Щелочные аккумуляторы 24 вольта

Подробно о щелочных аккумуляторах

Щелочные аккумуляторы получили своё название по электролиту, который в них работает. В большинстве случаев это водный раствор КОН (едкий калий) или NaOH (едкий натрий). Этот вид аккумуляторов имеет ряд преимуществ перед кислотным типом батарей, но не лишён и недостатков. В некоторых областях народного хозяйства применение щелочных аккумуляторов более оправдано. Поэтому сегодня мы рассмотрим характеристики и устройство щелочных аккумуляторов, а также сферы их применения.

Устройство щелочных аккумуляторов

Самыми распространёнными видами щелочных батарей являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные (ещё их называют никель─железные). У обоих типов аккумуляторов в заряженном состоянии активная масса положительного электрода состоит из NiOOH (гидроокись никеля) с добавлением окиси бария и графита. Графит предназначен для увеличения электропроводности активной массы. Добавка окиси бария увеличивает срок эксплуатации щелочного аккумулятора.

Давайте рассмотрим конструкцию и устройство щелочного аккумулятора на примере моделей батарей, используемых в тепловозах и пассажирских вагонах. Там применяются как никель─металлогидридные (Ni─MH), так и никель─кадмиевые аккумуляторы (Ni─Cd). На предприятиях выпускаются никель─железные и никель─кадмиевые батареи, в которых электроды выполнены в виде рамок из стали, покрытой никелем. В пазы этих рамок запрессованы ламели.

Ламель представляет собой пакет, заполненный активной массой. Ламели выполнены из никелированной жести с большим количеством отверстий. Это делается для того, чтобы электролит мог поступать к активной массе.

На изображении ниже представлено устройство щелочного аккумулятора Ni-MH. На схеме можно видеть полублоки электродов и аккумулятор в сборе.

Полублоки и никель─железный аккумулятор в сборе. На примере тепловозного аккумулятора ТПНЖ

Полублоки и никель─кадмиевый аккумулятор в сборе. На примере аккумулятора НКН-100

В таких разновидностях аккумуляторных батарей, как ТПНЖК и ТПНЖ используются панцирные положительные пластины. Эти пластины помещаются в специальные чехлы или панцири. Электроды находятся в корпусе из никелированной жести. У корпуса имеется приваренная крышка с отверстиями под выводные штыри. Также предусмотрено отверстие для заправки электролитом и вывода газов. Чтобы придать корпусу механическую прочность, стенки делаются гофрированными. Сверху корпус закрыт резиновым чехлом, который обеспечивает изоляцию элементов от ящика, где установлена батарея. Теперь немного о том, за счёт чего обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Вернуться к содержанию

Принцип работы щелочных аккумуляторов

Когда происходит разряд батареи, на положительном электроде идёт реакция гидроокиси никеля (NiOOH) с ионами электролита. В результате образуется гидрат закиси никеля Ni(OH)₂. На отрицательном электроде кадмий и железо превращаются в гидрат окиси кадмия (Cd(OН)₂) и железа (Fe(ОН)₂). Протекание тока по внешней и внутренней сети обеспечивает разность потенциалов (примерно 1,45 вольта) щелочного аккумулятора. Таким образом, обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Когда происходит заряд щелочной АКБ, то под воздействие тока активная масса положительных пластин окисляется. Гидрат закиси никеля Ni(ОН)₂ переходит в гидроокись никеля (NiOOH). В активной массе отрицательных электродов при заряде идёт восстановление с образованием кадмия и железа.

Ниже представлены реакции, происходящие в процессе разряда-заряда, представлены следующими уравнениями:

Щелочная АКБ Ni─MH:

2Ni(OOH) + 2KOH + Fe ⇒ 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Fe(OH)₂

Щелочная АКБ Ni─Cd:

2Ni(OOH) + 2KOH + Cd ⇒ 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Cd(OH)₂

Работа щелочного аккумулятора такова, что номинальное значение разрядного тока составляет 0,2*С. Величина «С» обозначает номинальную ёмкость аккумуляторной батареи. Максимальный разрядный ток, к примеру, при запуске дизельного двигателя, составляет до 4*С. Штатный ток заряда щелочных АКБ равен 0,25*С.

Стоит отметить, что вещества, которые образуются во время работы щелочного аккумулятора и протекания электрохимических реакций, почти не растворяются в электролите и не реагируют друг с другом. За счёт того, что электролит для щелочного аккумулятора с ними не взаимодействует, отсутствует его расход и плотность не меняется. В результате требуется меньший объём, чем в кислотной батарее.

Напряжение щелочного аккумулятора при полной зарядке составляет примерно 1,45 вольта. Из-за существенного внутреннего сопротивления этого типа батарей, напряжение щелочного аккумулятора существенного меньше номинала при разряде и существенно больше при заряде.

Когда выводам батареи подключается нагрузка и начинается разряд, то напряжение быстро снижается до 1,3 вольта, а затем медленно уменьшается до одного вольта. При достижении этой отметки разряд нужно останавливать. Среднее значение расчётного напряжения при разряде равно 1,25 вольта. Ниже напряжения 1 вольт разряжать щелочной элемент не рекомендуется. Это может приводить к потере ёмкости и уменьшению срока эксплуатации.

Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде

Кислотные и щелочные аккумуляторы схожи в том, что при зарядке у обоих типов батарей выделяется газ. Однако в случае герметичных щелочных аккумуляторов газовыделение не является признаком окончания зарядки. Но здесь также рекомендуется снижать ток, если выделение газов идёт слишком бурно.

Особенности эксплуатации и срок службы щелочных аккумуляторов

В принципе, уход при эксплуатации щелочных аккумуляторных батарей примерно такой же, как и в случае кислотных. Нужно периодически контролировать уровень электролита, а также проводить зарядку АКБ. Герметичные щелочные аккумуляторы должны регулярно подзаряжаться и находиться в чистоте.

Герметичные щелочные аккумуляторы могут при хранении находиться в полузаряженном или разряженном состоянии достаточно длительное время. Также стоит отметить, что аккумуляторы щелочного типа менее чувствительные к действию отрицательных температур. Кроме того, герметичные щелочные аккумуляторы способны работать при разряде большими токами (высокая перегрузочная способность).

Благодаря тому, что герметичный щелочной аккумулятор имеет большое внутреннее сопротивление, сильный разряд и кратковременные короткие замыкания не вредят этим батареям. Щелочные АКБ устойчивы к воздействию вибрации, тряски, ударов благодаря высокой прочности. По сравнению с кислотными они имеют большую удельную энергию, больший срок эксплуатации и могут храниться дольше.

Саморазряд герметичных щелочных аккумуляторов при разомкнутой цепи составляет 20 процентов ёмкости за 9 месяцев. Это немного, если сравнивать с кислотными АКБ. У последних такой уровень саморазряда наблюдается за месяц. Немаловажно отметить, что при эксплуатации герметичных щелочных аккумуляторов нет вредных газовыделений и они достаточно надёжны.

Виды щелочных аккумуляторов и области их применения

Ламельные щелочные АКБ, конструкция которых была рассмотрена выше, широко используются в качестве тяговых щелочных аккумуляторов. Кроме того, они используются и в качестве стартерных. Ниже приведены области применения таких аккумуляторных батарей:

• локомотивы и пассажирские вагоны;
• сигнализации и системы аварийного энергоснабжения;
• рудничные электровозы;
• всевозможная напольная электротехника (различные погрузчики на складах и производствах. Например, щелочной аккумулятор ТНЖ);
• для запуска двигателей внутреннего сгорания.

Аккумулятор для пассажирских вагонов

Аккумулятор для погрузчика

Маркировка щелочных аккумуляторов

Рассмотрим маркировку тяговых батарей российского производства. У нас в стране производством таких батарей занимается Великолукский завод щелочных аккумуляторов и Курский завод «Аккумулятор». При поставке продукции на внутренний рынок они маркируют свою продукцию следующим образом (буквы и цифры поясняются по мере их следования слева направо):

• Если в маркировке перед цифрами стоят буквы, то они показывают число элементов в батарее;
• Затем следуют буквы, показывающие область применения (Т – тяговый, ТП ─ тепловозный, В ─ вагонный);
• Далее идут буквы, обозначающие тип. Например, НЖ — никель─железная АКБ;
• Если присутствует буква К, то это значит, что конструкция блока электродов комбинированная (при этом положительный электрод ламельного типа, отрицательный ─ безламельного);
• Если в маркировке присутствует Ш, то это АКБ для шахтных электровозов;
• Если в маркировке после букв есть цифры, то это величина номинальной ёмкости батареи, выраженная в А-ч;
• После значения ёмкости могут присутствовать буквы: П (пластмассовый корпус), В (высокий вариант), М (модернизированный), У (исполнение для умеренного климата), Т (исполнение для тропического климата);
• Далее цифры обозначающие категорию размещения в соответствии с ГОСТ 15150-69 (2 обозначает размещение над землей, 5 ─ под землей).

• цифры перед буквами показывают число элементов в батарее;
• Буква F говорит о том, что это никель─железный аккумулятор;
• Далее идут буквы, которые обозначают токи в режиме разряда (L ─ до 0,5*С, M ─ (0,5─3,5)*С, H ─ (3,5─7)*С, X ─ больше 7*С);
• Следующие цифры показывают ёмкость батареи в А-ч;
• Следующие буквы показывают материал корпуса (к примеру, Р ─ пластический материал). Затем идёт дефис и далее указываются различные особенности конструкции АКБ по системе обозначений производителя. Ещё через дефис могут указываться категория размещения и климатическое исполнение в соответствии с ГОСТ 16150-69.

Сдача и утилизация щелочных аккумуляторов

В последние годы повсюду появились пункты приёма свинцово─кислотных автомобильных аккумуляторов. Это стало очень выгодно, поскольку производители АКБ платят за них хорошие деньги и забирают аккумуляторы на утилизацию. В большинстве таких пунктов приёма можно сдать и щелочные батареи. Но ещё не везде. Дело в том, что у населения таких АКБ меньше и пунктам приёма приходится долго их накапливать, чтобы сдать на предприятие.

Помните, что нельзя просто так выкидывать щелочные АКБ на помойку. В их составе присутствуют опасные вещества. Это едкий калий и натрий, соединения щелочных металлов и другие вещества, которые необходимо грамотно обезвреживать. Просто складировать их дома или в гараже то же небезопасно.

Плюсы и минусы щелочных аккумуляторов

Плюсы

• Длительный срок службы при правильной эксплуатации;
• Возможность глубокого разряда;
• Работа при отрицательных температурах без потери свойств;
• Небольшой саморазряд;
• Небольшой удельный вес.

При снижении температуры с 25 градусов Цельсия ёмкость щелочного аккумулятора понижается с каждым градусом на 0,5 процента. Показатель лучше, чем у свинцово-кислотных практически в два раза. Но стоит отметить, что при низкой температуре возрастает и скорость уменьшения ёмкости.
Вернуться к содержанию

Источник

Щелочные аккумуляторы: характеристика и применение АКБ

Очень популярный вид энергетического накопителя — щелочные аккумуляторы — это объясняется их многофункциональностью. В качестве электролита используется едкий натрий или калий. Перед тем как покупать подобное оборудование, потребуется ознакомиться со всеми положительными и отрицательными сторонами, а также особенностями аппарата.

Конструктивные особенности

Аккумулятор состоит из гидроокиси никеля, а также некоторых иных элементов. Из-за того, что в составе имеется графит, это оказывает положительное влияние на электрическую проводимость. Различные примеси осуществляют нормальную работоспособность и стабильность аппарата.

Чтобы подготовить отрицательный элемент, используют металлический сплав кадмия, никеля и определённого порошка. В каждом случае АКБ будет иметь свои особенности. Электролит включает в себя моногидрат лития. Благодаря этому элементу обеспечивается долгая деятельность агрегата.

В состав батареи входят следующие компоненты:

1. Изоляционный слой, изготовленный из качественного сырья.
2. Прокладка из пластика, которая дополняется специальным клапаном.
3. Корпус.
4. Выводы и контакты.

Это все основные элементы щелочного аккумулятора. Все компоненты выполнены из надёжных материалов, а потому проблем с работой не возникает.

Химические процессы

Принцип работы очень простой. Когда происходит полная разрядка, гидроокись никеля начинает взаимодействовать с щелочным раствором. В результате образовывается гидрат закиси никеля. На выводе с минусом будет происходить очень похожий процесс. Начинают формироваться определённые элементы.

Когда идёт процесс зарядки, проходит обратная реакция. В результате получится гидроокись никеля, которая восстанавливает минусовый электрод.

От кислотных агрегатов щелочный отличается тем, что субстанция, выработанная в ходе химической реакции, не будет растворяться. Она также не в состоянии реагировать с похожими компонентами. Если говорить проще — принцип действия источника питания зависит от определённых канонов.

Этот источник питания необходимо полностью заряжать. Если произойдёт неполный заряд батареи, то период использования сильно сократится. Но при этом нельзя перезаряжать устройство, поскольку это приведёт к сильному перегреву. В результате электроды просто разрушатся.

Замена электролита

Замену электролита необходимо производить через 100 и 150 циклов. До смены потребуется полностью разрядить АКБ и проследить, чтобы номинальный ток составлял до 1 В.

Электролит нужно предельно тщательно удалять из батареи. Чтобы осадок не остался, необходимо встряхнуть аккумулятор во время чистки.

После того, как электролит будет вылит, нужно хорошо промыть агрегат дистиллированной водой. А также можно применять раствор из щёлочи.

Когда процесс очистки завершится, можно сразу же залить новый электролит. После его потребуется оставить в залитом состоянии примерно на 3 часа. Только тогда можно проверить плотность нового вещества.

Следует знать, что электроды и пластины не должны находиться в сухом состоянии. Если пренебрегать этим правилом, то внутри появится коррозия.

Преимущества и недостатки

Перед покупкой следует изучить все плюсы и минусы аппарата. Это убережёт человека от неправильной покупки в том случае, если минусы перевесят положительные стороны для него.

Начать лучше с преимуществ:

1. Если производить своевременное техническое обслуживание и правильно использовать аккумулятор, тогда срок службы щелочных аккумуляторов можно сильно увеличить.
2. Аппарат нормально реагирует на глубокий разряд.
3. Работоспособность будет сохраняться даже в условиях отрицательных температур.
4. Минимальная величина саморазряда. Но необходимо подобрать правильное зарядное устройство.
5. Вес устройства — небольшой.

К положительным качествам также относится то, что при отрицательных температурах показатель ёмкости снизится минимально. Кислотные агрегаты отличаются от щелочных тем, что первые будут терять свою ёмкость. Несмотря на много положительных сторон, имеются и отрицательные:

1. У аппарата есть эффект памяти. В результате это может спровоцировать снижение ёмкости. Именно поэтому следует полностью заряжать аккумулятор и не допускать недозарядку.
2. Рабочие напряжения элементов будут отличаться друг от друга. Именно поэтому необходимо применять эффективно агрегат для зарядки.
3. Не слишком большой КПД.
4. Электролит желательно не заменять самостоятельно, а доверить эту операцию специалисту.

Это были основные достоинства и недостатки щелочного аппарата. В большинстве случаев плюсы перевешивают минусы.

Отрасли использования

Щелочные агрегаты применяются в разных сферах. Щелочные аккумуляторы применяются в:

1. Системах энергосбережения.
2. Различных технических и электрических устройствах.
3. Пассажирских вагонах.
4. Электроинструменте.
5. Портативных техсредствах.

В разных сферах применяют различные модели щелочных аккумуляторов. А также АКБ часто используют на автотранспортных средствах, специальной технике и различных погрузчиках. Для простых легковых автомобилей этот агрегат используется редко.

Правила эксплуатации

Чтобы АКБ прослужил долго, необходимо использовать определённые правила. Для правильной эксплуатации существует конкретный ряд действий:

1. Перед запуском в работу необходимо увеличить ёмкость до определённого значения. С этой целью используют 1 тренировку.
2. Корпус желательно часто очищать от грязи, соли и пыли.
3. Чтобы удалить коррозию, используют ветошь, которая смачивается в керосине.
4. Если используется соединение нескольких батарей, необходимо, чтобы соединение было очень плотным.
5. Уровень электролита желательно часто проверять. Он должен быть в пределах 4−12 мм.

Если аккумулятор долго не используется, необходимо его периодически подзаряжать в нормальном режиме. Сила тока будет регулироваться от внешнего источника.

Разряд и заряд

Чтобы правильно зарядить аккумулятор из щёлочи, необходимо использовать постоянный ток. Автомобилисты обычно используют автоматическое зарядное устройство. Чтобы правильно зарядить батарею, необходимо учитывать некоторые режимы:

1. Стандартный — 7 часов.
2. Ускоренный — 3 часа.
3. Усиленный — 12 часов.

Усиленный режим допускается, если аккумуляторная батарея заряжается в первый раз, используется нерегулярно, или только что произошла перезарядка электролита. А также такой режим используют после того, как АКБ была полностью разряжена.

При малом токе аккумулятор заряжаться будет очень плохо. Ток не рекомендуется понижать на 40 или 50%. Если батарея частично или полностью разряжена, то ни в коем случае нельзя допускать перегрева. Электролит начинает закипать при 35 градусах. Иные части — при 45 градусах. Когда достигается критическая температура, необходимо сразу же отключить источник питания от сети. Продолжить зарядку можно, когда температура станет оптимальной.

Аккумулятор на 12 вольт запрещено заряжать при отрицательных температурах на улице. Если нет иного варианта, то батарею потребуется дополнительно утеплить. Обычно для этого используют брезент — обматывают им батарею.

Если используется последовательное подключение нескольких батарей, то их необходимо держать на определённом расстоянии друг от друга. Таким образом обеспечивается сохранение корпуса устройства. Если поставить их слишком близко, то они начнут вздуваться. Чтобы разделить источники питания, обычно используют виниловые пластины и обычную резину.

Чтобы правильно произвести разрядку аккумуляторной батареи, нужно делать это до определённых значений:

1. Если разряд длится 5 часов, напряжение не должно превышать 1 Вольт.
2. Три часа — 0,8 Вольт.
3. 1 час — 0,5 Вольт.

Чтобы отследить уровень напряжения, можно использовать тестировочный аппарат. Контрольные испытания делают после полной замены электролита. Перед этим нужно использовать несколько проверочных циклов. После полной зарядки напряжение составляет 1,1 Вольт. Когда проводится контрольный цикл, необходимо произвести замеры напряжения при разряженном устройстве.

Сокращение периода эксплуатации

Чтобы продлить срок эксплуатации АКБ, надо придерживаться основных правил. Они довольно простые, но эффективно позволяют справиться с поставленной задачей:

1. Нельзя допускать постоянной недозарядки батареи.
2. До критического значения опускать показания напряжения не следует.
3. Вещество внутри АКБ должно покрывать пластины. Плотность электролита необходимо менять, когда наблюдается повышение температуры.

Правила — простые. Их легко соблюдать, чтобы продлить срок эксплуатации.

Нюансы маркировки

В маркировку аккумуляторной батареи входят цифры и буквы. Легко узнать отрасли использования, если смотреть на буквы:

1. Т обозначает агрегат для тяговых моделей.
2. ТП — тепловозные аккумуляторы.
3. В — вагонный.

Также в маркировку могут включаться и другие буквы. О них также необходимо знать, чтобы производить правильно расшифровку:

1. НЖ — никелево-железный агрегат.
2. К — присутствие блока, предназначавшегося для нескольких электродов.
3. Ш — эксплуатация в рудниках.
4. П обозначает, что корпус изготовлен из пластичного материала.
5. М — модернизированный вариант.
6. У означает, что агрегат можно использовать в умеренном климате.
7. Т — тропический климат.

Щелочные батареи — многофункциональные. Они могут включать в себя различные сочетания. Самыми распространёнными моделями являются на 12 В.

Правила хранения

Устройства бывают длительного или временного хранения. Когда приобретается новая АКБ, обязательно надо проверить пробки — их прилегание.

Очень большое внимание необходимо уделить проверке вентильной резины. От её состояния будет зависеть работа всей батареи. Чтобы лакокрасочный состав не слезал, надо корпус обрабатывать смазкой.

Для правильного хранения потребуется выполнять ряд действий:

1. Произвести разрядку до 1 вольта.
2. Вылить весь электролит.
3. Удалить пыль, грязь и соль.
4. Обновить лаковое покрытие.

Если аккумулятор будет находиться в состоянии покоя 1−10 месяцев, необходимо периодически проверять его работоспособность. Все пробки должны быть плотно прижатыми к устройству. Транспортировку можно производить только в том случае, если батарея подготовлена к длительному хранению. С другими источниками питания нежелательно хранить щелочные АКБ.

Особенности выбора

Чтобы правильно подобрать щелочную аккумуляторную батарею, надо особое внимание уделять ключевым параметрам. Они крайне важны для правильной покупки:

1. В первую очередь смотрим на производство. Всегда нужно изучить дату изготовления. Если АКБ была произведена больше полугода назад, тогда приобретать её не стоит. Такие устройства будут разряжаться — эффект памяти это зафиксирует.
2. Показатель ёмкости. Срок применения зависит от ёмкости. Многие приобретают АКБ с большой ёмкостью. В таком случае генератор не сможет справиться со своей задачей. Но и меньше ёмкость приобретать не стоит. Много зарядов способствуют поломке всего агрегата. Чтобы подобрать правильную ёмкость, необходимо изучить определённые характеристики, указанные в технической эксплуатации.
3. Полярность устройства. АКБ могут различаться по степени полярности. Когда идёт выбор агрегата, потребуется сосредоточиться на расположении полярности электродов.
4. Стоимость батареи. Цена АКБ зависит от элементов, которые входят в состав, изготовителя, ёмкости, мощности. Чем лучше показатели, тем выше цена.

Щелочный агрегат отличается прочностью и надёжностью. Очень выгодно приобретать такие средства для тяговой техники или габаритных автотранспортных средств. Необходимо только правильно выбрать модель, изучив предварительно все характеристики.

Это была краткая характеристика и применение щелочных аккумуляторов. Сведения пригодятся для верной эксплуатации и правильной покупки.

Источник