происходящее в компактном герметичном сосуде это взрывоопасный процесс.

Выбор зарядного устройства для гелевого аккумулятора

Рассмотрим основные параметры зарядных устройств для автомобильных гелевых аккумуляторных батарей

1.Тип аккумулятора. Основная масса представленных на отечественном рынке зарядных устройств разработана для совместного использования с автомобильными аккумуляторными батареями, заполненными жидко-кислотным электролитом. Эти модели нельзя использовать при зарядке гелевых аккумуляторов, так как конечное напряжение заряда у всех видов батарей разное.

Кроме того, герметичные необслуживаемые AGM аккумуляторы рассчитаны на низкое напряжение, а их заряд высоким напряжением станет причиной необратимого выкипания электролита, вследствие чего срок службы устройства значительно сократится.

2.Возможность изменения тока заряда. На первый взгляд это кажется вполне естественной функцией, но, тем не менее, в некоторых зарядных приспособлениях регулировка тока невозможна.

Чтобы свинцовый аккумулятор функционировал максимальный период времени, необходима зарядка током в размере 10-15% от номинальной емкости (к примеру, 15 А для емкости 150 А*час).

Если осуществляется зарядка меньшим током, то это не приносит вреда для аккумуляторной батареи (время заряда увеличится).Тогда как зарядка током, превышающим рекомендуемый, приведет к резкому снижению ее срока службы.

3.Температурная компенсация. Любые аккумуляторные батареи во время зарядки нагреваются. При этом очень редко в комнате, где они находятся, выдерживается стабильная температура в 20-22 градуса.

При зарядке температура батареи может возрасти на 10-12 градусов и конечное напряжение с учетом компенсации будет меньше на 0,03*12=0,36 вольта. Отсутствие термокомпенсации приведет к перезаряду и сокращению срока службы батареи.

Таким образом, качественное устройство для зарядки должно иметь температурную компенсацию, а идеальном варианте и выносной температурный датчик (для точности измерения).

4.Корректное напряжение. Зарядка гелевого аккумулятора должна осуществляться строго определенным напряжением. Зачастую встречаются устройства для зарядки аккумуляторов с некорректным напряжением заряда или некорректным напряжением в буферном режиме.

Обычно правильное напряжение заряда для гелевых АКБ составляет 14,2 вольта, а для AGM — 14,7 вольта. Тем не менее, эти значения необходимо уточнить в инструкции.

При этом для AGM аккумуляторов буферное напряжение равно 13,2 вольта при 24 градусах, а их продолжительная эксплуатация с напряжением в 13,6 вольт приводит к сокращению срока службы примерно в 1,5 раза из-за выкипания электролита.

Кстати,проверить наличие кипения можно обычным медицинским стетоскопом.

Примерно после двух суток нахождения в буферном режиме, выделение газа должно практически полностью прекратиться.

5.Наличие нескольких стадий заряда. С целью оптимального заряда свинцовых аккумуляторов необходимо разделить процедуру заряда как минимум на три стадии.

На первой стадии происходит зарядка постоянным током (с возрастающим напряжением), на второй постоянным напряжением (уменьшается ток), на третьей заряженное состояние поддерживается пониженным постоянным напряжением и минимальным током, достаточным для компенсации саморазряда.

Если поддержание полного заряда не требуется, то будет достаточно и двухстадийного режима.

6.Рабочий температурный диапазон. Подавляющее большинство моделей зарядных устройств имеет температурный диапазон 5-40 градусов Цельсия. Более широкий диапазон свидетельствует о том, что подразумевается полупрофессиональное использование, которое косвенно говорит о повышенном качестве.

Помимо этого, если вы планируете производить зарядку аккумулятора в помещении с невысокой температурой (в гараже или на балконе), важно выбирать модели с расширенным температурным диапазоном.

7.Регулируемая скорость вентилятора. Если зарядное устройство имеет вентилятор, а его эксплуатация будет проходить в домашних условиях, необходимо обратить внимание на наличие регулятора скорости вентилятора. Данный механизм позволяет минимизировать шум устройства.

Таким образом, гелевые аккумуляторы потенциально более выгодны, чем традиционные. Плюсы от их использования покрывают разницу в цене. Главное -не допустить преждевременного выхода батареи из строя.

Источник

Эксплуатация гелевых аккумуляторов

Общие положения

Свинцово-кислотные аккумуляторы изготовлены по технологии с внутренней рекомбинацией воды, поэтому не требуют обслуживания в течение всего срока службы. В качестве электролита используется загущенная серная кислота в виде геля, что обеспечивает устойчивость аккумуляторов к глубоким разрядам и высокую температурную стабильность.
Расчетный срок службы составляет 12 лет.
Гелевые аккумуляторы предназначены для работы, как в буферном, так и в циклическом режимах.

Конструкция гелевого аккумулятора

Особенности конструкции:

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

Химическая реакция и механизм рекомбинации:

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

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

2Pb + O₂ —> 2PbO

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

2Pb + 2H₂SO₄ —> 2PbSO₄ + 2H₂O

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

Если упростить описанные выше уравнения, то получается следующее:

Разрядные характеристики

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

Разрядные кривые постоянным током при 25°С

Заряд

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

Заряд постоянным напряжением

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

График заряда постоянным напряжением при 25°С

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

Гелевые аккумуляторные батареи можно купить в интернет-магазине Реалсолар:

Аккумулятор Delta
GEL 12-100

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 100Ач 12В

Аккумулятор Delta
GEL 12-200

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 200Ач 12В

Аккумулятор Парус Электро
HMG-12-100

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 100Ач 12В

Аккумулятор Парус Электро
HMG-12-200

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 200Ач 12В

Двухстадийный заряд при постоянном напряжении

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

Зарядные характеристики двухстадийного зарядного устройства

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

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

Зависимость зарядного напряжения от температуры окружающей среды

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

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

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

Хранение и срок службы

Гелевые аккумуляторы могут храниться без подзаряда в течение 1 года в сухом помещении при температуре окружающей среды от –35° до +60°С.
Они рассчитаны на работу в буферном режиме работы в течение пяти лет (при 25°С). На рисунке ниже показана зависимость доступной емкости гелевого аккумулятора от времени. Газы, генерируемые внутри аккумулятора, непрерывно рекомбинируют и возвращаются в водную составляющую электролита. Потеря емкости и конец службы аккумуляторов наступают в результате постепенной коррозии электродов.

Срок службы в буферном режиме работы

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

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

Срок службы в циклическом режиме работы

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

Зависимость емкости от температуры окружающей среды при различных токах разряда

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

Зависимость срока службы в буферном режиме от температуры окружающей среды

Свинцово-кислотные аккумуляторы обладают саморазрядом, вследствие чего при хранении их доступная емкость со временем уменьшается.
Этот процесс описан графиком на рисунке:

Зависимость емкости от времени хранения

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

Рекомендации по монтажу:

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

Последовательность монтажа аккумуляторов в батарею:

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

Рекомендации по эксплуатации:

Свинцово-кислотные гелевые аккумуляторы предназначены для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, в том числе в помещении с технологическим оборудованием и обслуживающим персоналом, при температуре от -20°С до +60°С. Диапазон температуры хранения аккумуляторов от –35°С до +60°С.
Аккумуляторы поставляются предприятием-изготовителем в заряженном состоянии, заполненные электролитом и готовыми к эксплуатации.
Не рекомендуется установка аккумуляторов вблизи источников тепла. Поскольку аккумуляторы могут генерировать воспламеняющиеся газы, запрещается их установка вблизи оборудования, которое может давать электрический разряд в виде искр.
Запрещается установка и эксплуатация аккумуляторов в атмосфере, содержащей пары органических растворителей или адгезивов или контакт с ними.
Чтобы максимально повысить срок службы аккумуляторов, среднее значение тока пульсаций любого происхождения, протекающего через аккумулятор, не должно превышать 0,1 СА, а стабилизация зарядного напряжения должна быть в пределах 1%.
Очистку корпуса аккумуляторов всегда рекомендуется производить с помощью кусочка ткани, смоченного водой. Никогда не используйте для этих целей масла, органические растворители, такие как бензин, разбавители для краски и др.
Запрещается разбирать аккумулятор. В случае попадания электролита в глаза или на кожу, необходимо сразу промыть пораженный участок сильной струей чистой проточной воды и немедленно обратиться к врачу.
Прикосновение к токопроводящим частям аккумулятора может повлечь за собой электрический удар. Работу по проверке или обслуживанию аккумуляторов необходимо проводить в резиновых перчатках.
Использование разнородных аккумуляторов (различных емкостей, с различной историей применения, различной давностью изготовления и происходящих от разных изготовителей), может нанести ущерб, как самой батарее, так и связанному с ней оборудованию.

Гелевые аккумуляторные батареи можно купить в интернет-магазине Реалсолар:

Аккумулятор Delta
GEL 12-100

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 100Ач 12В

Аккумулятор Delta
GEL 12-200

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 200Ач 12В

Аккумулятор Парус Электро
HMG-12-100

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 100Ач 12В

Аккумулятор Парус Электро
HMG-12-200

Гелевая необслуживаемая аккумуляторная батарея,
емкость 200Ач 12В

Источник