зарядно-разрядных циклах аккумуляторов. В этом случае
аккумулятор полностью заряжается, а затем разряжается до
минимально допустимого напряжения и снова заряжается. Таким
образом, определяют доступную емкость аккумулятора.
Под доступной емкостью следует понимать максимальное
количество электричества в кулонах (ампер часах (1 Ач = 3600
Кл)), которое аккумулятор отдает при разряде до выбранного
конечного напряжения. Минимальное конечное напряжение разряда
батареи оговаривается изготовителем. Не рекомендуется
использовать режим более глубокого, а также мягкого разряда,
которые снижают продолжительность циклического срока службы
аккумулятора.
Доступная емкость после ввода в эксплуатацию
увеличивается, а затем, с увеличением числа циклов, уменьшается
(рис. p006). Первоначальное увеличение емкости связано с
активацией пластин при вводе аккумуляторов в эксплуатацию.
Количество циклов работы зависит от степени разряда
аккумулятора. Чем меньше глубина разряда аккумулятора, тем
большее количество циклов он прослужит.
Считается, что аккумулятор отработал свой срок службы,
если доступная емкость падает до 80% указанной первоначальной
емкости. В этом случае 30% глубина разряда соответствует
максимальному циклическому сроку службы аккумулятора [8].
Зарядные и разрядные характеристики аккумулятора изменяют
в зависимости от режима работы. Напряжение заряда при
циклическом режиме выше, чем для буферного (рис. p008).
Изготовители оговаривают предпочтительные режимы эксплуатации
батарей. В случае если изготовитель приводит параметры одного
режима -- это для буферного.
Техника заряда
Согласно рекомендаций изготовителя заряд всех типов
аккумуляторов FIAMM может осуществляться в режиме плавающего и
компенсационного заряда.
Режим плавающего заряда аккумулятора обеспечивается, если
к нему приложен потенциал превышающий его рабочее напряжение.
Ток заряда пропорционален разности приложенного напряжения и
напряжения холостого хода аккумулятора. Напряжение аккумулятора
возрастает по мере заряда до тех пор, пока не начинается
электролиз. Одновременно с этим уменьшается эффективность
заряда, а напряжение на зажимах аккумулятора увеличивается по
мере уменьшения скорости заряда. При таком способе заряда
удается запасти до 90% доступной емкости. Напряжение заряда для
стационарных аккумуляторов указано в табл. t002.
Следует обратить внимание на тот факт, что малоуходные
аккумуляторы могут поставляться с электролитом плотностью 1,21
и 1,25 г/см3, по требованию заказчика, в зависимости от
климатических условий эксплуатации. При этом зарядное
напряжение выше для аккумуляторов с электролитом более высокой
плотности.
После полного заряда аккумулятора дальнейшее продолжение
заряда вызывает выделение газов (происходит "перезаряд"). В
обслуживаемых аккумуляторах FIAMM в процессе перезаряда
распыление электролита ограничено конструкцией вентилей.
Режим компенсационного заряда (IU) для ячеек SD, SDH,
SMZA, SMF, SMBF -- позволяет зарядить аккумулятор на 100% в два
этапа. Сначала батарею заряжают большим током, равным 15%
емкости батареи при десятичасовом заряде до напряжения 2,3 В.
Затем дозаряжают током, равным 5% емкости при десятичасовом
заряде до напряжения 2,4 В. Свинцовые аккумуляторы должны
эксплуатироваться в режиме постоянного подзаряда и не
оставаться длительное время незаряженными, чтобы не допустить
коррозионных повреждений пластин.
При изменяющейся температуре зарядное напряжение следует
корректировать в соответствии с поправочными коэффициентами или
графиками изготовителя. Характерная кривая зависимости
напряжения батарей от температуры приведена на рис. p007. При
этом напряжение заряда может изменяться в пределах, указанных в
табл. t002.
Максимальный ток заряда герметизированных аккумуляторов
SMG, SLA, UPS для режима плавающего и компенсационного заряда
производитель ограничивает до 0,25% емкости. При плавающем
заряде герметизированные батареи заряжают до напряжения 2,23
В/ячейку, при компенсационном -- до 2,4 В/ячейку.
Изготовитель не рекомендует злоупотреблять режимом
быстрого компенсационного заряда для всех типов аккумуляторов.
Типичные кривые заряда для аккумуляторов FIAMM показаны на рис.
p008. При зарядном напряжении большем 2,3 В следует
ограничивать ток заряда до значения, указанного в табл. t002.
Техника разряда
Доступная емкость аккумуляторов нечувствительна к разрядам
со скоростью ниже С/10. При более интенсивных разрядах емкость
уменьшается по мере увеличения скорости разряда. Изготовителю
достаточно привести относительно ограниченное число типичных
кривых разряда. При работе аккумулятора доступная емкость
определяется скоростью разряда. Типичная зависимость
процентного соотношения емкости от максимального тока разряда
аккумуляторов FIAMM представлена на рис. p093.
При разомкнутой батарее отдаваемая мощность равна нулю,
поскольку ток равен нулю. Если батарея замкнута накоротко, то
отдаваемая мощность снова равна нулю, так как напряжение близко
к нулю, хотя ток может быть очень большим. Среднее напряжение
зависит от отбираемого тока, но линейной зависимости между
этими величинами нет. Для химических источников тока
зависимость времени разряда от мощности показана на рис. p094.
Из графика видно, что максимальная отдаваемая мощность имеет
место при равенстве сопротивления нагрузки внутреннему
сопротивлению батареи.
Предельная емкость аккумуляторных батарей достигается при
нормальной температуре (20oС), малых скоростях разряда и низких
напряжениях отсечки. Подвижность ионов и скорость их
взаимодействия с электродами уменьшаются по мере снижения
температуры. Большинство батарей с электролитами на водной
основе уменьшают отдаваемую энергию в сравнении с той, которую
они могут отдать при нормальной температуре. Если электролит
замерзает, то подвижность ионов может упасть до такой степени,
что батарея перестанет работать.
При разряде батареи в условиях низких температур
увеличивается ее внутреннее сопротивление, что приводит к
выделению дополнительного тепла. Оно в некоторой степени
компенсирует понижение температуры окружающей среды. В таких
условиях работоспособность батареи определяется ее конструкцией
и условиями разряда.
2.4. АККУМУЛЯТОРЫ HAWKER BATTERIES GROUP
Несмотря на то, что свинцовый аккумулятор известен более
ста лет, продолжаются работы по его усовершенствованию.
В аккумуляторах происходит газовыделение. Некоторое
снижение газовыделения в окружающее пространство достигается
при использовании специальных пробок с каталитическими
насадками. Увенчалась успехом попытка создания
герметизированных аккумуляторов, в которых используется
рекомбинация газов по кислородному циклу.
В 1982 фирма Chloride Industrial Batteries (Chloride
Industrial Batteries Ltd один из изготовителей аккумуляторных
батарей. Фирма -- член международной группы Hawker Batteries
Group (см. рис. 2.1). Производство расположено в Манчестере
(Великобритания). Дистрибьютор на украинском рынке -- фирма
Селком (см. стр. 106)) начала производство нового поколения
герметизированных батарей. Их первым отличительным признаком
является рекомбинация газов при заряде аккумулятора. Вторым --
изготовление сетки пластин из чистого свинца. Аккумуляторы
Chloride используются для питания автономных устройств
телекоммуникаций, в авиации, в источниках бесперебойного
питания. Удельные весовые характеристики аккумуляторов Chloride
Industrial Batteries отображены на диаграмме рис. p043.
2.4.1. АККУМУЛЯТОРЫ СЕРИИ POWERSAFE
Аккумуляторы Powersafe -- герметизированные аккумуляторы в
моноблочном исполнении. Выпускаются в диапазоне емкостей от 19
до 1689 Ач. Аккумуляторы могут соединяться в батареи
последовательно до 200 ячеек.
Положительные пластины выполнены из сплава
свинец-кальций-олово. В батареях серии Powersafe осуществлена
95% рекомбинация газов. В них используются ионообменные
мембраны-сепараторы осуществляющие транспортировку ионов
кислорода от положительной пластины к отрицательной.
Так как скорость газовыделения при заряде на положительном
и отрицательном электродах не одинакова используется тот факт,
что кислород выделяется на положительном электроде прежде, чем
на отрицательной выделяется водород. В то же время необходимо
отвести кислород с целью предотвращения окисления положительной
пластины аккумулятора. Использование сплава
свинец-кальций-олово позволило увеличить напряжение электролиза
воды на последней стадии заряда аккумулятора.
Ионообменная мембрана-сепаратор является направленным
проводником ионов кислорода от положительной пластины к
отрицательной. Мембрана-сепаратор имеет преимущественно
горизонтальные поры. На отрицательном электроде происходит
реакция соединения кислорода с водородом с образованием воды
(рис. p041):
2e-- + 2H + 1/2 O2 = H2O.
Таким образом, при эксплуатации аккумуляторов Powersafe
выделяющиеся газы рекомбинируют с образованием воды.
Диапазон напряжений для каждой ячейки батареи Powersafe
составляет 2,27...2,29 В при температуре 20oС. Минимальное
напряжение разряда -- 1,63 В.
Производитель предупреждает, что разряженные до напряжения
1,6 В батареи следует начать заряжать в течение двух минут.
Возможно приобретение аккумуляторов со встроенной защитой от
глубокого разряда, однако, применяются они исключительно редко.
При изменении температуры заряд и подзаряд аккумулятора
следует осуществлять с учетом температурных коэффициентов,
приведенных в табл. t024. Напряжение заряда определяется
умножением номинального напряжения заряда на величину
температурного коэффициента. Следует обратить внимание на
отличие коэффициентов для различной скорости заряда.
Максимальный зарядный ток батарей на протяжении всего времени
заряда не должен превышать 10% номинальной емкости для режима
трехчасового разряда.
В табл. П2 приложения представлены технические
характеристики аккумуляторов Powersafe. В таблице представлены
4 типа аккумуляторов.
Оптимальные зарядные характеристики аккумулятора Powersafe
приведены на рис. p038 и рис. p039. На графике (рис. p038)
показана зависимость зарядного тока от времени заряда батарей,
а на рис. p039 -- типичное время заряда в зависимости от
степени разряда.
Контроль степени заряда герметизированных аккумуляторов не
может осуществляться по плотности электролита. Для
аккумуляторов Powersafe изготовитель приводит зависимость
напряжения ячейки и степени ее заряда (рис. p040).
2.4.2. АККУМУЛЯТОРЫ "PURE LEAD TECHNOLOGY"
Под надежностью аккумулятора понимают его способность
сохранять оговоренные изготовителем характеристики при
эксплуатации в течение заданного времени в заданных условиях.
Для аккумуляторов характерен большой разброс параметров
связанных с технологией изготовления, в частности, с колебанием
свойств исходного сырья. Поэтому аккумуляторы часто имеют
избыточный запас активных веществ.
Существует ряд факторов, которые ограничивают достижение
высокой степени надежности батарей:
сильное влияние незначительных примесей на свойства
активных масс;
большое количество технологических стадий;
