Техническое руководство SLA AGM аккумуляторов BOSSMAN

komp7-bossman

Оглавление

      1. Общие положения 
             Типы, технологии и назначение аккумуляторов
             Описание технологии SLA AGM
             Свойства батарей
             Сферы применения
      2. Зарядка
             Зарядка после глубокого разряда
             
        Ограничение зарядного тока 
             Температурная компенсация
      3. Разрядные характеристики
             
        Разрядные характеристики при различных скоростях разряда
             Конечное напряжение при разряде
             
        Температурный эффект
         
            Изменения внутреннего сопротивления
      4. Хранение
             
        Саморазряд
           
          Срок хранения
          
           Остаточная емкость
             Дополнительная подзарядка
      5. Срок службы
             Количество циклов
             Срок службы в буферном режиме


1. Общие положения
1.1. Типы, технологии и назначение аккумуляторов

В данном описании мы рассмотрим типы свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, которые до сих пор остаются самыми распространенными, надежными, долговечными и не требующими высоких эксплуатационных затрат, источниками тока. Ни одни из новых технологий аккумуляторов (литий - ионные, литий-полимерные, щелочные и др.) пока не выдерживают конкуренции с кислотными по цене и/или КПД. Свинцево-кислотные аккумуляторы на данный момент являются самой экономически выгодной и надежной технологией, по этому и используются они во всех сферах применения.
Свинцево-кислотные аккумуляторы можно разделить на четыри основных группы; стартерные, стационарные, тяговые и портативные. Также свинцево кислотные аккумуляторы имеют несколько технологий изготовления, которые по техническим характеристикам, подходят для той или иной сферы приминения.

Свинцево-кислотные  - наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторных батарей. Данная технология является классической и считается первым поколением свинцово-кислотных аккумуляторов. Основными областями применения данной технологии является запуск двигателя внутреннего сгорания (автомобильный транспорт) и энергообеспечения устройств машин. Такие аккумуляторы относятся к группе стартерных. К сожалению стартерные аккумуляторы на сегодняшний день являются самыми слабыми и недолговечными аккумуляторами. Требования к ним небольшие, поэтому они изготавливаются по самой простейшей технологии. Разделяются они по типам: обслуживаемые - которые требуют проверки уровня электролита и доливки дистиллированной воды, обычно раз в год. Выдерживают порядка 100 циклов разрядов на 80%. Необслуживаемые - являются герметизированными, и в случае перезаряда большими токами или напряжениями, если вода испаряется через предохранительный клапан, долить её нельзя и АКБ выбрасываются. Цикличность герметизированных автомобильных – около 200.

Свинцево-кислотные гелевые – кислотные герметизированные аккумуляторы (VRLA), в которых электролит загущён с помощью селикогеля. Выдерживают примерно 350 – 450 циклов разрядов на 80%. Более чувствительны к перезарядам. Необходимо обеспечить точное соответствие зарядных токов и напряжений паспортным (для них напряжение конца заряда обычно ниже, чем у других АКБ).

Свинцево-кислотные герметичные – кислотные герметизированные аккумуляторы, в которых электролит адсорбирован стекломатами. Выдерживают примерно 300 – 500 циклов разрядов на 80%. В батареях используются более дорогие материалы с особыми свойствами: электроды изготавливаются из особо чистого свинца.

Панцирные – это широкий класс высококачественных кислотных аккумуляторов, построенных на решетчатой структуре пластин с трубчатыми электродами. Так называемые трубчатые положительные плиты, в которых каждый компонент заключен в полимерный кислотопроницаемый стержень, изготавливаются из сплава химически чистого свинца (чистота металла не менее 99,9%) и 2% сурьмы. Данная технология применяется во всех промышленных типах АКБ (тяговых, стационарных, солнечных, как малообслуживаемых, так и герметизированных) с большим сроком службы. Герметизированные гелевые АКБ, сделанные на основе панцирных пластин, выдерживают порядка 900 - 1000 циклов разрядов на 80%. Кислотные малообслуживаемые - около 1500 циклов.

Так же, часто АКБ делят по сфере применения - стартерные (о них говорилось в начале раздела), тяговые, стационарные, солнечные.

Тяговые – предназначены для использования в электроподъемниках и другой электротехнике. Обычно, общая аккумуляторная батарея на нужное напряжение, составляется из батарей на 2 В большой ёмкости каждая (200 – 1200 Ач). Настоящие тяговые АКБ, сделаны по панцирной технологии. Стандартная маркировка – малообслуживаемые PzS (H), герметизированные гелевые – PzV.

Стационарные – применяют на промышленных объектах (там необходима повышенная долговечность и надёжность). Обычно, общая аккумуляторная батарея на нужное напряжение, составляется из батарей на 2 В. Они большой ёмкости – одиночные аккумуляторы бывают от 200 до 1200 Ач. Все используют панцирную технологию. Выпускаются как малообслуживаемые (в прозрачном корпусе OPzS), так и герметизированные гелевые (OPzV). У них самая большая надёжность и самый большой срок службы из всех типов аккумуляторов.

Солнечные – обычно модификация тяговых или стационарных аккумуляторов. Эти батареи выпускаются как на 2 В, так и на 6 или 12 В. Обычно имеют панцирную технологию. Во многих случаях это стационарные или тяговые АКБ с другой маркировкой/названием.

Отметим, что долговечность и надёжность всех 12-и вольтовых АКБ ниже, чем у аналогичного типа аккумуляторов, но на 2 В. Это связано с технологией изготовления. Ведь 12-и вольтовые АКБ состоят из 2 В аккумуляторов малой ёмкости, соединённых в общий корпус. Т.е., любой одиночный аккумулятор 12В состоит из шести встроенных маленьких аккумуляторов по 2 В. Поэтому, для повышения надёжности и долговечности, рекомендуется набирать необходимую ёмкость сразу из 2-х вольтовых банок аккумуляторов большой ёмкости.


shema
1.2. Описание технологии SLA AGM

Герметичные, необслуживаемые, свинцово-кислотные аккумуляторы BOSSMAN (sealed lead acid или сокращенно SLA) изготовлены по технологии AGM.

AGM (Absorbent Glass Mat) — это технология изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов, созданная инженерами Johnson Controls Inc. Отличие батарей AGM от классических в том, что в них содержится абсорбированный электролит, а не жидкий, что даёт ряд изменений в свойствах аккумулятора.

Технология AGM использует пропитанный жидким электролитом пористый заполнитель отсеков корпуса из стекловолокна. Это вещество действует как губка, оно полностью всасывает всю кислоту и удерживает её, не давая растекаться. Пластины электродов и слои сепаратора, чередуясь между собой, образуют некое подобие "слоеного пирога".

При протекании химической реакции внутри такого аккумулятора также образуются газы (в основном водород и кислород, их молекулы являются составными частями воды и кислоты). Их пузырьки заполняют некоторые из пор, при этом газ не улетучивается. Он принимает непосредственное участие в химических реакциях при подзарядке батареи, возвращаясь обратно в жидкий электролит. Этот процесс называется рекомбинацией газов. Из школьного курса химии известно, что круговой процесс не может быть 100% эффективным. Но в современных AGM аккумуляторах эффективность рекомбинации достигает 95-99%. Т.е. внутри корпуса такого аккумулятора образуется ничтожно малое количество свободного ненужного газа и электролит не меняет своих химических свойств на протяжении многих лет. Тем не менее, по прошествии очень долгого времени свободный газ создает внутри батареи избыточное давление, когда оно достигает определенного уровня срабатывает специальный выпускной клапан. Этот клапан также защищает батарею от разрыва в случае возникновения внештатных ситуаций: работа в экстремальных режимах, резкое повышение температуры в помещении из-за внешних факторов и тому подобное. Специальное техническое обслуживание батарей AGM не предусмотрено впринципе, ничего туда доливать не требуется!

Главная техническая особенность AGM аккумуляторов, в отличие от стандартных автомобильных - возможность работы в режиме глубокого разряда. Т.е. они могут отдавать электрическую энергию на протяжении длительного времени (часы и даже сутки) до состояния, когда запас энергии падает до 20-30 % от первоначального значения. После проведения зарядки такого аккумулятора он практически полностью восстанавливает свою рабочую емкость. Конечно, совсем бесследно такие ситуации проходить не могут. Но современные AGM аккумуляторы выдерживают от 600 и выше циклов глубокой разрядки.

Если предположить, что постоянно раз в неделю пропадает напряжение во внешней сети, происходит подключение аккумуляторов, и они отдают всю доступную накопленную энергию, то мы можем получить примерный жизненный срок такого аккумулятора: 600 доступных циклов делим на 50 (количество недель в году, когда пропадало электричество) получаем 12 лет. Производители заявляют такую же цифру расчетного срока службы, но приписывают фразу – при работе в буферном режиме. Т.е. в режиме, когда аккумуляторы полностью заряжены, готовы включиться в работу, но такие подключения происходят нечасто, и внешнее энергоснабжение восстанавливается ещё до того как батареи полностью разрядились. В реальной жизни не всё так идеально, например, вполне штатной является ситуация, когда аккумуляторы начинают заряжаться после длительной работы, не успевают набрать необходимую емкость, а во внешней электрической сети происходит очередное отключение. Сильно влияют на аккумуляторы и внешние условия: температура и влажность, качество электрического тока, которым происходит подзарядка и тому подобное. На практике менять AGM батареи требуется чаше, но всё равно это годы и годы. Автомобильные аккумуляторами такими возможностями похвастаться не могут.

Кроме того, у AGM батарей очень малый ток саморазряда. Заряженная батарея может храниться неподключенной долгое время. Например, за 12 месяцев простоя заряд аккумулятора упадет всего на 20% от первоначального.

Такие характеристики достигаются не только за счет конструктивных особенностей AGM технологии. При изготовлении батарей используются более дорогие материалы с особыми свойствами: электроды изготавливаются из особо чистого свинца, сами электроды делают более толстыми, в электролит входит серная кислота высокой степени очистки. Поэтому цена AGM аккумуляторов значительно выше автомобильных собратьев.

Аккумуляторы, производимые с использованием технологии AGM, изготавливаются в спиральной или плоской конфигурации. В настоящий момент наиболее распространены аккумуляторы AGM с плоской конфигурацией электродов.

Аккумулятор, произведённый по технологии AGM, имеет перед классическими аккумуляторами ряд преимуществ, полученных за счёт такой технологии. В частности, устойчивость к вибрации, возможность установки в любом положении и отсутствии в необходимости обслуживать. Увеличенная производительность таких АКБ или высокий пусковой ток.

Преимущества аккумуляторов AGM:

  • Конструкция не требующая обслуживания.
  • Конструкция герметична и имеет клапанную регулировку, предотвращает утечку кислоты и коррозию клемм.
  • Более безопасная работа: при правильной зарядке батарей исключается возможность выделения газов и опасность взрыва.
  • Герметичная конструкция позволяет устанавливать батарею почти в любом положении (однако установка вверх дном не рекомендуется).
  • Работа при низких температурах.
  • Повышенная виброустойчивость увеличивает срок службы.

Из недостатков аккумуляторов изготовленных по технологии AGM можно отнести следующее:

  • Высокий вес (относится ко всем кислотным аккумуляторам)
  • Не должны храниться в разряженном состоянии, напряжение не должно упасть ниже 1,8V
  • Небольшей срок службы. Число полных (70%) циклов разряда около 500
  • Оксид свинца содержащийся в них токсичен
  • Более высокая цена. Аккумуляторы изготовленные по этой технологии сравнимы с технологией GEL
Внимание! Зарядные устройства постоянного тока нельзя применять для зарядки SLA AGM аккумуляторов.
Для подзаряда AGM батарей необходимо специальное зарядное устройство с соответствующими параметрами заряда, отличающиеся от заряда классических аккумуляторов с жидким электролитом.


1.3 Свойства батарей

Герметизированные свинцово-кислотные батареи BOSSMAN имеют ряд отличий от других типов аккумуляторов:

  • Необслуживаемость - батареи герметизированы и полностью готовы к работе. Доливка воды не требуется.
  • Нет эффекта памяти - некоторые аккумуляторы, например, никель-кадмиевые, уменьшают свою емкость при неполном цикле заряда-разряда. Свинцово- кислотные аккумуляторы свободны от такого недостатка.
  • Небольшой саморазряд - величина саморазряда составляет 2-3% в месяц при комнатной температуре.
  • Большие токи нагрузки - поскольку внутреннее сопротивление батареи мало, она способна отдавать большие мощности в нагрузку.
  • Широкий диапазон рабочих температур - номинальная рабочая температура составляет 20°С, но возможна работа в диапазоне от -10 до +50°С при 100% заряде.

1.4 Сферы применения

Аккумуляторы BOSSMAN могут использоваться во многих сферах промышленности и различных приборах, как с циклической, так и с буферной нагрузкой:

  • охранные и противопожарные системы;
  • источники бесперебойного питания (ИБП);
  • в составе инвертирующего оборудования;
  • системы контроля и управления доступом (СКУД);
  • системы видеонаблюдения и тревожного оповещения;
  • системы аварийного освещения;
  • контрольно-кассовые машины,
  • медицинское оборудование;
  • холодильное и торговое оборудовании;
  • АТС и приемо-передающие радиоцентры;
  • радары ГИБДД и аппаратура оповещения МЧС;
  • фонари и другие переносные осветительные приборы;
  • персональный электротранспорт (электровелосипеды).

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4

  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10

2. Зарядка
2.1 Зарядка после глубокого разряда

zuБатарею можно назвать глубоко разряженной/переразряженной, если при ее разряде конечное напряжение стало менее чем указано в спецификации. При этом срок службы аккумулятора может уменьшиться, поэтому необходимо несколько увеличить период заряда. На рис. 1 видно, что в результате возросшего внутреннего сопротивления, первые 30 мин. зарядки ток заряда будет мал, постепенно увеличиваясь. После этого внутреннее сопротивление падает, и зарядка идет в обычном режиме.

 

2.2 Ограничение зарядного тока

На начальном этапе зарядки через разряженную батарею проходит большой ток. Периодически он может стать причиной слишком высокого нагрева аккумулятора, который может вывести батарею из строя. Поэтому на начальном этапе зарядки необходимо ограничивать значение зарядного тока до О.ЗС или ниже при заряде постоянным напряжением.

1Рис. 1. График заряда батареи после глубокого разряда.

____________________________________________________________________________________________________

Для зарядки аккумулятора рекомендуется использовать зарядное устройство с малым током зарядки. Для быстрой зарядки можно использовать зарядное устройство с большим током зарядки, однако, он не должен превышать 1/10 мощности аккумулятора. Не забывайте! Высокий ток - губительный для аккумулятора.
____________________________________________________________________________________________________

2.3 Температурная компенсация

Электрохимическая активность в батарее возрастает при увеличении температуры и уменьшается с ее понижением. Поэтому, при увеличении рабочей температуры необходимо уменьшать зарядное напряжение, чтобы не произошло перезаряда. При понижении температуры зарядное напряжение необходимо увеличивать.

Использование зарядных устройств с температурной компенсацией является самым предпочтительным вариантом, продляющим срок службы батареи.

Значение температурного коэффициента для 6-ти вольтовых аккумуляторов BOSSMAN составляет 10мВ/°С (для буферного режима) и 15мВ/°С (для циклического режима). Рис. 2 показывает зависимость между температурой и зарядным напряжением, как для буферного, так и для цикличного режимов.

2Рис. 2. График зависимости между температурой и зарядным напряжением

3. Разрядные характеристики
3.1. Разрядные характеристики при различных скоростях разряда

Емкость батарей при использовании зависит от скорости разряда. Емкость аккумуляторов BOSSMAN оценивается по 20-ти часовой скорости разряда, которая считается номинальной. Рис. 3 показывает разрядные характеристики при различных скоростях разряда

3Рис. 3. График разрядных характеристик при различных скоростях разряда

3.2 Конечное напряжение при разряде

При разряде конечное напряжение на батарее не должно быть ниже, чем указано в таблице 1. В противном случае произойдет переразряд, который может повредить аккумулятор.

 Разрядный ток, 
А
 Конечное напряжение, 
В/эл-т
< 0.2С 1.75
0.2 - 0.5С 1.70
0.5 - 1.0С 1.60
> 1.0С 1.40
Таблица 1. Конечное напряжение при разряде.

При разряде конечное напряжение на батарее не должно быть ниже, чем указано в таблице 1. В противном случае произойдет переразряд, который может повредить аккумулятор.

3.3 Температурный эффект

Повышение рабочей температуры влечет увеличение емкости батареи. На рис. 4 показаны температурные зависимости. Во избежание повреждения батареи не рекомендуется использовать ее при температурах ниже -10°С и выше +40°С.

Изменение внутреннего сопротивления

4Рис. 4. Зависимость емкости батареи от рабочей температуры.

3.4 Изменения внутреннего сопротивления

На рис. 5 показаны графики внутреннего сопротивления батареи BOSSMAN, измеренное на частоте 1000 Гц.

5
Рис. 5. Зависимость внутреннего сопротивления от степени разряда.

Внутреннее сопротивление батареи BOSSMAN наименьшее, когда аккумулятор полностью заряжен, далее медленно возрастает в процессе разряде и резко увеличивается на финальной стадии разряда.

4. Хранение
4.1. Саморазряд

На рис. 6 показана зависимость между временем хранения батареи и остаточной емкостью при различных температурах.

6Рис. 6. Зависимость остаточной емкости батареи от времени хранения

Величина саморазряда аккумуляторов BOSSMAN составляет около 3% в месяц при температуре хранения 20°С.

4.2. Срок хранения

При долгом хранении батареи без подзарядки на отрицательных пластинах образуется сульфат свинца. Этот процесс называется сульфатацией. Повышение температуры хранения убыстряет сульфатацию. Поскольку сульфат свинца является диэлектриком, то сульфатация уменьшает значение максимального тока разряда.

Хранение батареи при температурах выше, чем указано в таблице 2 может привести к сокращению срока службы. Батареи необходимо хранить в сухом, прохладном месте.

Температура Время хранения
0° - 20°С 12 мес.
21° - 30°С 9 мес.
31° - 40°С 5 мес.
41° - 50°С 2.5 мес.
Таблица 2. Максимальный срок хранения при разных температурах.

4.3. Остаточная емкость

Приблизительное значение емкости батареи можно узнать по напряжению холостого хода. Данная зависимость показана на рис. 7.

7
Рис. 7. Зависимость емкости от напряжения холостого хода

4.4. Дополнительная подзарядка

В процессе хранения батарей необходимо производить дополнительную подзарядку, если остаточная емкость стала менее 80%. В таблице 3 указаны дополнительные зарядные интервалы и методы при разной температуре хранения.

Температура хранения Рекомендуемый интервал
подзарядки
Рекомендуемый метод
подзарядки
< 20°С каждые 6 месяцев 16-24 часа постоянным напряжением
2.27 В/элемент
20° - 30°С каждые 3 месяца 5-8 часа постоянным напряжением
2.34 В/элемент
> 30°С избегайте хранения 5-8 часов постоянным напряжением
0.05 В/элемент

5. Cрок службы
5.1. Количество циклов

Самый главный фактор - это глубина разряда, от которого зависит количество циклов заряда-разряда. На рис. 8 показана эта зависимость.

8
Рис. 8. Количество циклов при разной глубине разряда

5.2. Срок службы в буферном режиме

Батареи BOSSMAN могут работать в буферном режиме до 5 лет. Срок службы в таком режиме завит от температуры (рис. 9).

9
Рис. 9. Зависимость срока службы батарей в буферном режиме от температуры


Фирма Bossman ® Плюс-минус 2008 - 2018 Украина, г. Черкассы, ул. Гагарина, 17, тел.: (097) 670-00-60, (063) 577-11-77, (0472) 50-74-76