Lead acid battery что за аккумулятор

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы

Конструкция, характеристики и области применения герметичных аккумуляторов

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы получили широкое применение в системах охранной сигнализации, системах пожарной безопасности, приборах аварийного освещения, в различных контрольно-измерительных приборах, кассовых аппаратах, электронных весах, резервных источниках питания телекоммуникационных систем, источниках бесперебойного питания компьютеров и систем видеонаблюдения, детских электромобилях, легкомоторной технике в качестве бортового аккумулятора и электрифицированных инвалидных креслах.

Отличительные качества герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторных батарей

Сфера применения герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов очень велика за счёт простоты обслуживания подобных аккумуляторов и большого разнообразия корпусного оформления батарей, а также богатого выбора ёмкостей аккумуляторов от единиц (1,2 А * ч) до десятков ампер-часов (24 и 38 А * ч).

Номинальные напряжения герметичных свинцово-кислотных батарей: 2, 4, 6, 12 Вольт. Наиболее распространены аккумуляторы на номинальное напряжение 6 и 12 вольт.

Аккумуляторы на 6 Вольт обычно используются в детских электромобилях.

Особенность герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов заключается в том, что электролит в них не жидкий, а гелеобразный. Корпус аккумуляторов герметичен. Эти качества позволяют использовать аккумуляторную батарею в любом положении, не боясь утечки электролита. Гелиевые кислотно-свинцовые батареи не требуют периодического пополнения электролита.

Кроме перечисленных качеств герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы не боятся глубокого разряда, могут длительное время храниться в заряженном состоянии при малом токе саморазрядки. Также гелиевые аккумуляторы лишены "эффекта памяти".

За счёт использования электродов из эффективного свинцово-кальциевого сплава аккумуляторные батареи имеют длительный срок службы и работоспособны при интервале температур от -20°C до +50°C.

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы пригодны и в радиолюбительской практике для резервирования питания различных самодельных электронных приборов.

Максимальный пятисекундный ток разрядки герметичного аккумулятора может достигать 360 Ампер! (у аккумуляторов ёмкостью 38 А * ч и номинальным напряжением 12 вольт).

Зарядное напряжение при циклическом режиме работы (для 12 вольтовых аккумуляторов) составляет 14,4 – 15 Вольт. Для резервного режима 13,5 – 13,8 Вольт (такой режим используется в автоматических охранных и пожарных системах).

Конструкция герметичного свинцово-кислотного аккумулятора

Конструкция герметичного аккумулятора мало отличается от традиционной. Корпус батареи изготавливается из ударопрочной пластмассы и разделён на отдельные секции ("банки").

Катодные и анодные пластины разделены сепараторами из стекловолокна. Основная составляющая электролита – серная кислота . В верхней части крышки аккумулятора размещены резиновые перепускные клапаны по одному на секцию. Клапаны служат для удаления газа, который может образоваться во время работы. Сверху перепускные клапаны плотно закрыты съёмной пластмассовой крышкой.

Снаружи аккумулятора выводятся два пластинчатых электрода – « + » и «-». Плюсовой вывод помечен красным квадратом, а минусовой – чёрным. Электроды представляют собой ответную часть самофиксирующегося разъёма и изготавливаются из латуни.

Недостатки герметичных аккумуляторных батарей

На практике бывало, что герметичная батарея "раздувалась", деформировался пластмассовый корпус аккумулятора, хотя аккумулятор сохранял свою работоспособность. Связано это с избыточным выделением газа или c производственным браком перепускных клапанов.

Несмотря на корпус из ударопрочного пластика не стоит надеяться на его надёжность. Если на корпусе аккумулятора есть трещины и сколы, то вскоре сквозь эти трещины начнёт просачиваться электролит, особенно если трещина на донной части корпуса. Так как электролит в герметичных батареях в виде геля, то утечка электролита слабая. Утечку электролита можно предотвратить, плотно заклеив трещину в корпусе, например скотчем. Работоспособность аккумулятора при таком дефекте, как правило, сохраняется.

Будьте осторожны – электролит вреден для кожи рук, особенно если на кожном покрове есть раны! Используете для рук защитные средства!

Как уже говорилось, для герметичных аккумуляторов не страшен глубокий разряд, и батарея восстанавливает свою работоспособность после последующей зарядки. Несмотря на это лучше использовать блоки бесперебойного питания с автоматической защитой от глубокого разряда.

Нередки случаи окисления выводов питания аккумуляторных батарей. Связано это с тем, что ответные контактные разъёмы приборов выполнены из металлов, образующих гальваническую пару, что и приводит к образованию "кораллов" – сильному окислу контактов.

Маркировка герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов

На корпусах герметичных аккумуляторных батарей, как правило, указаны основные характеристики, правда, в основном на английском языке:

Аккумуляторы. Виды химии и конструкции. Sb/Sb, Sb/Ca, Ca/Ca, Silver, GEL, AGM, VRLA, EFB.

Итак, по химии:
малосурьмянистые (Sb/Sb) – это обычная старая-дедовская свинцовая батарея с добавками в пластины сурьмы.
+ не боятся глубоких разрядов
+ легко зарядить даже при плотности электролита практически "до воды".
— подвержены наибольшему саморазряду,
— выкипанию воды из раствора электролита.

Технология Ca/Ca – пришла на смену классической малосурьмянистой (Sb/Sb).
Использования кальция в качестве легирующей добавки позволяет избегать выкипания. При достижении заряда, батарея "перестает брать ток". Это дает возможность делать необслуживаемые аккумуляторы. Благодаря технологии Ca/Ca аккумулятор становится также более устойчив к саморазряду в состоянии бездействия и характеризуется высокими стартовыми токами
+ высокие стартовые токи при любых погодных условиях (лично мне устойчивость к разряду гораздо важнее).
+ снижение саморазряда на 30 % и расхода воды на 80% по сравнению с малосурьмянистыми.
— неустойчивость к глубоким разрядам. Разряжать Сa/Сa ниже границы чем 70% заряда не рекомендуется. Кальциевые батареи, пережившие хотя бы 1 полный разряд (ниже 10,8 В), теряют до 50% своей емкости!
Сульфат кальция не растворяется в воде, а в электролите он растворяется с большим трудом. Поэтому, при глубоких разрядах сульфат кальция заклеивает поры (закупорка пластин) и затрудняет последующий заряд:
При КТЦ, если разряжать, то не ниже 11,8В (при этом с риском не вернуть назад прежнюю ёмкость АКБ) или 12В (неглубокий КТЦ), т.к. 11,8В НРЦ (Напряжение Разомкнутой Цепи) на кальциевом АКБ говорит о 0% его SOC (State_of_Charge), напряжение 100% заряженного АКБ составляет 12,8В.
Если плотность электролита аккумуляторной батареи составляет менее 1,17 г/см3 (SOC составляет менее 25%, что соответствует напряжению менее 12В), то такая батарея подлежит замене новой, так как в этом случае восстановить нормальное функционирование аккумуляторной батареи с помощью ее заряда уже невозможно (!).
Заряжать кальциевый АКБ нужно не выше 14,4В и зарядным током не более 10% от номинальной ёмкости АКБ (справедливо при +20С внешней температуры).

Технология Sb/Ca или Гибридная — в отрицательные электроды добавляется кальций, а в положительные – сурьма
+ Наличие кальция в пластинах снижает выкипание воды из электролита, что приводит к увеличению срока службы аккумуляторной батареи.
+ устойчивы к глубокому саморазряду (? т.е. сами глубоко не разряжаются или глубокий разряд не несет фатальных последствий?)
+ высокий цикл разрядов-зарядов по сравнению с сурьмянистой технологией;
+ Свинцовые пластины становятся крепкими, и батарея приобретает очень важное свойство – виброустойчивость. (? не видел чтобы пластины гнулись при штатной эксплуатации)
Гибридные батареи являются золотой серединой. Они довольно стойки к глубоким разрядам, при этом значительно меньше подвержены выкипанию и саморазряду по сравнению с малосурьмянистыми.

Кальциевые и гибридные аккумуляторы в гораздо меньшей степени подвержены выкипаемости еще и потому, что состав их свинца обеспечивает свойства своеобразной "самовыключаемости" — они перестают принимать ток, когда заряжены на 95-97 %
Позволяет пластины делать более тонкими, благодаря чему количество их увеличивается.
Расчетный срок службы до 5 лет (до 5 лет — МАЛОВАТО!)

Технология Ca/Ca + Silver – дороже, но лишена недостатков батарей предыдущих типов.
+ являются полностью необслуживаемыми,
+ характеризуются высокими стартовыми токами,
+ высокими показателями тока холодной прокрутки,
+ низким уровнем саморазряда,
+ устойчивостью пластин к коррозии,
+ длительным сроком эксплуатации (более 5 лет),
+ увеличенным сроком хранения без подзарядки.
— дороже.

Теперь по конструкции:

VRLA — Valve Regulated Lead Acid VRLA — Valve Regulated Lead Acid

VRLA — Valve Regulated Lead Acid — Свинцово-кислотная с клапаном или "обычные" — Один аккумулятор состоит из блока положительных и отрицательных пластин, которые вместе создают напряжение 12 В. Пластины состоят из свинцовых решеток, которые заполнены активным электролитом. Положительные пластины изготовлены из двуокиси свинца, отрицательные — из чистого свинца. Между ними установлен сепаратор. Он разделяет пластины, предотвращая замыкание, но электролит может проходить через его мельчайшие поры. Электролит — это токопроводящая жидкость, которая примерно состоит из 37% концентрированной серной кислоты и 63% дистиллированной воды.

Разрушение свинцовых пластин является неизбежным результатом при реакции электролиза. А если это так, то замедлить этот процесс и предотвратить внутреннее замыкание цепи — главная задача.

VRLA — AGM AGM

AGM (Absorbent Glass Mat) — электроды представляют из себя сетку в обмазке, скрученную в рулон, между электродами — стекломат, конструкция схожа с конденсаторами. Такая конструкция позволяет уменьшить толщину электродов без потери общей прочности и риска осыпания обмазки, соотв., увеличить площадь электродов и уменьшить расстояние между ними. Следствие — уменьшение внутреннего сопротивления — увеличение пускового тока. Электролит ЖИДКИЙ, но не вытекает поскольку находится в адсорбированном состоянии в особых стекловолоконных матах, облегающих пластины. Блоки пластин в таких АКБ плотно прижаты друг к другу, что помогает гораздо лучше удерживать активную массу на их решетках, чем в обычных стартерных батареях. обеспечивают в три раза больше циклов разряда-заряда, а их пусковая мощность процентов на 30 выше, чем у традиционных батарей.
+ обеспечивают в три раза больше циклов разряда-заряда,
+ пусковая мощность процентов на 30 выше, чем у традиционных батарей.
+ Не боится глубокого разряда. Даже среднестатистический аккумулятор AGM должен выдержать, как минимум, две сотни полных разрядок (на ноль), не менее пятисот разрядов до 50% и тысячу на 20-30%.
+ Не боятся механического повреждения
+ Разрешена транспортировка и эксплуатация практически в любом положении.
+ Срок службы AGM составляет от 5 до 12 лет (при обязательном соблюдении правил зарядки).
+ Нейтральны к высокой температуре окружающей среды (например, в подкапотном пространстве автомобиля).
— Данный тип батарей весьма чувствителен к перезарядке. Это значит, что, если автомобиль не оснащен устройством, исключающим избыток заряда, — от покупки таких аккумуляторов стоит воздержаться.
— Урон им могут нанести чрезмерные значения тока и напряжения. Оптимальным током для зарядки считается ток в 10% от номинала. Макс. напряжение — 14.4В, напряжение буферного режима (хранения) — 13,8В.
— стоит почти вдвое дороже обычного
* У меня есть подозрение, что выпускаются они по "серебряной" технологии. А нет! Нашел упоминание про Ca/
Sb.
* Также мне непонятно, что там такого, что стОят они в 2, а то и более раза дороже. АААааа! Вот оно что! "эксклюзивные права на «спираль» в аккумуляторах запатентованы."

AGM спирального и плоского типа BOSCH S6 BOSCH AGM EFB EFB Bosch

EFB (Enhanced Flooded Battery) — некоторый гибрид АГМ и "традиционной" технологии, пусковых и тяговых батарей — это более толстые, по сравнению с традиционным аккумулятором, пластины, помещенные в конверт из микроволокна)
+ вдвое большее количество циклов разряда-заряда без потери функциональности.
+ практически не теряют емкости после глубоких разрядов,
+ заряжаются намного быстрее обычных стартерных батарей.
— стоимость в среднем на 50-60% выше, чем у обычных АКБ.

GEL

GEL

аккумуляторы. Электролит адсорбирован гелем. Гель также предохраняет пластины от осыпания.
— НЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ в автомобилях в качестве стартерных. Применяются лишь как ТЯГОВЫЕ батареи.
— Существенным недостатком гелевых батарей является их повышенная чувствительность к температуре. Так уже при 100-110 градусах смесь кислоты и силикагеля теряет свое рабочее состояние. Вместе с этим понижалась способность геля удерживать пары серной кислоты. Все это в конечном счете влияет на жесткость конструкции в целом.
* Подозреваю, что они имеют весьма высокое внутреннее сопротивление (ионы в геле менее подвижны, чем в растворе) и просто не могут выдать ток в несколько сот Ампер. А вот несколько десятков до глубокого разряда — это пожалуйста.

mycro-hybrid (специально для автомобилей с системой старт-стоп) производства Exide — аналог EFB.

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ:
— "кипятить" зарядным устройством EFB/AGM/Gel АКБ — смерти подобно — пузырями выделяемых газов при "кипячении" плотно упакованные намазки на пластинах просто разрушаются (но не осыпаются).
— EFB: внутри "гамбургера" из прослойки конверт/пластина плотность электролита несколько выше, чем над пластинами (над пластинами электролит практически не принимает участие в хим. процессе) — поэтому, измерение плотности электролита ареометром — пустая трата времени*.
*) Вообще, серная кислота растворяется в воде с изрядным выделением тепла, так что я думаю, что долго она сидеть в матах не будет. Но то, что обмен уже не такой свободный, как в классических банках — факт.

Кислотные аккумуляторы; чтобы больше не было отвратительно читать то что люди о них пишут

Случайно узрел статью с комментариями к ней, и так злость во мне закипела по поводу безграмотности людей в области кислотных (свинцовых в простонародье) аккумуляторов, что не выдержал и решил написать «гикам» (чтобы быть гиком, как оказывается, мало купить дорогой телефон) краткую статью об аккумуляторах. С рассмотрением тех ошибок, которые мне постоянно мусолят глаза и вызывают праведное желание их исправить.

Начнем с названия. Я очень часто вижу что тремя буквами А-К-Б называют все что можно зарядить, абсолютно любой аккумулятор. Особенно тремя буквами люди любят называть аккумуляторы типа Li-ion. На самом-же деле АКБ аббревиатура от Аккумуляторная Кислотная Батарея. Под ними подразумевается лишь один тип аккумулятора — свинцовый кислотный. С современной точки зрения это название вызывает некоторый когнитивный диссонанс т.к. на данный момент значение слова «батарейка» т.е. гальванического элемента который зарядить нельзя перешло на слово «батарея». И получается как будто бы из-за слова «аккумуляторная» это аккумулятор который зарядить можно, а из-за слова «батарея» это как будто батарейка которую зарядить нельзя. В реальности-же батарея — просто цепь гальванических элементов и со словом «батарейка» имеет общий лишь корень.

Далее перейдем к некоторым мифам, а именно главный миф — АКБ для автомобиля имеет некие существенные отличия от АКБ для ИБП. И вот нельзя их применять и там и там.

С химической точки зрения любые АКБ абсолютно одинаковы. Как-же они устроены? Очень кратко — если аккумулятор заряжен, то один электрод представляет собой свинцовую решетку с нанесенной на нее пастой из PbO₂, второй -такую-же решетку с пастой губчатого свинца. Электролитом служит раствор серной кислоты. В процессе разряда PbO₂ восстанавливается и взаимодействуя с серной кислотой образует PbSO₄. Свинец на другом электроде окисляется и опять-же образует PbSO₄. В конце разрядки мы имеем обе решетчатые пластины заполненные (более или менее) сульфатом свинца. При зарядке аккумулятора происходит электролиз и из сульфата свинца вновь образуется диоксид и металлический свинец. Конечно-же, тут нужно подчеркнуть, что электроды при этом не равны и путать их полярность не стоит т.к. еще на стадии производства в намазку электродов вводятся соответствующие добавки, улучшающие их эксплуатационные свойства. При этом добавки полезные для одного электрода вредны для другого. В очень старые времена, где-то в начале прошлого века, в условиях простых аккумуляторов, вероятно, была допустима переполюсовка аккумулятора по ошибке или с какими-то целями и он какое-то время после этого работал. В том что она допустима сейчас я сомневаюсь.

Таких ячеек в 12В аккумуляторе 6 шт, в 6В — 3 шт. и т.д. Многих вводит в заблуждение значение напряжения на аккумуляторах. Причем значений напряжения номинального, заряда, разряда. С одной стороны, аккумуляторы называются 12В (и 6В, 24В тоже есть, по-моему, даже 4В изредка встречаются) но на корпусе тех-же аккумуляторов для ИБП производитель указывает напряжение выше 13.5В.

Тут мы видим, что в форсированном режиме напряжение заряда может быть аж 15В.

Все разъяснит кривая напряжения на АКБ:

Слева мы видим напряжение для аккумулятора из 12 ячеек (24В номинальных), 6 (12В номинальных) и, самое полезное, для одной ячейки. Там-же отмечены области нежелательных напряжений при разряде/ заряде. Из кривой можно сделать выводы:

1 Напряжение 12В, 24В и т.д. являются номинальными и показывают лишь число гальванических ячеек (путем деления на два) в батарее. Это просто название для удобства.

2 Напряжение при заряде могут достигать 2.5 В/ ячейку что для 12В аккумулятора соответствует 15В.

3 Напряжение заряженной батареи считается допустимым при значении 2.1-2.2 В/ячейку, что для 12В аккумулятора соответствует 12.6-13.2В.

Теоретически, батарею можно зарядить и до значений 2.4 В/ячейку или даже немного выше, однако, такая зарядка будет негативно сказываться как на состоянии электродов, так и на концентрации электролита. Однажды, перед сдачей в утиль, я легко зарядил 12В батарею до напряжения ок. 14.5В (уже не помню точное значение).

Итак, автор статьи с которой я начал, решил, что напряжение заряда автомобильной АКБ и АКБ от ИБП отличаются. Это неверно, у них одинаковый тип электродов и одинаковая концентрация серной кислоты в электролите (подобранная давным-давно экспериментальным путем, чтобы предоставлять максимальное напряжение и минимальном саморазряде). Однако, что-же происходит в батарее, почему ее нельзя заряжать при слишком высоком значении напряжения?

Почему в автомобильную АКБ нужно подливать воду, а в АКБ от ИБП не нужно? Эти вопросы позволяют нам плавно перейти в область напряжения разложения воды. Как я написал выше, при зарядке аккумулятора происходит электролиз. Однако, не весь ток расходуется на превращение PbSO₄ в PbO₂ и Pb. Часть тока будет неизбежно расходоваться и на разложение воды, составляющей значительную часть электролита:

Теоретический расчет дает значение напряжения для этой реакции ок. 1.2В. Напоминаю, что напряжение на ячейке при заряде заведомо более 2В. К счастью, активно вода начинает разлагаться только выше 2В, а в промышленности для получения водорода и кислорода из нее процесс ведут и вовсе при 2.1-2.6В (при повышенной температуре). Как бы то ни было, тут мы приходим к выводу, что в конце процесса заряда АКБ будет неизбежно происходить процесс разложения воды в электролите на элементы. Образующиеся кислород и водород попросту улетучиваются из сферы реакции. Про них бытуют следующие мифы:

1. Водород крайне взрывоопасен! Перезарядишь аккумулятор и как минимум лишишься комнаты где тот был!

На самом деле, водорода в процессе электролиза выделяется ничтожно мало по сравнению с объемом комнаты. Водород взрывается при концентрации от 4% в воздухе. Если мы допустим, что электролиз ведется в комнате размером 3*3*3 метра или 27 метров куб., то нам понадобится наполнить помещение 27*0.04=1.1 метров куб. водорода. Для получения такого количества H2 нужно было бы полностью разложить ок. 49 моль воды или 884 грамма ее. Если кто-то наблюдал электролиз, то поймет насколько это много. Или попробуем перейти ко времени. При силе тока в стандартной зарядке для крупногабаритных АКБ в 6А, уравнение Фарадея дает время, необходимое для получения этого количества водорода, аж 437 часов или 18.2 дня. Чтобы наполнить комнату водородом до взрывоопасной концентрации нужно забыть про зарядку на 2 с половиной недели! Но даже если это случится, концентрация серной кислоты просто будет расти пока ее раствор не приобретет слишком высокое сопротивление для жалких 12В зарядки и сила тока не станет ничтожной. Да и водород попросту улетучится.

Очень редко случаются взрывы непосредственно в корпусах крупногабаритных АКБ из-за того, что выделяющийся водород по какой-то причине не может покинуть замкнутого пространства. Но и в этом случае нечего страшного не бывает — чаще всего взрыва хватает только на небольшую деформацию верхней части корпуса, но не на разрыв свинцовых соединений. И АКБ еще может работать дальше даже после таких повреждений.

2. При электролизе может образоваться смертельно ядовитый и, не менее взрывоопасный чем водород, сероводород!

Не наш, периодически попадался миф в англоязычных постах. Теоретически конечно возможно подать такое большое напряжение и создать т.о. такую большую силу тока, что на катоде начнется процесс восстановления сульфат-иона. Напряжение для этого будет достаточным, а продукты восстановления не будут успевать диффундировать подальше от электрода и восстановление будет идти дальше. Но зарядка в пределах десятка-трех вольт и с ограничением силы тока в 6А на такое едва ли способна. Однажды, я наблюдал процесс восстановления сульфата до SO₂, да, это возможно; однокурсницы по ошибке что-то сделали не то во время опыта. Но это большая редкость т.к. там концентрация серной кислоты была заметно выше той, что используется в АКБ, была иная конструкция электрода и иной его материал и, естественно, напряжения и сила тока были были непомерными. И SO₂ не H₂S.

3. При электролизе мышьяк и сурьма из материала решеток будут восстанавливаться до ядовитых арсина и стибина!

Действительно, решетки содержат относительно много сурьмы, мышьяка в современных решетках, вероятно, нет вообще. При работе АКБ та решетка на которой происходит восстановление, т.е. катод, разрушению не может подвергаться. Выделяйся даже каким-то образом стибин, он бы тут-же взаимодействовал с PbSO4, восстанавливая его до металла.

Однако, некоторая практическая неприятность тут есть. Газообразные водород и кислород могут увлекать за собой капельки электролита, создавая аэрозоль серной кислоты. Аэрозоль серной кислоты, даже концентрированной, для человека не опасен и просто вызывает кашель. Однако, серная кислота — кошмар для тканей и бумаги. Стоит даже небольшому количеству серной кислоты попасть на одежду и там обязательно появятся дырки или ткань разорвется по этому месту. Через недели, если кислоты много, через месяц, но одежда истлеет.

Так что газовыделения опасаться не стоит с бытовой точки зрения или стоит, но нужно ориентироваться именно на аэрозоль серной кислоты.

Итак, вода начала разлагаться на водород кислород, ее в электролите становится все меньше, что-же дальше? Если это АКБ в котором электролит просто налит в виде слоя жидкости, то начнется повышение саморазряда из-за повышения концентрации серной кислоты. Занятно, что это будет сопровождаться небольшим повышением напряжения (концентрация кислоты растет) на ячейке. Именно поэтому автовладельцы должны постоянно контролировать концентрацию серной кислоты в своих АКБ (при помощи ареометра) и доливать туда воду. Процедура доливания воды — необходимая часть процесса обслуживания любой АКБ. Кроме одного их типа, и мы сейчас об этом поговорим.

Иметь аккумулятор в котором болтается слой едкой, по отношению к металлам, жидкости конечно-же неудобно, а потому попытки избавиться непосредственно от жидкости предпринимались давно, начались чуть ли не в первой половине 20-го века. К слову сказать, не то чтобы слой серной кислоты прямо плескался вокруг электродов. В реальности она неплохо распределена между электродами и окружающими их сепараторами даже в дешевых моделях. Итак, первым вариантом было использование стекловолокна. Достаточно просто окружить электроды стекловолокном которое пропитано серной кислотой и большинство проблем решится. Этот тип АКБ носит название AGM (absorbent glass mat) и таких АКБ для ИБП подавляющее большинство. Хотя такие АКБ малого форм-фактора и зачастую позиционируются как те, которые можно эксплуатировать в любом положении, с этим нельзя вполне согласиться. Вскрытие крышки стандартного дешевого AGM аккумулятора показывает, что никаких особых крышек там нет, а следовательно, электролит от вытекания удерживают лишь капиллярные силы. Я почти уверен, что если погонять AGM аккумулятор перевернутым вверх дном, то уже после одной зарядки из него польется серная кислота под давление газов.

Второй распространенный тип интереснее, это т.н. гелевые АКБ. А получаются они благодаря следующему. Если подкислять растворимые силикаты, то будет происходить выделение кремневой кислоты:

Если исходный раствор силиката не отличается качеством, то кремневая кислота будет выделяться в виде стекловидной массы, но если он достаточно чист, то кремневая кислота осадится в виде красивого куска однородного полупрозрачного геля. На этом и основан способ получения гелевых АКБ — простое добавление силикатов к электролиту вызывает его затвердение в гелеобразную массу. Соответственно, вытекать оттуда уже нечему и АКБ действительно можно эксплуатировать в любом положении. Сам по себе процесс образования геля не повышает емкости АКБ и не улучшает его качеств, однако, производители его используют при производстве наиболее качественных моделей, а потому эти АКБ отличаются высоким качеством и большей емкостью. Занятно, что в обоих случаях носителем электролита является SiO2 в той или иной форме.

Оба типа АКБ объединяются в славный тип VRLA — valve-regulated lead-acid battery который и применяется в ИБП. Формально они считаются необслуживаемыми и терпящими эксплуатацию в любом положении, но это не совсем так. Более того, многие уже встречались с эффектом, когда буквально несколько мл воды возвращают к жизни, казалось бы, дохлую АКБ от ИБП. Так получается, потому что и эти аккумуляторы не капли не застрахованы от электролиза воды в электролите, а следовательно, и пересыхания. Все происходит точно так-же, как в крупногабаритных АКБ. А вот самые дорогие и крутые необслуживаемые АКБ содержат катализатор для рекомбинации выделяющихся газов обратно в воду и вот уже у них корпус действительно выполнен абсолютно герметичным. Обращаю внимание, что по-настоящему герметичным и необслуживаемым может быть и аккумулятор типа AGM и GEL, но они-же могут ими и не быть и не содержать катализатора рекомбинации кислорода и водорода. Тогда, несмотря на казалось бы продвинутую конструкцию, пользователю придется либо чаще покупать новые аккумуляторы, либо доливать воду при помощи шприца.

Хотелось бы добавить несколько слов о режимах разряда. Производители АКБ указывают какой ток максимально допустим для той или иной модели, но нужно понимать, что аккумулятор — просто смесь химических веществ и ЭДС генерируется исключительно химическим путем. Это не конденсатор который, по электрогидравлической аналогии, можно сравнить с неким механическим сосудом (с гибкой мембраной). Хотя АКБ могут выдавать очень большие значения силы тока, в реальности они лучше всего эксплуатируются как раз при небольших токах, что в разряде, что в заряде. Поэтому ИБП, рассчитанные на заряды небольших АКБ, при работе с крупногабаритными будут заряжать их в наиболее щадящем режиме. Впрочем, в течении далеко не одних суток. Интересно обратить внимание на то, что чем выше мощность ИБП, тем больше аккумуляторов последовательно предпочитает собирать производитель. Тут все логично — большие токи разряда маленькие АКБ выдерживают очень плохо.

1. Малогабаритные и крупногабаритные АКБ идентичны по устройству.

2. Для подавляющего большинства АКБ любого размера доливание воды является необходимой частью текущего обслуживания.

3. Лишь немногие из дорогих моделей АКБ содержат механизм рекомбинации газов и могут быть названы действительно необслуживаемыми.

4. Сам по себе водород, который выделяется при заряде (а это равно постоянной работе в ИБП) АКБ, не является существенной угрозой или проблемой.

5. Нужно очень внимательно работать с АКБ, тщательно избегая пролива даже малейших капель электролита, или лишитесь одежды.

6. Разряд и заряд малыми токами являются наиболее предпочтительными режимами эксплуатации АКБ.

Зарядка свинцового аккумулятора – инструкции

Большинство водителей, сталкиваясь с вопросом, как зарядить свинцовый аккумулятор, попросту обращаются к инструкции от завода-изготовителя, и это правильное решение. Но только вот в сопроводительных документах такие тексты иногда не совсем понятны или там можно увидеть только общее описание без рассмотрения деталей, а иногда бумага попросту утеряна. Поэтому предлагаем вам глубже ознакомиться с этой темой, чтобы для вашего транспорта это никогда не стало причиной поломки.

Общий осмотр

Цель этой статьи состоит в том, чтобы выяснить, какие действия (превентивные меры) необходимо предпринять для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора, чтобы сделать это правильно. Будем разбираться по этапам.

Какие АКБ есть сейчас:

• Lead-Acid. С обслуживанием. На сегодня – это классика батарей для автомобиля. Они подразделяются на сурьмянистые, малосурьмянистые, гибридные и кислотно-кальциевые АКБ. Есть модификации на 6 V и 12 V. Их минус, это быстрая разрядка в неактивном состоянии.
• AGM VRLA. Модификации на 2 V, 4 V, 6 V, 12 V. В них применяется современная технология абсорбции AGM (Absorbent Glass Mat). Используется ток заряда такого свинцового аккумулятора 25-30% от всей емкости. Возможны разные буферные цикличные режимы.
• VRLA. Все АКБ с такой маркировкой (Valve Regulated Lead Acid) относятся к неразборным батареям на 2 V, 4 V, 6 V, 12 V. Модели можно использовать (заряжать) в невентилируемых помещениях.
• GEL VRLA. Valve Regulated Lead Acid отличается гелеобразным электролитом, что значительно увеличивает эксплуатационный ресурс модели. Для зарядки свинцового аккумулятора этого типа нужно высокоточное устройство. АКБ варьируются по 2 V, 4 V, 6 V, 12 V, 24 V, 4 V, 36 V и 48 V.
• OPzV. Можно расшифровать, как «стационарная трубчатая пластина закрытого типа» (Ortsfest Panzerplatte Verschlossen) – они неразборные. Известны, как АКБ, которые долго сохраняют емкость и служат более двух десятков лет.

Зарядка свинцово-кислотных АКБ

Рекомендация для всех АКБ: когда не знаете инструкции, то при зарядке следует выставлять до 10% от номинальной емкости модели. Например, если емкость 55 А-ч, значит, ток ≤ 5,5 A.

Видео описание

Правильная зарядка аккумулятора.

Суть человеческого мышления такова, что в большинстве случаем мы подсознательно выбираем наиболее безопасные пути, так и здесь, когда мы ищем, как правильно зарядить свинцово-кислотный аккумулятор. Наиболее простой способ, это I-U (символы тока и напряжения соответственно). То есть, изначально АКБ заряжают постоянным током до нужной величины, а потом поддерживают постоянное напряжение. Это, как в телефоне: на играх батарея садится очень быстро, тогда мы подключаемся к источнику питания и можем играть дальше – зарядка происходит методом I-U.

Идём дальше. Так как правильно зарядить кислотно-свинцовый аккумулятор можно не просто методом I-U, то рассмотрим следующие нюансы. Величина зарядного тока maxi у большинства моделей составляет порядка 0,2-0,3 от единицы показателей АКБ. Например, когда емкость батареи соответствует 100 А-ч, то ток заряда будет 20-30 A (на усмотрение производителя продукции). Если есть какие-то сомнения в таком соотношении и негде проверить – можно воспользоваться старой испытанной формулой: не больше 10% от емкости модели. То есть, если вы поставите на зарядку любую свинцово-кислотную АКБ с использованием этой формулы, вы никогда ей не навредите.

Максимальное напряжение при I-U не может быть больше 2.3 ± 0.023 V на каждый элемент батареи. В инструкции модели может стоять HTML мнемоника «±» либо символ «±», что совершенно одно и то же. В разговорной речи это звучит, как «плюс-минус» и цифры, которые стоят после символа указывают на разрешимые допуски. Если взять для примера 12-вольтную модель, то на выходе не должно быть более 13,8 ±0,15 V. Для I-U в буферном режиме, это наиболее оптимальный вариант, так как АКБ будет держать постоянное напряжение 13,8 ±0,15 V.

Время зарядки АКБ в режиме I-U будет зависеть от начального тока: если у него 20% емкости, то за 5-6 часов батарея наберёт порядка 90%. Для полной зарядки потребуется около суток, так как в режиме постоянного напряжения ток зарядки падает очень быстро. Но есть альтернативы.

Быстрая зарядка свинцовых АКБ

Теперь разберемся, как зарядить свинцово кислотный аккумулятор максимальным током быстро и при этом не нанесли никакого вреда элементам. Нужно достичь напряжения 14,5 ±0,2 V (для батарей nominal 12 V), потом просто отключить прибор или перевести его в режим 13,8 ±0,15 V. Такой способ позволяет зарядить батарею на 100% всего за 6 часов, но у нее при старте должно оставаться не менее 20% емкости.

Температура воздуха и зарядка АКБ

Зарядка свинцового аккумулятора, о которой говорилось выше, актуальна лишь в том случае, когда в помещении будет комнатная температура, а по общепринятым меткам, это 19-21°C. Некоторые источники делают допуск 1°C, но 18-22°C, это уже риск отступления от нормы, впрочем, это на ваше усмотрение. Ели придерживаться всех правил, то при несоответствии °C нужно вводить температурную компенсацию. Допустимый диапазон для работы приборов составляет от -15°C до +40°C. Как известно, чем теплее, тем больше держится зарядка, следовательно, при повышении температуры нужно понижать напряжение и наоборот, повышать при похолодании.

Чем опасно пренебрежение правилами зарядки АКБ

Конечно, никто не станет оспаривать утверждение, что соблюдение всех правил зарядки свинцовых АКБ способствует продлению эксплуатационного ресурса емкости, но это вовсе не означает, что все будут придерживаться таких простых норм. Сомневаетесь? Тогда простой пример для сравнения. 99% курильщиков понимают, что наносят себе вред, но все равно продолжают курить. Так и здесь. Просто узнайте, к чему приводит пренебрежение инструкциями.

Если превысить допустимый (установленный производителем) ток зарядки, то батарея обязательно зарядится. Но если не сбросить его хотя бы при завершении зарядки, то АКБ не наберёт 100% емкости. К тому же повышенный ток станет бесполезным для рекомбинации газов внутри неразборных моделей. Результат: с каждым разом батарее будет набирать все меньше и меньше емкости и не дослужит до конца срока, заявленного производителем.

Видео описание

Как и чем правильно зарядить свинцово кислотный аккумулятор.

При использовании тока, который меньше требуемого, зарядка тоже состоится, но её процесс затянется на несколько недель. Ещё один «бонус», это состояние аккумулятора, близком к разряженному. Результат: АКБ быстро стареет и не в состоянии отработать ресурс, предусмотренный производителем.

Когда неправильно выбирают конечное напряжение, это тоже не может пройти бесследно для батареи – она не сможет набирать полную емкость, что впоследствии грозит к реакции сульфатации. Переизбыток напряжения может вызвать выделение газов из герметичной зоны. Это тоже путь быстрой «смерти». Увы, перспективы неутешительные.

Ещё одну опасность следует отметить: в зарядке батареи при температуре ниже -15°C вызывает механическую рекомбинацию газов внутри герметически закупоренной АКБ. Результат: потеря воды электролитом.

Заключение

По сути, зарядка свинцового аккумулятора не представляет ничего сложного в техническом отношении, к тому же все это очень легко запомнить – не нужно куда-то ходить и кого-то просить о помощи. Как правило, такие процессы совершаются в доме или в квартире (изредка – в гараже). Так что, соблюдать правила или нет – выбор за вами.