Коэффициент для свинцовых аккумуляторов

Об аккумуляторах .

Вопросы об аккумуляторах

Как определить поправочный коэффициент тестеров аккумуляторов Кулон для данных свинцовых аккумуляторов?

1. Введение

М ы нередко получаем от пользователей тестеров аккумуляторов Кулон письма с просьбой помочь определить поправочный коэффициент для того или иного типа свинцовых аккумуляторов. Мы отвечаем на все такие письма, а особенно охотно на те, автор которых со своей стороны активно помогает — присылает описание условий, в которых получены результаты проверки аккумуляторов и сами результаты.

В от (в сокращении) один из таких запросов и ответ на него.

2. Запрос

П ри измерении емкости аккумуляторов YUASA SWL 1100 выяснилось, что тестер аккумуляторов Кулон-12ns показывает значение ниже номинального для этих батарей — емкость многих аккумуляторов ниже 80% от номинала, необходимо узнать насколько это правдивые показания.

П о всей видимости тестер аккумуляторов необходимо откалибровать, но возможности произвести контрольный разряд нет. Прошу порекомендовать поправочный коэффициент для данных свинцовых аккумуляторов (хотя бы приблизительно) и помочь определить реальное состояние аккумуляторов.

Э ти аккумуляторы находятся в эксплуатации 2 года. В прошлом году отмечалась повышенная до 30°C температура. Сейчас никаких вздутий и деформаций не обнаружено, температура в помещениях 20-25°C, я, сухо, стоят кондиционеры. Проверка аккумулятора производилась без отключения аккумуляторной батареи от ИБП. Номинальная емкость аккумуляторов YUASA SWL 1100 — 40 А*час, расчетный ресурс — 10 лет.

Н омер Кулона: S09061256. Дата производства: 08.06.09.

3. Результаты проверки аккумуляторов

Батарея-аккумулятор	Напряжение, В	Емкость, А*час
1-1	13.60	38.6
1-2	13.59	38.6
1-3	13.58	38.6
1-4	13.56	39.2
1-5	11.19	—
1-6	13.50	32
1-7	13.54	38
1-8	13.53	38.2
1-9	13.51	36.6
1-10	13.58	36.0
1-11	13.53	37.6
1-12	13.57	38.6
1-13	13.53	37.6
1-14	13.45	32.4
1-15	13.52	32.2
1-16	13.56	38.2
1-17	13.47	32.4
1-18	13.60	37.0
1-19	13.53	35.2
1-20	13.49	32.4
2-1	13.55	37.2
2-2	13.51	35.2
2-3	13.56	38.6
2-4	13.51	36.4
2-5	13.53	38.2
2-6	13.54	38.2
2-7	13.49	38.0
2-8	13.38	32.0
2-9	13.49	38.0
2-10	13.52	34.8
2-11	13.49	37.0
2-12	13.54	38.2
2-13	13.50	38.2
2-14	13.52	37.4
2-15	13.54	37.0
2-16	13.54	38.2
2-17	13.53	38.2
2-18	13.50	33.0
2-19	13.55	38.4
2-20	13.59	39.4

4. Обработка и анализ результатов проверки аккумуляторов

К одному UPS подключены две аккумуляторные батареи, состоящие из одинаковых герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов. Не известно, введены ли они в эксплуатацию одновременно и из одной ли партии эти аккумуляторы. Поэтому примем предложенное автором запроса разбиение аккумуляторов на две батареи и будем анализировать их по-отдельности.

П оместим все полученные данные в электронную таблицу и проведем несложный статистический анализ.

Минимальное и максимальное напряжение на аккумуляторе

Батарея	1	2
Umin, В	11,19	13,38
Umax, В	13,6	13,59

С разу бросается в глаза большой разброс минимальных напряжений. Смотрим на исходные данные и видим, что у одного из аккумуляторов батареи 1 напряжение понижено примерно на 2.2 В, по сравнению с другими аккумуляторами. Из-за пониженного напряжения, Кулон не смог оценить емкость этого аккумулятора. Напряжение на аккумуляторе 1-5 понижено примерно на величину напряжения одного элемента. Можно предположить, что в имеется короткое замыкание одного из элементов — этот аккумулятор следует заменить немедленно.

Среднее и медианное значение напряжения на аккумуляторе

Батарея	1	2
Uсред, В	13,42	13,52
Uмедиан, В	13,53	13,53

У нас есть большой выброс (аккумулятор 1-5), который сильно смещает величину среднего напряжения. Обычно для данных с выбросами правильнее использовать медиану, а не среднее. Для расчета отклонений напряжения, так сделаем и мы — примем за напряжение группы медианное значение напряжения.

Отклонения напряжения (аккумулятор 1-5 отброшен)

Батарея	1	2
Станд.откл. U (без выброса), В	0,04	0,04
Относит. ст. Откл.	0,32%	0,31%

Р азбросы напряжения на аккумуляторах небольшие, это характерно для аккумуляторов из одной партии, до окончания ресурса которых еще остается некоторое время (старение аккумуляторов еще не вступило в финальную стадию). О наиболее интересующей нас величине — емкости аккумуляторов, напряжение или разброс напряжений не говорит ничего.

Минимальная и максимальная емкость аккумуляторов, среднее и медианное значение емкости.

Батарея	1	2
Еmin, А*час	32	32
Emax, А*час	39,2	39,4
Eсред, А*час	36,28	37,08
Емедиан, А*час	37,6	38

М аксимальная и минимальная емкости аккумуляторов заметно различаются, поэтому отклонения мы будем мы рассчитывать относительно медианного значения.

Отклонения емкости аккумуляторов.

Батарея	1	2
Станд.откл. Е (без 1-5), А*час	2,64	1,93
Относит. ст. Откл.	7,03%	5,07%
Макс.отклонение Е, А*час	5,6	6
Относит.макс.отклон.Е	14,9%	15,8%

С тандартное отклонение емкости аккумуляторов 5-7% — это неплохо. Но максимальные отклонения емкости — великоваты для 10-летних аккумуляторов, простоявших в буфере всего 2 года. Похоже, что эти аккумуляторные батареи испытали на себе какое-то вредное воздействие (неправильные режимы зарядки или, скорее всего, повышенную температуру). Но сейчас, по утверждениям автора запроса, с температурой и режимами все нормально.

С ами по себе 15% отклонения емкости от медианы не являются причиной выводить аккумуляторы из эксплуатации. Поэтому можно считать состояние аккумуляторных батарей 1 и 2 (за исключением аккумулятора 1-5) удовлетворительным.

5. Поправочный коэффициент

К онтрольный разряд аккумуляторов не проводился, поэтому следует избрать альтернативный метод определения поправочного коэффициента. Как мы выяснили, аккумуляторы уже несколько изношены, но их состояние (кроме аккумулятора 1-5) далеко от аварийного. Поэтому, для определения поправочного коэффициента, есть смысл применить метод максимума (см. инструкцию по эксплуатации тестера аккумуляторов Кулон-12ns). Мы предположим, что самые лучшие (с максимальной по показаниям Кулонов емкостью) аккумуляторы батареи имеют емкость, равную номинальной.

Батарея	1	2
Еном, А*час	40	40
Emax, А*час	39,2	39,4
Поправочный коэффициент	1,02	1,02

Т ак как тестер аккумуляторов Кулон-12ns позволяет установить поправочные коэффициенты или 1.00, или 1.03, то можно использовать любой из них — погрешность будет невелика.

6. Рекомендации

2 . Проверить работу кондиционеров. Рекомендуемая температура 18°C. Каждый градус превышения температуры приведет для каждого ИБП к среднегодовым потерям примерно 6000 рублей за счет ускорения старения аккумуляторов (сравните это со стоимостью электроэнергии потребляемой кондиционерами).

3 . Проверять аккумуляторы тестером аккумуляторов Кулон 2-4 раза в год. Через 2 года по этим данным составить прогноз ресурса по каждой аккумуляторной батарей и заложить стоимость замены батареи в бюджет соответствующего периода.

4 . При проверке аккумуляторов Yuasa SWL 1100 использовать поправочный коэффициенты для Кулона 1.00 или 1.03. При сравнении новых данных со старыми не забыть учесть коэффициенты, использованные при проверке аккумуляторов.

Источник

Электрические характеристики свинцовых аккумуляторов

К основным электрическим характеристикам свинцовых аккумуляторов относятся электродвижущая сила, напряжение, емкость, внутреннее сопротивление, отдача и саморазряд.

Э. д. с. и напряжение. Активные вещества положительных и отрицательных пластин свинцового аккумулятора обладают определенными потенциалами относительно электролита. Большим потенциалом обладает двуокись свинца РЬ0₂, меньшим — губчатый свинец РЬ. В результате возникает разность потенциалов между разноименными полюсами аккумулятора. Эта разность потенциалов при отключенной нагрузке равна э. д. с. аккумулятора. Потенциалы электродов, а значит, и э. д. с. аккумулятора не зависят от количества активных веществ на пластинах. Э. д. с. свинцового аккумулятора главным образом зависит от плотности его электролита: Е = 0,85 + й, где й — плотность электролита в порах активной массы пластин.

У разряженного стационарного аккумулятора й = 1,17 г/см 3 , Е = 0,85 + 1,17 = 2,02 В, у заряженного й = 1,21 г/см 3 , Е = = 0,85 + 1,21 = 2,06 В, т. е. при разряде и заряде э. д. с. свинцового аккумулятора изменяется относительно мало. Поэтому по значению э. д. с. нельзя определить степень разряженности свинцового аккумулятора.

Напряжение аккумулятора при заряде (У₃ = Е + 1₃ г₀, при разряде 1/_р = Е — 1_рг₀, где 1₃, 1_р — соответственно токи заряда и разряда; г₀ — внутреннее сопротивление аккумулятора.

Кривая изменения напряжения свинцового аккумулятора при его заряде током постоянного значения представлена на рис. 213, а. На первом этапе заряда, когда восстанавливаются поверхностные слои активных масс, напряжение аккумулятора увеличивается быстро (до 2,12 В), а затем медленнее (до 2,3 В).

На втором этапе заряда, когда восстанавливаются внутренние слои активных масс, напряжение аккумулятора быстро увеличивается с 2,3 до 2,7 В, после чего заряд прекращают.

Внутренние слои активных масс не соприкасаются с внешним электролитом, что затрудняет их восстановление. Поэтому при напряжении 2,3 В целесообразно уменьшить зарядный ток. Если этого не сделать, то ток, поступающий в аккумулятор, будет использоваться не полностью. Значительная часть этого тока будет разлагать воду электролита на кислород и водород, начнется газовыделение и пластины начнут портиться.

Рис. 213. Кривые изменения напряжения свинцового аккумулятора

При разряде активные массы аккумулятора поглощают из электролита серную кислоту и превращаются в сернокислый свинец РЬ30₄. По мере разряда поверхность пластин покрывается сернокислым свинцом, затрудняющим проникание серной кислоты к внутренним слоям активных масс. В результате этого снижаются плотность электролита в порах пластин, э. д. с, и напряжение свинцового аккумулятора (рис. 213, б). Разряд аккумулятора обычно заканчивается при напряжении 1,8 В.

При дальнейшем разряде серная кислота почти не проникает к внутренним слоям активных масс, и напряжение аккумулятора быстро падает Кроме этого, глубокие разряды приводят к чрезмерной сульфатации пластин, к повреждению аккумуляторов.

Аккумуляторы можно разряжать токами разного значения. Увеличение разрядного тока приводит к более резкому снижению э. д. с. и напряжения свинцового аккумулятора, и наоборот, снижение разрядного тока позволяет получить от аккумулятора более стабильное напряжение почти на всем интервале времени разряда.

Номинальное напряжение свинцового аккумулятора принимают равным 2 В На напряжения свинцового аккумулятора влияет температура электролита При снижении температуры электролит в аккумуляторе становится более вязким, а его частицы — менее подвижными, Это ухудшает диффузию электролита и вызывает более крутой подъем и спад кривой напряжения.

Емкость. Различают разрядную и зарядную емкости аккумулятора. Разрядной емкостью называют количество электричества, отдаваемое им при разряде до установленного конечного напряжения, которое у стационарных свинцовых аккумуляторов равно 1,8 В при нормальном режиме разряда и 1,75 В — при ускоренном режиме разряда (0,25- 2 ч)

Разрядная емкость — 1_р?_р, где — время разряда.

Зарядную емкость аккумуляторы получают в процессе заряда от других источников электрической энергии.

Разрядная емкость свинцового аккумулятора зависит от числа и формы его активных пластин, режима заряда и разряда, температуры электролита С увеличением количества активных веществ РЬ0₂ и РЬ емкость аккумулятора увеличивается. Активные вещества долж ны быть равномерно распределены по всей поверхности пластин достаточно тонким слоем. При этом условии обеспечивается хороший доступ электролита ко всей массе активных веществ, достигается максимальная разрядная емкость.

При ускоренном заряде активные вещества восстанавливаются не полностью, в результате чего уменьшаются зарядная, а следовательно, и разрядная емкости, В условном обозначении аккумуляторных батарей и в приведенных электрических характеристиках для различных типов аккумуляторов указывают номинальную емкость. Она соответствует определенному разрядному режиму. Номинальную емкость стационарных свинцовых аккумуляторов определяют при 10-часовом разряде до напряжения 1,8 В при температуре электролита +25 °С.

Номинальная емкость стационарного аккумулятора типа С-1 36 А • ч. Этой емкости соответствует разрядный ток 1_р = 36/10 = = 3,6 А. Если изменить разрядный ток или температуру электролита, то изменится и емкость аккумулятора. При увеличении разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается. Это объясняется тем, что при больших разрядных токах поверхностные слои активных масс быстро переходят в сернокислый свинец РЬ30₄, который ограничивает доступ электролита к внутренним слоям активных веществ, не позволяет отдать этим слоям накопленную энергию. В результате этого активные вещества пластин используются не полностью и аккумулятор разряжается до конечного напряжения преждевременно.

Степень использования активных масс аккумулятора характеризуется коэффициентом р₍, который показывает, какую часть номинальной емкости (в процентах) можно получить от аккумулятора при данном режиме разряда. Например, прк разряде током 9 А аккумулятор типа С-1 имеет емкость 27 А • ч, а коэффициент p_t — 27/36X = Ср/Сз — ^р/(^з ^з) •

где ф_р, 1р, 1р — соответственио емкость, ток и время разряда;

0з. 7з. *з — соответственно емкость, ток и время заряда.

Так как во время заряда некоторая часть электричества затрачивается на разложение воды и саморазряд, отдача аккумулятора по емкости меньше единицы. Для стационарных свинцовых аккумуляторов т)з = 0,84-1-0,9. Отношение электрической энергии, отданной

Разряд длительностью, ч

Тип аккумуляторов, для которого можно применять данный режим

Источник