Сколько пластин в аккумуляторе

Про аккумулятор. Часть 3

Итак, последняя часть про АКБ. Решил расписать общую инфу, собранную с просторов интернета, о существующих аккумуляторах, устройстве и типах, видах и способах лечения возможных проблем, вдруг кому пригодится) Также, в конце напишу вывод о своём пациенте и результаты лечения.
Напомню, пациент "Mutlu calcium silver", ёмкость: 62АЧ, пусковой ток: 540А (en), тип: кальциевый, дата производства: — 24.06.2014. Акум необслуживаемый, но с пробками. Проблема — низкая плотность электролита при полном заряде. КЗ в банках отсутствует. Предположительный диагноз — повышенная сульфатация пластин.
Теперь, инфа об аккумуляторах (кому интересен лишь мой результат, смело можете листать вниз).

1. Устройство и виды аккумуляторов
Аккумулятор представляет собой ёмкость с раствором серной кислоты, в которую погружены положительный и отрицательный электроды (чаще всего в форме решетчатых пластин, ячейки которых заполнены активной массой), разделённые сепаратором.

В легковых автомобилях наиболее распространёна аккумуляторная батарея, состоящая из нескольких аккумуляторов (их называют "банками"), соединённых между собой последовательно, каждая из которых выдаёт напряжение примерно 2.1В, что в сумме даёт те самые 12 вольт.
Существует несколько типов аккумуляторов, отличающихся материалом электродов и электролита. Это никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, литий-ионные и свинцово-кислотные аккумуляторы. В автомобилях в качестве стартерных используются свинцово-кислотные. Это обусловлено тем, что аккумуляторы этого типа обладают максимальной, по сравнению с другими, энергоёмкостью и способностью за короткий момент времени отдавать большой ток. В них пластины состоят из свинца + различные добавки:
1) Сурьмянистые
Батареи такого типа в составе пластин содержат ≥5% сурьмы и считаются устаревшими.
Сурьма добавляется в свинец для повышения прочности пластин. Также эта добавка способствует резкому усилению, ускорению процесса электролиза, начинающегося уже при 12 вольтах. Выделяющиеся газы (кислород и водород) создают впечатление кипящей воды. Вследствие испарения воды в большом количестве, концентрация электролита меняется и электроды (их верхние края) оголяются. В качестве компенсации в аккумулятор заливается дистиллированная вода. В настоящее время не используются.
2) Малосурьмянистые
Для уменьшения интенсивности «выкипания» воды в аккумуляторах стали использовать пластины со сниженным количеством сурьмы (меньше 5%). Это позволило избавиться от необходимости часто проверять уровень электролита. Также снизился уровень саморазряда АКБ при хранении.
Однако, вода все равно понемножку «выкипает», хоть и гораздо в меньших количествах, чем у сурьмянистых аккумуляторов. Огромным плюсом малосурьмянистой батареи является её нетребовательность к качеству электрооборудования автомобиля. Даже при перепадах напряжения бортовой сети характеристики данной АКБ не меняются так необратимо, как это бывает с более современными аккумуляторами, например, кальциевыми или гелевыми.
3) Кальциевые
Используется в решетках электродов не сурьма, а кальций. Как правило, аккумуляторные батареи данного типа носят маркировку «Ca/Ca», что значит содержание кальция в пластинах обоих полюсов. Также зачастую в состав пластин добавляют малое количество серебра – это позволяет снизить внутреннее сопротивление батареи и повысить энергоёмкость и КПД аккумулятора.
Использование кальция дало возможность существенно уменьшить газовыделение и потерю воды. Фактически, утрата воды стала столь незначительна, что необходимость проверки плотности утратила свою актуальность. Данные аккумуляторы по праву называются необслуживаемыми.
Также, кальциевые аккумуляторы, кроме слабого «выкипания» воды, располагают сниженным уровнем саморазряда, что позволяет этим батареям сохранять свои свойства долгое время.
Но, несмотря на все указанные плюсы данной батареи, она имеет ещё и минусы:
— Капризность по отношению к переразряду. Достаточно несколько раз сильно разрядить батарею и уровень энергоёмкости необратимо снижается, то есть количество тока резко уменьшается. Как правило, после такого инцидента батарея уже не может выполнять свои функции, и её меняют. Этот минус следует назвать самым главным недостатком аккумулятора данного типа;
— Кальциевые батареи крайне чувствительны к бортовой сети машины – плохо переносят резкие перепады напряжения. Стоит учесть этот нюанс перед приобретением батареи.
4) Гибридные
Как правило, такие аккумуляторы обозначаются «Ca+». Пластины электродов таких батарей выполнены по разным технологиям: положительные пластины – малосурьмянистые, отрицательные пластины — кальциевые. Такое совмещение даёт возможность объединить положительные качества этих аккумуляторных батарей. «Выкипание» воды у таких батарей намного меньше, чем у малосурьмянистых, но больше, чем у кальциевых. Зато устойчивость к переразрядам и перезарядам значительно выше.
Характеристики гибридных аккумуляторных батарей позволяют им занимать место между малосурьмянистыми аккумуляторами и кальциевыми батареями.

Отдельно стоит выделить еще два вида АКБ:
1) AGM аккумуляторы
Отличие AGM в том, что между положительными и отрицательными свинцовыми пластинами расположена обыкновенная стеклоткань. Электролит полностью впитан и удерживается стекловолокном.
Преимущества: устойчивость к вибрации, отсутствие необходимости обслуживать, установка практически в любом положении.
Недостатки: не должны храниться в разряженном состоянии, напряжение не должно упасть ниже 1,8В. Крайне чувствительны к превышению напряжения заряда. Дают заметное падение напряжения на морозе при нагрузке. Более высокая цена по сравнению с аккумуляторами с жидким электролитом, но более низкая, чем у аккумуляторов изготовленных по технологии GEL.
2) GEL (гелевые) аккумуляторы
В гелевых аккумуляторах в качестве сепаратора между свинцовыми пластинами применяется силикагель, которым заливается пространство между пластинами в процессе производства. Силикагель после застывания представляет собой твёрдое вещество с огромным количеством пор, в которых удерживается электролит. Благодаря тому, что силикагель полностью занимает пространство между пластинами, в гелевых аккумуляторных батареях практически невозможно осыпание свинцовых пластин и как следствие, закорачивание и выход из строя. Кроме того, такая конструкция позволила улучшить качественные характеристики гелевых аккумуляторов, а именно, число циклов разряда и устойчивость к глубоким (100%) разрядам. И если их номинальный срок службы не отличается от срока службы аккумуляторных батарей технологии AGM и здесь также существуют модели с 5-и и 10-и летним сроком, то количество циклов типичной гелевой батареи в среднем на 50% выше.
Немаловажной особенностью гелевых аккумуляторов является их устойчивость к глубоким разрядам. В связи с особенностями конструкции, описанными выше, они менее подвержены сульфатации, чем AGM, и могут без ущерба ёмкости оставаться в полностью разряженном состоянии несколько дней.
Из минусов:
— Первым недостатком является их чувствительность к напряжению заряда. Напряжение, подаваемое на гелевый аккумулятор должно быть не больше 14,4 вольта. При превышении этого значения происходит необратимое разрушения желеобразного электролита, если просто сказать – то электролит "тает" и восстановить его будет невозможно;
— Вторым недостатком является чувствительность гелевого электролита к низким температурам. При значительном снижении температуры электролит еще больше застывает, что приводит к снижению его показателей в два и более раз.

2. О сульфатации и причинах появления
Сульфатация — процесс отложения сульфата свинца на пластинах АКБ. Сульфатация пластин происходит, если батарею оставить в разряженном или недоразряженном состоянии до появления на пластинах крупнокристаллического сернокислого свинца. Крупные кристаллы сульфата свинца оказывают влияние на протекание химических реакций внутри батареи, в результате снижается её ёмкость.

Основные причины сульфатации:
1) Недостаточный заряд батареи
Частая частичная подзарядка аккумуляторной батареи, при которой не происходит глубокого перемешивания электролита, ведет, к сульфатации.
2) Хранение батареи в частично или неполностью заряженном состоянии
В этом случае налет сульфата свинца на пластинах твердеет и закрывает поры активной массы. Батарею следует заряжать сразу же после разрядки и никогда не оставлять ее в полностью разряженном состоянии более чем на 24 часа и при температурах ниже 0°С.
3) Недостаточный уровень электролита в банке
Если уровень электролита опускается ниже верха пластин, то обнажённые поверхности подвергаются сульфатации.
4) Добавление кислоты
Если в аккумулятор с сульфатированными пластинами доливать кислоту, процесс сульфатации усиливается.
5) Высокая плотность электролита
В целом, чем выше плотность электролита в аккумуляторе после его зарядки, тем больше вероятность сульфатации и тем труднее ее устранить. Если в батарее имеется элемент, плотность электролита в котором выше средней более чем на 0,015 г/см, вероятность сульфатации пластин в этом элементе возрастает.
6) Высокая температура
При высоких температурах процесс сульфатации ускоряется, особенно если батарея бездействует и частично разряжена.

3. Способы восстановления свинцовых АКБ
Внимание! Все способы взяты из интернета, автор не я, за результат не ручаюсь, делайте всё только на свой страх и риск!

Почему нельзя просто слить и залить новый электролит
При разряде батареи происходит взаимодействие активной массы положительных и отрицательных пластин с электролитом (серной кислотой), в результате чего образуется сульфат свинца и вода. В итоге, плотность электролита падает.
При заряде батареи происходят обратные электрохимические процессы, что приводит к восстановлению на отрицательных электродах чистого свинца и на положительных — диоксида свинца. В результате этих реакций повышается плотность электролита. Это нормальный физический процесс.
Серная кислота не летучая, поэтому в процессе "кипения" без разбрызгивания она вся остаётся внутри аккумулятора, выходит только водород и кислород. При заряде вода испаряется, взамен испарившейся воды мы добавляем дистиллированную воду, в количестве испарившейся.
Если просто залить новый электролит, то в аккумуляторе увеличится количество серы, но кристаллы свинца, связывающие пластины не дадут им полностью работать. К тому же высокая концентрация серы будет способствовать отслоению активной массы на пластинах.

Первый способ, который подойдет в большей мере автомобилистам, не имеющим возможности долго ждать результата, состоит в растворении сульфатов путём промывки специальным составом:
1) Зарядите АКБ на всю доступную ёмкость.
2) Слейте электролит.
3) Промойте внутренние поверхности банок дистиллированной водой 2-3 раза.
4) Залейте аммиачный раствор трилона Б (2% трилона Б + 5% аммиака).
5) Оставьте аккумулятор в таком состоянии на час (об окончании реакции будет свидетельствовать прекращение активного газовыделения).
6) Повторите десульфатацию в случае недостаточной очистки пластин от налета.
7) Промойте батарею дистиллированной водой 2-3 раза.
8) Залейте электролит необходимой плотности.
9) Дозарядите АКБ стандартным способом.

Второй вариант промывки попроще:
1) Слейте электролит.
2) Несколько раз промойте внутренние поверхности батареи горячей водой.
3) Два-три раза промойте пластины с выдержкой в 20 минут очищающим раствором из кипятка и 3 чайных ложек технической (можно пищевой) соды.
4) Снова промойте внутренности пару раз горячей водой.
5) Залейте свежий электролит и заряжайте батарею в течение суток.

Третий способ. Обратная зарядка:
Сварочный аппарат также может помочь при восстановлении АКБ путем обратной зарядки. Полярность следует воспринимать в данном случае с точностью до наоборот: «плюс» источника питания подключается к «минусу» батареи, «минус» — к плюсовой клемме. Напряжение должно составить 20 вольт, сила зарядного тока — 80 Ампер или больше. При вывернутых пробках всех банок подается ток. Аккумулятор должен активно кипеть в течение получаса, после чего электролит следует слить. После промывки АКБ горячей водой можно заливать нормальный электролит и заряжать батарею сутки. Но есть важный нюанс: клеммы теперь изменили полярность, поэтому «плюс» зарядного устройства устанавливается на «минус» аккумулятора, а «минус» идет на бывший «плюс».

Четвёртый способ. Зарядка аккумулятора с последующей разрядкой:
Некоторые современные импульсные стационарные приборы способны одновременно выполнять заряд-разряд батареи, избавляя пластины от сульфатации на начальной стадии. Если зарядное устройство старого образца, то в этом случае автомобильный аккумулятор ставится на подзарядку длительностью не менее 10 ч при силе тока в 10 раз меньше емкости АКБ. Например, для батареи емкостью 75 А/ч устанавливается ток 7,5 А. После окончания процесса аккумулятор необходимо полностью разрядить. Для этого к нему подключается автомобильная лампочка. Как только она потухнет, батарею снова ставят на зарядку.

Пятый способ. Многократная зарядки малым номиналом тока с небольшими временными перерывами между зарядками:
К концу первого и последующих зарядов, напряжение на аккумуляторе постепенно повышается, и он перестает принимать заряд. За время перерыва электродные потенциалы на поверхности и в глубине массы пластин выравниваются, при этом более плотный электролит из пор пластин течет в межэлектродное пространство и снижает напряжение на аккумуляторе во время временных перерывов. Во время циклического заряда, по мере набора аккумулятором ёмкости, плотность электролита начинает повышается. Когда плотность станет нормальной, а напряжение на одной секции достигнет 2,5-2,7В, заряд прекращают. Повторяют этот цикл 5-8 раз. Зарядный ток в десять раз меньше ёмкости аккумулятора.

Шестой способ. Восстановление свинцового аккумулятора с подачей высокого напряжения:
Чтобы восстановить аккумулятор, который потерял ёмкость — растворить сульфаты (дисульфатировать) — нужно просто подать на него высокое напряжение и долго его так держать. Однако, с повышением напряжения, также и увеличивается интенсивность газовыделения. Поэтому, нам нужно делать паузы, для успокоения аккумулятора (не забудьте выкрутить крышки).
Берём аккумулятор, потерявший ёмкость из-за сульфатации. Наливаем в него воды, если он выкипел, но не много, примерно столько кубических сантиметров, сколько по паспорту ампер-часов. А то может и меньше. Подключаем его, через реле времени к источнику тока, которое на 13 минут подключает аккумулятор к источнику и отключает на 13 минут. Сначала подаём 14,3-14,4 вольта, делаем полных 2 цикла. Держим под напряжением, после того, как оно достигнет настроенной величины, на аккумуляторе, в данном случае 14,3-14,4 вольта, сутки. После, чего повышаем напряжение до 14,5-14,6 в, также делаем два цикла. После чего повышаем напряжение до 14,8 В, и делаем столько циклов, пока при контрольном разряде, не обнаружите резкое сокращение прибавки ёмкости. Циклы нужны, не только для слежения, на сколько ёмкость добавляется, но и для того, чтобы электролит перемешивался, с вновь возникшей кислоте, из сульфата свинца. После того, как восстановили аккумулятор, доливаем воды, до тех пор, пока не увидите, что вода перестала впитываться, внимательно следите, чтобы не перелить. После чего, пару циклов для перемешки электролита нужно сделать, но заряжать большим напряжением не нужно.

Седьмой способ. Ещё один способ (автор уверяет в 100% результате):
Подаём 14,7 — 15 Вольт (ограничиваем ток до 1,5 ампера, если аккумулятор 10-15 ач) на потерявший ёмкость аккумулятор, и так оставляем на 12-15 часов. Батарея будет кипеть, но не пугаться, так и должно быть.
После этого, немного разряжаем, например, подключаем лампочку, чтобы электролит перемешался.
Дальше ставим на зарядку также как и первый раз: подаём 14,7-15 Вольт (напряжение просядет, но оно не должно превышать 14,7-15 Вольт, когда аккумулятор зарядится, то есть ограничить 14,7-15 В), и так оставляем еще на 12-15 часов.
После этого, отключаем стабилизатор напряжения, и даём отстояться аккумулятору где-то сутки, после чего делаем замер напряжения, который должен быть в районе 13,0-13,2 вольт при +20 градусах.
Если напряжение менее этой величины, повторяем циклы восстановления до тех пор, пока напряжение не поднимется, до указанных цифр.
Если напряжение на аккумуляторе не достигает 13,0 В, а где-то в районе 12,7 В, это тоже может быть не плохо, для слабой плотности электролита это нормальное напряжение. Если же напряжение не достигло и 10 вольт, этот аккумулятор сломан механически: замкнули пластины, обсыпались пластины и т.д. Такому аккумулятору дорога только на металлолом.
Лучше, конечно, делать контрольный разряд после каждого цикла восстановления, чтобы нам иметь представление о добавлении или не добавлении ёмкости. Для этого находим лампочку с такой нагрузкой, чтобы аккумулятор разрядился за 4-5 часов, чтоб нам много не ждать и замеряем время разряда, но учтите, напряжение батареи нельзя допустить ниже 10,5 В при разряде.

Восьмой способ. Если аккумулятор потерял всю ёмкость (когда напряжение менее 10В)
Подключаем восстанавливаемый аккумулятор к стабилизированному источнику напряжения на котором должно быть настроено 15 в (ток ограничен до 1/10 от ёмкости аккумулятора). И ждать часов 15. В это время посматривать время от времени, в какое-то время аккумулятор начнёт медленный приём тока, а напряжение будет падать в этот момент, потом ток увеличится до максимального а напряжение упадёт до низшей точки (обычно это около 12,4 в), после этого момента ждём 15 часов, чтобы аккумулятор зарядился. Потом восстанавливаем аккумулятор как частично потерявший ёмкость (см. выше).
Бывают такие случаи, когда аккумулятор не начинает принимать ток и после 15 часов. Тогда следует увеличить напряжения до 20 вольт, я добавлял и больше, немного посидеть несколько минут и посмотреть по току, может пойти сразу.
Если ток сразу не пошёл, тогда нужно почаще посматривать, главное не пропустить тот момент, когда аккумулятор зарядится, чтобы напряжение на нём не превысило 15 В, то-есть нам нужно ограничить напряжение как можно быстрее до зарядки.
Да, ещё очень важное замечание, не останавливайте процесс восстановления на пол пути, обязательно закончите цикл.

В случае КЗ в одной из банок:
Первый способ. Восстановление аккумулятора кратковременным импульсом тока большой величины
Иногда случается так, что вследствие каких-либо причин, пластины одной из банок аккумулятора каким-либо образом замкнулись и их заряд становится невозможным.
Логично предположить, что причину замыкания можно устранить путём выжигания проблемного участка. Для этого аккумулятор подключают к источнику очень сильного тока, не менее 100 ампер, например, сварочный аппарат, с выпрямительным диодом на выходе. Цепь замыкается на 1-2 секунды, за это время причина замыкания должна испариться из-за сильного перегрева.

Второй способ. Путь замыкания клемм аккумулятора
Внимание: Аккумулятор может взорваться!
1) Заряжаем аккумулятор.
2) Выкручиваем пробки.
3) Продуваем все банки аккумулятора от смеси водорода с воздухом.
4) Прогоняем всех любопытных.
5) Берём через тряпку( чтобы не обжечься) провод потолще — квадратов на 16мм2 или более.
6) Прячем фейс за угол и на пару секунд коротим клеммы аккумулятора — лишние перемычки внутри банок должны/могут (как повезёт) выгореть.
7) Опять продуваем банки и если нужно повторяем операцию.

Мои результаты
Для повышения плотности я выбрал наиболее простой и лёгкий способ путём поднятия плотности методом многократной зарядкой на малом токе. Выбор на данный способ пал так как: а) этот способ наиболее простой; б) аккумулятор необслуживаемый — в нём нет отверстия для слива электролита; в) зарядник у меня автоматический, что не даёт мне выбирать силу тока нужной величины, кроме допустимой; г) брат просил этот акум на рабочую машину, что укоротило моё время для экспериментов)))
А так как на улице зима, на балконе минус, (зарядку нужно проводить в тёплом помещении), гараж также неэлектрофицирован и неотапливается, зарядку я проводил в коридоре квартиры лишь дважды, т.к. дышать кислотами особо не хотелось.
После того, как я полностью зарядил акум и обнаружил недостаточную плотность, я поставил акум снова на зарядку, током в количестве 0.5 — 0.3А. Так он простоял около 12 часов. За это время плотность немного выравнялась и повысилась примерно на 0.1 — 0.2г/см3. Желая ускорить процесс, я решил пойти на хитрость путём добавления готового электролита с плотностью 1.27г/см3 (что конечно же делать нельзя). Купив литр электролита за 70р, с помощью ареометра откачал одинаковое количество электролита из банок и заливал столько же нового. Уровняв плотность и уровень на более-менее одинаковый, мои значения плотности в банках стали таковы:
1б. — 1.23г/см3,
2б. — 1.23г/см3,
3б. — 1.23г/см3,
4б. — 1.24г/см3,
5б. — 1.24г/см3,
6б. — 1.24г/см3.
До желаемого значения в 1.27 ещё не дотягивало, поэтому я поставил его снова на зарядку на все 24 часа на ток в 0.5 — 0.25А. Постояв столько, плотность повысилась до значений 1.25 — 1.26г/см3. Более на зарядку я не ставил. Хоть и достичь полностью желаемого результата мне и не удалось, этот аккумулятор ещё можно использовать. Его испытания пройдут уже на рабочей шестёрке брата, но как минимум в тепле заряд он должен будет держать. Что ж, посмотрим, сколько он продержится. Надеюсь, данная инфа кому-нибудь да пригодится)
Дополнение: акум продержался лето, но с наступлением холодов опять сел. После этого я его зарядил на полную и убрал в дальний угол. Спустя 10 месяцев его напряжение без нагрузки = 12.4В, под нагрузкой = 10.9В; плотность всё такая же неудовлетворительная. В будущем возможно проведу ещё пару экспериментов, но скорее всего просто сдам в металлолом)

Аккумуляторная батарея (АКБ) автомобиля

Видео: Как устроен аккумулятор? Типы аккумуляторов (АКБ). В чём разница и как правильно заряжать? Как обслужить аккумулятор? Какой АКБ лучше? Секреты выбора аккумулятора для автомобиля. Правильная зарядка аккумулятора. Как проверить АКБ (аккумулятор) без нагрузочной вилки?

Аккумуляторная батарея состоит из нескольких (из трех или шести) одинаковых по своему устройству аккумуляторов, соединенных между собой последовательно.

Простейший аккумулятор представляет собой два электрода — свинцовые пластины, опущенные в электролит (раствор серной кислоты и воды). В результате действия электролита на поверхности обеих пластин появляется налет кристаллического сернокислого свинца, а плотность электролита, т. е. содержание в нем серной кислоты, уменьшается.

Обязательным условием работы аккумулятора является зарядка, т. е. пропускание через него электрического тока. При зарядке происходит химическая реакция, приводящая к увеличению плотности электролита и изменению состава поверхностного слоя пластин. Пластина, соединенная с положительным полюсом генератора, покрывается слоем перекиси свинца, а пластина, соединенная с отрицательным полюсом, — чистым губчатым свинцом.

Если заряженный таким образом аккумулятор соединить, например, с электрической лампочкой, то она загорится. Произойдет разрядка аккумулятора, в результате которой выделится электрическая энергия и произойдут обратные химические превращения пластин и электролита. При этом плотность электролита уменьшится, а пластины снова покроются налетам сернокислого свинца. Количество запасенной аккумулятором электрической энергии зависит в основном от количества участвующих в химических превращениях соединений свинца, т. е. от количества активной массы пластин. Чем больше активной массы на пластинах аккумулятора, тем больше электрической энергии он может накопить при зарядке.

Аккумулятор состоит из бака 1 с электролитом, положительных 11 и отрицательных 12 пластин, отделенных одна от другой изоляционными пластинами — сепараторами 10.

Сечение бака прямоугольной формы. Бак изготовляется из кислотостойкой пластмассы или эбонита и имеет на дне ребра 13, на которые опираются пластины.

Рис. Устройство аккумуляторной батареи: 1 — бак; 2 — межэлементное соединение; 3 — пробка; 4 — заливное отверстие; 5 — крышка аккумулятора; 6 — заливочная мастика; 7 — штырь; 8 — мостик баретки; 9 — предохранительный щиток; 10 — сепаратор; 11 — положительная пластина; 12 — отрицательная пластина; 13 — ребра

Пластины, как отрицательные, так и положительные, отливаются из свинца и делаются решетчатыми, чтобы в них поместилось больше активной массы. Для прочности решеток в свинец добавляется немного сурьмы. Решетки пластин заполняются активной массой, состоящей в основном из соединений свинца.

Количество запасаемой (и отдаваемой при разрядке) аккумулятором электрической энергии зависит не только от количества активной массы, «о и от размера ее поверхности, соприкасающейся с электролитом. Чтобы увеличить эту поверхность, в аккумуляторе устанавливается по нескольку одноименных пластин, соединенных в полублоки: полублок отрицательных пластин и полублок положительных пластин. Каждый из этих полублоков имеет свою выгодную клемму — штырь 7.

При сборке полублоков в один блок положительные пластины вставляются между отрицательными, а между пластинами помещаются сепараторы.

Сепараторы изготовляются из специально обработанного дерева, микропористой пластмассы или из стекловолокна. Они предупреждают короткое замыкание пластин и в то же время свободно пропускают через себя электролит.

Отрицательных пластин в блоке всегда на одну больше, чем положительных. Это делается для того, чтобы лучше использовать площадь положительных пластин и предохранить их от разрушения. Собранный блок пластин вставляется в бак.

Аккумулятор закрывается сверху крышкой 5, имеющей два отверстия для штырей 7 — положительного и отрицательного — и одно отверстие 4 с резьбой для пробки аккумулятора. Через это отверстие заливается электролит и контролируется его уровень. В пробке 3 имеется вентиляционное отверстие, сообщающее полость аккумулятора с атмосферой, что необходимо для выхода газов, выделяющихся при химических реакциях. В некоторых батареях для этой цели служат специальные отверстия в крышках.

Аккумуляторы при помощи межэлементных соединений 2 (свинцовых пластин) соединяются в батарею. После сборки батареи края крышек аккумуляторов заливаются специальной кислотостойкой мастикой 6.

В качестве электролита для свинцовых аккумуляторных батарей используется раствор химически чистой серной кислоты и дистиллированной воды. Соотношение кислоты и воды в электролите определяется после зарядки по его плотности с помощью ареометра. После зарядки плотность электролита должна соответствовать климатическим условиям эксплуатации автомобиля: в северных районах плотность электролита должна быть выше, в южных — ниже.

Плотность вещества есть величина, измеряемая массой вещества в единице объема. Численно она совпадает с удельным весом.

Так, для южных районов плотность электролита независимо от времени года должна быть 1,25, для центральных — 1,27, для северных — 1,29. Для районов с резко континентальным климатом плотность электролита зимой должна быть 1,31 и летом 1,27.

Состояние заряженности исправной аккумуляторной батареи и плотность ее электролита связаны между собой определенной зависимостью, что позволяет по плотности электролита судить о состоянии аккумуляторов батареи.

Степень заряженности аккумуляторов батареи проверяется также при помощи нагрузочной вилки. Если вольтметр нагрузочной вилки показывает 1,7 в без снижения напряжения в течение 5 сек, то аккумулятор исправен и полностью заряжен. Если напряжение аккумулятора под нагрузкой меньше 1,5 в, то он разряжен.

Таблица. Плотность электролита и степень разряженности аккумуляторной батареи

Климатические районы	Нормальная плотность электролита	Предельно допустимая плотность при разрядке
Климатические районы	Нормальная плотность электролита	на 25% (зимой)	на 50% (летом)
Северные	1,29	1,25	1,21
Центральные	1,27	1,23	1,19
Южные	1,25	1,21	1,17

Быстрое падение напряжения аккумулятора под нагрузкой свидетельствует о неисправности аккумулятора. Держать нагрузочную вилку включенной свыше 5 сек нельзя: аккумулятор быстро разрядится.

Исправный и заряженный свинцовый аккумулятор независимо от количества в нем пластин дает ток напряжением 2 в.

Для получения большего напряжения аккумуляторы соединяются последовательно: батарея из трех аккумуляторов имеет напряжение 6 в, из шести — 12 в. Часто вместо одной 12-вольтовой батареи на автомобиле устанавливаются две 6-вольтовые. Соединяются батареи в этом случае последовательно.

Рис. Специальная пробка аккумулятора: 1 — предохранительный диск; 2 — центральная трубка; 3 — вентиляционное отверстие; 4 — резиновая шайба; 5 — корпус пробки

Количество электричества, отдаваемое полностью заряженной аккумуляторной батареей при разрядке ее током определенной силы до предельно допустимого напряжения, называется емкостью аккумуляторной батареи. Емкость измеряется в ампер-часах.

Аккумуляторные батареи маркируются условными обозначениями, наносимыми на межэлементные соединения. Так, например, маркировка 3-СТ-70-ПМ означает следующее: первая цифра «3» — количество последовательно соединенных в батарее аккумуляторов, буквы «СТ» — что это батарея стартериого типа. Цифра «70» обозначает емкость аккумуляторной батареи, которая равна 70 ампер-часам. Буква «П» указывает на материал, из которого изготовлен бак; в данном случае из асфальтопековой массы с кислотостойкими вставками. Если вместо буквы «П» стоит буква «Э», значит бак эбонитовый; если «В» — бак из асфальтопековой массы, но без кислотостойких вставок. Наконец, последняя буква характеризует материал сепараторов: «Д» — деревянные, «М» — мипор, мипласт или различные комбинированные пластмассовые материалы.

Для обеспечения работоспособности аккумуляторной батареи при полном погружении ее в воду, что необходимо для автомобилей Урал-375 и других специальных автомобилей, способных преодолевать броды большой глубины, применяют специальные пробки, которые ввинчиваются в отверстия крышек аккумуляторов взамен стандартных пробок.

В обычных условиях специальная пробка через отверстие 3, вырезы в предохранительном диске 1 и канал центральной трубки 2 сообщает полость аккумулятора с атмосферой, что необходимо для выхода газов, выделяющихся при работе аккумулятора.

При погружении аккумуляторной батареи в воду вода, проникая через отверстие. 3 внутрь пробки, несколько поджимает воздух, находящийся в полостях пробки и аккумулятора. Противодействие давления поджатого воздуха предотвращает дальнейшее поступление воды в полость специальной пробки и, следовательно, в полость аккумулятора. Высота центральной трубки подобрана с таким расчетом, чтобы обеспечить нормальную работу аккумуляторной батареи при практически любой глубине преодолеваемого брода.

Разновидности свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

Статья является составной частью «Руководства покупателя аккумуляторных батарей для систем автономного и резервного электроснабжения«

©При цитировании ссылка на эту страницу и на «Ваш Солнечный Дом» обязательна

Все статьи про аккумуляторы на нашем сайте собраны на странице Путеводитель по аккумулированию.

В статье есть много гиперссылок на ключевых словах. Переходите по ним для более подробной информации.

Общая информация

1 Общая информация

2 Основные типы свинцово-кислотных аккумуляторов

2.1 Аккумуляторные батареи с технологией AGM

2.2 Гелевые аккумуляторные батареи

2.2.1 Плюсы гелевых аккумуляторов

2.4.1 Ограничения карбоновых батарей
2.4.2 Применение карбоновых аккумуляторов

3.1 Сравнение AGM, OPzV и OPzS аккумуляторов*

4.1 Безопасная эксплуатация
4.2 Режимы циклирования
4.3 Наши рекомендации по применению

Серийный выпуск и массовая эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторных батарей были начаты еще в конце 19 века. В начале 20 века они начали широко применяться в автомобилях, развивая далее сферу своего применения, легко перешагнули рубеж тысячелетия и до сих пор продолжают оставаться надежными, долговечными, не требующими высоких эксплуатационных затрат и относительно дешевыми источниками энергии.

Аккумулятор — это химический источник тока, способный многократно преобразовывать химическую энергию в электрическую и аккумулировать, запасать ее на длительное время. Упрощенно аккумулятор можно представить следующим образом: два электрода, в виде пластин, помещены в раствор серной кислоты с плотностью 1,27-1,29 г/см 3 . При этом положительный электрод выполнен из двуокиси свинца (PbO₂), а отрицательный из свинца (Pb). При прохождении тока между ними протекают окислительно-восстановительные реакции.

obshiy vid типы свинцово-кислотных аккумуляторов

При разряде происходит химическая реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет изменять свой химический состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат свинца — PbSO₄), а плотность электролита начнет падать. В результате внутри батареи образуется направленное движение ионов и в цепи потечет электрический ток. При заряде аккумулятора происходит обратный процесс — направление тока меняется на противоположное, активные массы восстанавливают свой первоначальный химический состав, а плотность электролита растет. Процесс этот, называемый циклом, может быть многократным. Количество запасаемой при этом электрической энергии зависит от площади активного взаимодействия электродов и электролита и его объема. Номинальное напряжение, вырабатываемое таким аккумулятором, составляет 2 вольта. Для получения большего значения напряжения одиночные аккумуляторы соединяют последовательно. Например: 12-ти вольтовый аккумулятор состоит из шести аккумуляторов, последовательно соединенных в общем корпусе .

По конструкции свинцово-кислотные аккумуляторы бывают обслуживаемые и необслуживаемые. Обслуживаемые требуют в процессе эксплуатации определенного ухода (контроля уровня и плотности электролита). Необслуживаемые — являются герметичными (точнее, герметизированными), работают в любом положении и не требуют ухода.

В международной интерпретации принято обозначение в виде SEALED LEAD ACID BATTERY (герметичная свинцово-кислотная батарея) или сокращенно SLA, а также VRLA — Valve Regulated Lead Acid (свинцово-кислотные с регулируемым клапаном) батареи, имеющие сернокислый электролит в виде геля или связанная в стекловолокне (AGM). Такие аккумуляторные батареи имеют более высокие электрические и эксплуатационные параметры.
Применение такие батареи находят в качестве резервных источников в системах сигнализации и охраны и медицинском оборудовании. Однако самое широкое применение они имеют в источниках бесперебойного питания (ИБП), а также в системах автономного электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии.

Основные типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Есть следующие основные типы свинцовых аккумуляторных батарей, которые можно применять в системах автономного электроснабжения:

тяговые — предназначены для цикличных режимов. Более подходят для автономных систем энергоснабжения). Но и значительно дороже стартерных и гелевых АБ , обычно имеют жидкий электролит, требуют обслуживания и вентилируемого помещения для эксплуатации. Есть еще специальные «солнечные» — специально разработаны для «тяжелых» цикличных режимов. Лучше всего работают заливные батареи с намазными пластинами (серия OPzS).
Эти батареи спроектированы специально для использования в системах автономного электроснабжения. «Солнечные » батареи в России пока не очень распространены, фирмы их возят на заказ до 3 месяцев, и стоят они гораздо дороже.
Имеют пониженное газовыделение. Допускают много циклов заряд-разряда до 60% от номинальной емкости без повреждения и значительного сокращения срока службы.
Есть и вариант с герметичным исполнением — серия OPzV. Эти аккумуляторы имеют трубчатые электроды намазного типа и гелевый электролит. В последнее время появились китайские аккумуляторы такого типа, цена их значительно меньше европейских и американских. Такие аккумуляторы выпускаются как отдельные банки напряжением 2 В емкостью от 200 Ач и выше. Есть также и батареи напряжением 6 и 12 В емкостью до 260 А*ч. По цене цикла аккумуляторы OPzV являются самыми оптимальными, цена цикла дешевле, чем у гелевых и тяговых аккумуляторов, они не требуют обслуживания и замена нужна гораздо реже (что тоже снижает стоимость эксплуатационных расходов).
Новый тип герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов для систем электроснабжения — карбоновые (см. ниже).

Ниже приведена более подробная информация по герметизированным аккумуляторам.

Аккумуляторные батареи с технологией AGM

11 51 типы свинцово-кислотных аккумуляторов

AGM батареи — герметичные, необслуживаемые, не требуют вентилируемого помещения для установки. Батареи AGM прекрасно работают в буферном режиме, т.е. в режиме подзарядки. В таком режиме служат до 10-12 лет (батареи напряжением 12В) или даже до 18 лет (батареи напряжением 2В). Если же их использовать в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать на хотя бы 30%-40% от емкости), то их срок службы сокращается. Смотрите замечания по определению срока службы аккумуляторов.

AGM аккумуляторы обычно используются в резервных системах электроснабжения, т.е. там, где батареи в основном находятся на подзаряде, и иногда, во время перебоев в электроснабжении, отдают запасенную энергию.

Тем не менее, в последнее время появились AGM батареи, которые рассчитаны на более глубокие разряды и цикличные режимы работы. Конечно, они не «дотягивают» до гелевых, но работают удовлетворительно и с автономных системах электроснабжения, в т.ч. и солнечных. Смотрите более подробно о таких аккумуляторах. AGM аккумуляторы обычно имеют максимальный разрешенный ток заряда 0,3С, и конечное напряжение заряда 14,8-15В. Для их заряда лучше применять специальные зарядные устройства для герметизированных аккумуляторов.

Гелевые аккумуляторные батареи

akkumulyatory gel dostoinstva типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Гелевые аккумуляторные батареи имеют ряд преимуществ по сравнению с аккумуляторами с технологией AGM при сохранении всех их достоинств — герметичности, необслуживаемости, практическом отсутствии вредных газовыделений при работе, большой срок службы.

Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.

Гелевые аккумуляторы имеют примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM аккумуляторы. Также, они менее болезненно переносят глубокий разряд. Одним из основных преимуществ гелевых аккумуляторов перед AGM является существенно меньшая потеря емкости при понижении температуры аккумулятора. К недостаткам можно отнести необходимость строгого соблюдения режимов заряда.

Поэтому гелевые аккумуляторы рекомендуется применять там, где требуется обеспечить долгий срок службы при более глубоких режимах разряда, а также, если температура аккумуляторов опускается ниже 5 градусов Цельсия.

Плюсы гелевых аккумуляторов

Плюсов этой технологии действительно много:

Абсолютно необслуживаемая технология — не нужно туда лезть, там и без вас хорошо.
Гель между пластинами, который держит электролит, является диэлектриком, и защитой от осыпания электродов.
Нет испарения электролита, он всегда находится в геле – газ рекомбинируется обратно внутрь. Поэтому можно применять дома в системах альтернативного энергоснабжения, ведь водород и кислород не улетучиваются.
Может дать большие токи запуска – зимой авто запускается практически всегда.
Увеличенный срок службы – если сравнить с обычной стартерной АКБ , то разница может достигать трех раз. Обычный работает в среднем 2-3 года, гелевый 6 – 10 лет.

Модификация гелевых аккумуляторов — герметичные аккумуляторы с трубчатыми электродами типа OPzV. Они имеют намного лучшие показатели по сравнению с другими видами свинцово-кислотных аккумуляторов. Подробно эти аккумуляторы рассматриваются здесь.

Гибридные AGM-гель аккумуляторы

Успех гелевых аккумуляторов, а также стремление производителей иметь преимущества гелевых аккумуляторов при цене AGM аккумуляторов привело к созданию гибридных AGM-гель аккумуляторов. В этих аккумуляторах действительно присутствует гель, но он намного более жидкий и мелкодисперсный, и не может самостоятельно держать форму. Поэтому в таких аккумуляторах применяется AGM сепаратор. По характеристикам такие аккумуляторы оказываются ближе к AGM аккумуляторам — как по сроку службы в циклах и годах, так и по устойчивости к глубоким разрядам.

Но наличие электролите в виде геля позволило производителям и продавцам называть такие аккумуляторы «гелевыми». На многих таких аккумуляторах просто написано «Гелевые» или «Gel». Цена таких аккумуляторов намного дешевле, чем настоящих гелевых. Неосведомленный покупатель, наслышанный о преимуществах гелевых аккумуляторов, покупает такие гибридные аккумуляторы из-за существенно более низкой цены.

К сожалению, на российском рынке в последнее время практически все аккумуляторы, называемые «гелевыми», в реальности являются гибридными AGM-гелевыми, с соответствующими характеристиками. Такие аккумуляторы продаются под брендами Delta (тип Gel, GX, Solar), MNB-Battery (тип MNG), Корд, Восток, Вектор и многими другими. В линейке аккумуляторов Prosolar гибридные аккумуляторы имеют суффикс AG в названии модели.

Карбоновые аккумуляторы

Электролит: в карбоновых батареях используют коллоидный электролит (добавление SiO2 (гель) в электролит в небольшом количестве).

Существует уже два поколения карбоновых батарей. В первом поколении углерод добавлялся только в свинец при производстве отрицательной решетки. Кроме углерода в сплав добавляется олово и кальций. Решетка получается с высокой проводимостью, прочностью, коррозионностойкостью. . Перемешивание С(углерода) и Pb(свинца) происходит химическим и физическим способом для выравнивания размеров и плотности С и Pb. Добавление углерода в состав активной массы резко снижает процесс сульфатации пластин.

Во втором поколении углерод добавляют в активную массу отрицательной пластины, как и в саму решетку.

Разница между первым и вторым поколением: 1е поколение нельзя разряжать большими токами, но можно полностью заряжать. 2е поколение можно разряжать большими токами, но не рекомендуется полностью заряжать.

Заряжать карбоновые батареи рекомендуется до 90-100% (PSOC). Разряжать до 30% от номинала. Желательно не разряжать до 100% от номинальной ёмкости. В идеале работа батареи должна быть следующим образом: разряд со 100% от номинальной ёмкости до 30% от номинальной ёмкости, затем заряд до 90% от номинальной ёмкости, затем разряд до 30% от номинальной ёмкости и так далее. DOD (глубина разряда) обычно 60% от номинальной ёмкости. В этом режиме 4800 циклов заряд-разряд. Если снимать 80% от номинальной ёмкости, то 3800 циклов заряд-разряд.

Коллоидный электролит полимерного состава позволяет сбалансировать пропорцию электролита с сепаратором AGM, устранить явление расслоения, улучшить теплопроводность и ионную проводимость батареи и избежать риска терморазгона.

Инженеры компании Hitachi (CSB battery) утверждают, что их карбоновые батареи могут совершать 2400 циклов полного разряда аккумулятора. У литиевых батарей количество циклов примерно 3000. Обратите внимание, что количество циклов карбоновых батарей соответствует количеству циклов литиевых аккумуляторов.

Рассмотрим плюсы карбоновых батарей, которые заявляют их производители:

Долгая эксплуатация батареи. Обычные аккумуляторные батареи в среднем рассчитаны примерно на 500 циклов при 50% глубине разряда. Это два – три года работы в циклическом режиме. Есть дорогие модели, с добавлением различных примесей в состав пластин, что увеличивает циклический ресурс. Но карбон превосходит и их. До 2000 циклов потерь емкости практически нет. Примерно на 3000 потери составляют около 50%. Ну и на 5000 циклов – емкость будет примерно 30%. Получается, что карбоновый аккумулятор работает не 2 года, а 8 без потерь, и даже через 12 лет остается во вполне работоспособном состоянии. Срок службы в режиме буфера может достигать 20 лет. Это выгодно удобно и экономично. Естественно, за эти годы его стоимость окупится не один раз.
Карбоновые батареи быстрее заряжаются, а значит не нужно тратить время и ждать. Это особенно актуально, если используете аккумулятор для складского транспорта и техники на электрической тяге, или заряжаете аккумуляторы от генератора. Заявляется супер-быстрая зарядка: от 0% до 90% SoC менее чем за 1,5 часа
Возможность заряжать повышенными токами — до 30% от емкости аккумуляторной батареи. Этот показатель аналогичен такому для AGM аккумуляторов.
Увеличенный срок службы в буферном режиме благодаря низкому току поддерживающего заряда.

Ограничения карбоновых батарей

К недостаткам новой технологии можно отнести, то что они хуже держат емкость при высокой токоотдаче. Например, не рекомендуется использовать карбоновые аккумуляторы как стартовые или для лебедок. Нужно помнить, что они разрабатывались как тяговые для равномерной отдачи электричества на всем этапе разряда. При высокой токоотдаче их емкость падает не равномерно! Таким образом, если устройство потребляет большие токи за короткий промежуток времени, лучше применить традиционную AGM/Gel батарею.

Применение карбоновых аккумуляторов

Карбоновые батареи надо использовать в устройствах, где нужна повышенная цикличность. Карбоновые батареи идеально подходят для систем альтернативной энергетики. Они легко и быстро заряжаются, отлично держат заряд и выдают стабильное напряжение. Поэтому, если решили собрать энергосистему на ветрогенераторах или солнечных батареях для личного пользования или под зеленый тариф – это то, что нужно. Также благодаря «длительности жизни» в буферном режиме их можно рекомендовать для систем резервного питания в телекоммуникационной сфере: серверные шкафы, ЦОД и офисы.

Кроме этого, карбоновые аккумуляторы будут востребованы для применения в гольф-карах, инвалидных колясках и подобных устройствах.

Совсем не рекомендуется их устанавливать в ИБП (UPS ).

Какой тип аккумулятора выбрать — AGM, гелевый или с жидким электролитом?

Определяющими факторами при выборе аккумуляторных батарей для вашей системы являются цена, условия, при которых будет работать батарея (температура, условия обслуживания, наличие специального помещения и т.п.), а также ожидаемый срок службы аккумуляторной батареи.

Применение автомобильных стартерных батарей в системах электроснабжения может быть оправдано только в низко-бюджетных системах, которые будут под пристальным контролем обслуживающего персонала (необходимо следить за уровнем и плотностью электролита, регулярно проводить выравнивающий заряд АБ , и т.п.). Необходимо также помнить, что для эксплуатации такого типа батарей необходимо отдельное, хорошо вентилируемое помещение.

Сравнение AGM, OPzV и OPzS аккумуляторов*

N	Параметр	AGM	Гелевые трубчатые OPzV	Трубчатые с жидким электролитом OPzS
1	Газовыделение	Нет газовыделения, может быть установлена в любом месте	Нет газовыделения, может быть установлена в любом месте	Высокое газовыделение, нужно отдельное помещение с вытяжной вентилляцией для размещения батарей
2	Обслуживание электролита	Нет	Нет	Требуется часто
3	Уровень зарядного тока	высокий	средний	низкий
4	Требования к размещению	малый размер элемента, малые занимаемые площади	малый размер элемента, малые занимаемые площади	большой размер элемента, большие занимаемые площади
5	Установка	обычно горизонтально или вертикально	горизонтально или вертикально	только вертикально. Установка друг над другом обычно невозможна для больших батарей
6	Транспортировка	Может транспортироваться в заряженном состоянии	Может транспортироваться в заряженном состоянии	Транспортировка только разряженными и без электролита
7	Саморазряд и восстановление	50% саморазряд за 6 месяцев. Легкое восстановление	50% саморазряд за 6 месяцев. Легкое восстановление	Очень высокий саморазряд. Восстановить трудно
8	Срок службы (при 80% глубине разряда), циклов	500	более 1200	теоретически до 1500
9	Срок хранения при подзаряде	средний	большой	большой
10	Работа при высокой температуре	удовлетворительно, рекомендуется 20±5°С. Более высокие температуры резко снижают срок службы	Хорошо, особенно в полевых условиях	Хорошо, но требуется обслуживание
11	Работа при низкой температуре	удовлетворительно, обычно температура не должна быть ниже -15°С	хорошо, до -25°С	плохо, обычно до -5°С
12	Стратификация (разделение плотности электролита по высоте)	пренебрежимо мала, не требуется выравнивающий заряд	пренебрежимо мала, не требуется выравнивающий заряд	заметная, требуется частый выравнивающий заряд для ее предотвращения
13	Емкость при очень малых токах разряда	хорошо	очень хорошо	удовлетворительно
14	Восстановление после глубокого разряда	удовлетворительно	хорошо	плохо, сильная сульфатация препятствует восстановлению
15	Скорость заряда	Отлично, 6-8 часов для 90% восстановления	Удовлетворительно, 8-10 часов для 90% восстановления	Плохо, 12-15 часов для 90% восстановления
16	Работа при недоразряде	удовлетворительно	хорошо	плохо
17	Влияние перезаряда	плохо, выводит из строя батарею (тепловой пробой)	хорошо	хорошо
18	Работа при недозаряде	удовлетворительно, приводит к сокращению срока службы	хорошо	плохо
19	Тепловой пробой	возможен, хотя и редко	невозможен	не наблюдался
20	Цена	средняя	высокая	низкая

*Источник: IBT Innovative Battery Technology