Что такое глубокий разряд гелевого аккумулятора

Что такое аккумулятор глубокого разряда и где он используется?

Существуют сферы хозяйственной деятельности, где требуются аккумуляторы глубокого разряда. Они могут работать в качестве отдельной единицы или в составе какого-нибудь устройства. Тип этих аккумуляторных батарей может быть разный, но все они рассчитаны на постоянный довольно глубокий разряд и последующий разряд. Поэтому их также называют устройствами deep cycle, что можно перевести, как глубокое циклирование. В этой статье мы рассмотрим разновидности АКБ глубокого разряда, сферы их применения, а также некоторые примеры таких батарей.

Особенности

Как понятно из названия, эти аккумуляторы должны быть приспособлены под глубокий разряд. Глубоким циклированием можно считать постоянный разряд до 15─20 процентов от номинальной ёмкости и последующий заряд. Ниже этого значения аккумуляторы вообще разряжать не рекомендуется, поскольку это приводит к существенному сокращению срока службы. Об особенностях разряда разных типов аккумуляторов будет сказано ниже.

Но, к примеру, для стартерных Pb батарей глубокое циклирование смерти подобно. Если пару раз глубоко разрядить современный кальциевый аккумулятор, то он потеряет большую часть своей ёмкости и станет непригоден для использования на авто.

Ещё одной важной особенностью аккумуляторов глубокого разряда является то, что в процессе разряда они до последнего момента должны обеспечивать заявленный разрядный ток и держать напряжение в определённом интервале. К примеру, для литиевого аккумуляторного элемента оно не должно опускаться ниже 3,1─3,2 вольта. Не должно быть такой ситуации, когда при уменьшении заряда валятся электрические характеристики АКБ.
Вернуться к содержанию

Разновидности

Теперь о видах аккумуляторных батарей, которые могут быть использованы для глубокого разряда.

• Некоторые разновидности свинцово-кислотных.
• Щелочные.
• Li-Ion.
• Прочие.

Свинцово-кислотные АКБ

Автомобильные стартерные батареи с жидким электролитом, как уже было сказано, очень чувствительны к глубокому разряду и не могут работать в условиях глубокого циклирования. Существует такая разновидность Pb моделей, как EFB аккумуляторы. Ряд производителей автомобилей советуют ставить их на свои модели с системами Старт-Стоп. EFB расшифровывается, как Enhanced Flooded Batteries (Усовершенствованные аккумуляторные батареи с жидким электролитом).

Для работы в условиях глубокого циклирования подходят свинцово-кислотные модели панцирного типа. Их название пошло от панцирной сетки, которую производители добавляют в конструкцию плюсового электрода. Целью этого является укрепление обмазки электрода и препятствование образованию крупных кристаллов свинца во время заряда.

Среди преимуществ Pb аккумуляторов можно назвать их доступную стоимость, отработанную технологию, высокий разрядный ток и налаженную переработку. К недостаткам следует отнести низкую энергетическую плотность, расход воды из электролита (для WET), чувствительность к глубокому разряду.
Вернуться к содержанию

Аккумуляторы AGM также относятся к семейству свинцово-кислотных. В электрохимических процессах принципиального отличия нет, но вместо жидкого электролита в AGM стекловолокно им пропитанное. Есть также близкая разновидность – GEL. Там электролит находится в виде геля (серная кислота переводится в гелевое состояние с помощью соединений кремния). Батареи AGM, как и EFB, рекомендуются для использования на автомобилях Старт-Стоп. Но они вполне успешно могут работать там, где требуется глубокий разряд.

Однако длительность их эксплуатации будет зависеть от глубины разряда. При постоянном чрезмерном разряде (ниже 20% от номинала) их срок службы значительно сокращается. Поэтому многие производители указывают большой разброс, от 500 до 1200 циклов заряд-разряд.

В отношении GEL справедливо всё вышесказанное, а различия заключаются лишь в сферах применения.
Вернуться к содержанию

Литиевые

Чаще всего в роли АКБ глубокого разряда из литиевых встречаются LiFePO₄. Они используются в качестве тяговых батарей в различном электротранспорте. Хотя для любых литиевых аккумуляторов глубокое циклирование не является чем-то аномальным. Для них разряд до 15─20% и последующий заряд является нормой. Так работают Li─Ion батареи в смартфонах, планшетах, ноутбуках и прочих устройствах. Но чрезмерный разряд им противопоказан. Поэтому большинство литиевых аккумуляторов работают под управлением контроллеров (BMS плат), не допускающих разряда ниже определённого напряжения.

Щелочные

Щелочные аккумуляторы получили широкое распространение в складской технике на электрической тяге, железнодорожном транспорте, производстве и т. п. Им глубокий разряд не наносит ущерба, и они могут использоваться в таких условиях весь жизненный цикл. Выпускаются модели Ni─Cd и Ni─MH.

Щелочные АКБ отлично подходят для работы в подобных условиях. Они не только легко переносят глубокий разряд, но ещё и могут без ущерба довольно долго находиться в разряженном состоянии.

Прочие

В этой категории можно упомянуть лишь некоторые концепты и перспективные разработки. Каких-то других типов АКБ глубокого разряда, которые бы выпускались серийно кроме перечисленных выше, нет. Есть только опытные разработки. В основном они имеют основу их тех же типов батарей, но ведутся эксперименты с материалами электродов, составом электролита и т. п.
Вернуться к содержанию

Где используются?

Область применения таких аккумуляторов очень широкая. Достаточно сказать, что литиевые АКБ, работающие в режиме глубокого циклирования, встречаются в различной бытовой технике и потребительской электронике. К примеру, работа смартфона, ноутбука, фотоаппарата и другой электронной техники состоит из постоянных зарядов и разрядов. В последнее время литиевые аккумуляторы востребованы в автомобилестроении. Они применяются в постоянно возрастающем количестве электромобилей.

Щелочные аккумуляторы, работающие в режиме глубокого разряда, используются в железнодорожном транспорте, на производстве, в сфере телекоммуникаций и т. п. Большое количество АКБ щелочного типа используется в современной складской технике. Это всевозможные погрузчики, подъёмники и т. д.

Транспорт на электрической тяге, который работает в производственных и складских помещениях, гораздо удобнее по сравнению с дизельной или бензиновой техникой.

Источник

Практические советы по эксплуатации гелевых и AGM аккумуляторов

Существует множество мифов о свойствах и об эксплуатации гелевых и AGM аккумуляторов. Тем не менее, это всего-лишь более современные модификации жидкостных свинцово-кислотных АКБ, и то, что известно про обычные автомобильные аккумуляторы, в большей степени относится и к их гелевым и АГМ собратьям.

Конечно есть и отличия, а связаны они с разной плотностью кислоты и с различными типами сепараторов свинцовых пластин. Кроме того, в большинстве автомобильных аккумуляторных батарей толщина свинцовых пластин гораздо меньше и соответственно они меньше весят.

Далее мы приводим ответы на часто задаваемые вопросы по этой теме:

Что такое полный разряд аккумулятора или разряд в ноль?

Полный разряд — это неконтролируемый разряд АКБ до напряжения 0 (ноль) Вольт.

Разряд в ноль приводит к необратимой сульфатации и значительной потере емкости любого свинцового аккумулятора независимо от его типа. В большинстве случаев при разряде в ноль происходит полная необратимая потеря емкости и остается только утилизировать или продать скупщикам свинца такую аккумуляторную батарею.

К полному разряду зачастую приводит ситуация, когда на время длительного отсутствия нормальной эксплуатации забывают отключить всё, что подключено к плюсовой клемме АКБ. В результате отсутствия периодической подзарядки от сети, генератора или от солнечных батарей, даже небольшой ток от подключенного к АКБ оборудования приводит к неконтролируемому снижению напряжения ниже критического значения 10,5 Вольт.

Применительно к солнечным электростанциям, данная ситуация может возникнуть, если на зиму оставить подключенным контроллер заряда, а солнечные батареи засыпет снегом. Это приведет к тому, что в отсутствии подзаряда от солнечных батарей, собственное потребление контроллера медленно приведет к полному разряду АКБ.

Чтобы не допустить такой ситуации, перед тем как оставить солнечную электростанцию на даче на зиму, рекомендуется дождаться полного заряда АКБ, после чего отключить СБ от контроллера и отключить контроллер и всё остальное от плюсовой клеммы АКБ.

Что такое аккумулятор глубокого разряда и в чем отличие разряда на 100% от разряда в ноль?

Аккумуляторами глубокого разряда можно назвать любые гелевые или AGM АКБ, поскольку они обеспечивают в среднем от 200 до 400 циклов разряда на 100%.

При этом, чем больше масса аккумулятора при одинаковой емкости, тем больше в нем свинца и тем большее кол-во циклов он сможет проработать. Поэтому, выбирая аккумуляторную батарею для целей глубокого разряда (для электропогрузчиков, инвалидных электроколясок, детских электромобилей, лодочных электромоторов, солнечных электростанций), рекомендуется покупать модель с наибольшей массой.

Разряд на 100% (глубокий разряд) — это разряд АКБ до напряжения 10,5 Вольт, а не до ноля Вольт.

Вредно ли короткое замыкание гелевого аккумулятора?

Гелевые аккумуляторы при коротком замыкании способны выдавать очень большие токи (от сотен до тысяч Ампер в зависимости от емкости).

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