Дистрибьюция

Гелевые необслуживаемые свинцовые аккумуляторы для UPS

Гелевые необслуживаемые свинцовые аккумуляторы применяются в качестве альтернативных источников энергии в бесперебойных источниках питания, UPS, охранных системах и просто как источники напряжения и тока для портативных и возимых приборов. Одним из главных достоинств таких аккумуляторов является возможность использования их в помещениях, где работают люди, так как не выделяют при заряде вредных газов, в отличии от, например автомобильных аккумуляторов.

Изобретенный в 1854 г. свинцовый аккумулятор постоянно совершенствуется, хотя его основу образуют все те же компоненты — свинцовые пластины и серная кислота. Разработчики аккумуляторов стремятся снизить затраты на их техническое обслуживание. Герметизированные свинцовые аккумулятороы (PzS) с жидким электролитом позволили значительно снизить эти затраты. Следующим этапом стали герметизированные аккумуляторы, не требующие технического обслуживания (PzV). Они заполнены электролитом в виде геля или волокнистой массы.

Прежние аккумуляторы с панцирными пластинами имели изоляцию положительных полюсов в виде нескольких трубок из жесткой резины с отформованными шлицами (аккумуляторы Pz). Позже стала применяться повышенная изоляция электродов в виде мягкого чулка, сверху на который надевается перфорированная полимерная трубка (конструкция PzS).

В новом гелевом аккумуляторе используются панцирные положительные пластины и решетчатые отрицательные. Полиэфирная изоляция панцирной пластины имеет отформованные карманы, в которые заливается активная масса. Для отвода тока служат стержни из твердого свинца.

Гелевый электролит состоит из пирогенизированной кремнёвой кислоты, разбавленной серной кислоты и других добавок. Винтовая пробка аккумулятора одновременно служит в качестве предохранительного клапана.

Электролит застывает в виде геля после его заливки в аккумулятор при постоянной температуре (тиксотропный эффект). В результате этого происходит постепенная усадка массы. Через несколько суток в образовавшейся пасте появляются поры и трещины, необходимые для протекания рабочих процессов в герметичном аккумуляторе. Основным из них является процесс рекомбинации. Он основан на принципе кислородного цикла: на положительных пластинах в конечной стадии зарядки аккумулятора образуется кислород, который через поры в геле попадает на отрицательные пластины. Здесь он теряет электроны внешней оболочки и превращается в ион O2-. В дальнейшем этот ион рекомбинирует с имеющимися протонами H+, в результате чего образуется вода. В результате газообразование здесь в 10 раз меньше, чем в аккумуляторах с жидким электролитом и пластинами из свинца, легированного сурьмой. Благодаря этому для гелевых аккумуляторов значительно ниже требования в отношении вентиляции. Кроме того, образующиеся газы не вызывают коррозии.

Срок службы гелевого аккумулятора считается законченным, если израсходуется 10 % воды, имевшейся в активной массе.


В таблице 1 приведены основные технические данные аккумуляторов выпускаемых Hi-Watt:

Модель Номинальное напрряжение, Вольт Номинальная ёмкость (C), Ампер/час Размеры, мм Вес, кГ
20-ти часовой разряд 10-ти часовой разряд 5-ти часовой разряд 1-но часовой разряд Длинна Ширина Высота Высота с ламелями
LA610 6 1 0,9 0,8 0,66 55 42 51 56 0,4
LA613 6 1,3 1,2 1,1 0,78 97 25 51 56 0,3
LA628 6 2,8 2,6 2,3 1,7 102 34 61 65 0,4
LA633 6 3,3 3 2,7 2 133 34 61 65 0,5
LA640 6 4 3,7 3,4 2,4 70 47 102 106 0,66
LA645 6 4,5 4,2 3,8 2,7 70 47 102 106 0,71
LA650 6 5 4,7 4,3 3 70 47 102 106 0,78
LA670 6 7 6,5 6 4,2 151 34 94 101 1,1
LA680 6 8 7,4 6,8 4,8 151 34 94 101 1,3
LA6100 6 10 9,3 8,5 6 151 50 94 99 1,7
LA6120 6 12 11,3 11 7,8 151 50 94 99 1,85
LA1212 12 1,2 1,1 1 0,72 97 48 52 57 0,62
LA1223 12 2,3 2,1 1,9 1,4 178 34 61 66 0,89
LA1232 12 3,2 2,95 2,7 1,9 133 67 61 66 1,25
LA1245 12 4,5 4,1 3,8 2,7 90 70 101 106 1,35
LA1250 12 5 4,7 4,3 3 90 70 101 106 1,68
LA1270 12 7 6,5 6 4,2 151 65 94 98 2,2
LA1275 12 7,5 6,9 6,4 4,5 151 65 94 98 2,35
LA1280 12 8 7,4 6,8 4,8 151 65 94 98 2,5
LA12100 12 10 9,4 9,1 6,5 151 98 94 100 3,2
LA12120 12 12 11,3 11 7,8 151 98 94 100 3,65
LA12140 12 14 12,9 11,8 8,4 151 98 94 100 3,8
LA12170 12 17 15,8 14,5 10,2 181 77 166 166 5,1
LA12180 12 18 16,7 15,3 10,8 181 77 166 166 5,9
LA12200 12 20 18,6 17,1 12,7 181 77 166 166 6
LA12240 12 24 22 20 14,4 165 175 125 125 8,7
LA12260 12 26 24,2 22,1 15,6 165 175 125 125 9
LA12310 12 31 28,8 26 18,6 194 132 170 170 11,2
LA12450 12 45 41,9 37,8 27 198 166 170 170 14
LA12650 12 65 60 54.6 39 350 166 174 174 22
LA121000 12 100 91 84 63 331 176 215 235 31
LA122000 12 200 182 168 126 522 240 219 244 66
                     

Одной из основных характеристик является емкость аккумулятора С (произведение тока разряда А на время разряда ч). Номинальная емкость (значение указано на батарее) равна емкости, которую отдает аккумулятор при 20-часовом разряде до напряжения 1,75 В на каждой ячейке. Для 12-вольтового аккумулятора, содержащего шесть ячеек, это напряжение равно 10,5 В. Например, аккумулятор с номинальной емкостью 7 Ач обеспечивает работу в течение 20 ч при токе разряда 0,35 А. При расчете времени работы аккумулятора при токе разряда, отличном от 20-часового, реальная емкость его будет отличаться от номинальной. Так, при более 20-часовом токе разряда реальная емкость аккумулятора будет меньше номинальной (рисунок 1).


рисунок1= emkosti.jpg - Зависимость времени разряда аккумулятора от тока разряда

рисунок2 = emkosti2.jpg - Зависимость емкости аккумулятора от температуры окружающей среды

Емкость аккумулятора также зависит от температуры окружающей среды (рисунок 2). Hi-Watt выпускаeт аккумуляторы двух номиналов: 6 и 12 В с номинальной емкостью 1,0 ... 200,0 Ач.


ЭКСПЛУАТАЦИЯ АККУМУЛЯТОРОВ

При эксплуатации аккумуляторов необходимо соблюдать требования, предъявляемые к их разряду, заряду и хранению.

1. Разряд аккумулятора

При разряде аккумулятора температура окружающей среды должна поддерживаться в пределах от минус 20 (для некоторых типов аккумуляторов от минус 30 °С) до плюс 50 °С. Такой широкий температурный диапазон позволяет устанавливать аккумуляторы в неотапливаемых помещениях без дополнительного подогрева.

Не рекомендуется подвергать аккумулятор "глубокому" разряду, так как это может привести к его порче. В таблице 2 приведены значения допустимого напряжения разряда для различных значений тока разряда.

Таблица 2
Ток разряда, А Допустимое напряжение разряда, В/ячейка
0,2 С и менее 1,75
От 0,2 до 0,5 1,70
От 0,5 до 1,0 1,55
От 1,0 и более 1,30

Аккумулятор после разряда следует немедленно зарядить. Это особенно касается аккумулятора, который был подвергнут "глубокому" разряду. Если аккумулятор в течение длительного периода времени находится в разряженном состоянии, то возможна ситуация, при которой восстановить полностью его емкость будет невозможно.

Некоторые разработчики источников питания со встроенным аккумулятором устанавливают напряжение отключения батареи при ее разряде предельно низким (9,5...10,0 В), пытаясь увеличить время работы в резерве. На самом деле увеличение продолжительности ее работы в этом случае незначительно. Например, остаточная емкость батареи при ее разряде током 0,05 С до 11 В составляет 10% от номинальной, а при разряде большим током это значение уменьшается.

2. Соединение нескольких аккумуляторов

Для получения номиналов напряжений свыше 12 В (например, 24 В), используемых для резервирования приемно-контрольных приборов и извещателей для открытых площадок, допускается последовательное соединение нескольких аккумуляторов. При этом следует соблюдать следующие правила:

  • - Необходимо использовать одинаковый тип аккумуляторов, производимых одной фирмой-изготовителем.
  • - Не рекомендуется соединять аккумуляторы с разницей даты времени изготовления больше чем 1 месяц.
  • - Необходимо поддерживать разницу температур между аккумуляторами в пределах 3 °С.
  • - Рекомендуется соблюдать необходимое расстояние (10 мм) между батареями.

    При соблюдении вышеперечисленных условий, допускается и параллельное соединение аккумуляторов. Но это следует применять в исключительных случаях, когда действительно невозможно подобрать аккумуляторную батарею по необходимой ёмкости или размерам.

    3. Хранение

    Допускается хранить аккумуляторы при температуре окружающей среды от минус 20 до плюс 40 °С.

    Аккумуляторы, поставляемые в полностью заряженном состоянии, имеют достаточно малый ток саморазряда, однако при длительном хранении или использовании циклического режима заряда возможно уменьшение их емкости (рисунок 3). Во время хранения аккумуляторов рекомендуется перезаряжать их не реже 1 раза в 6 месяцев.

  • Рисунок 3 = emkosti3 - Зависимость изменения емкости аккумулятора от времени хранения при различной температур

    Рисунок 4 Image - Зависимость срока службы аккумулятора от температуры окружающей среды




    4. Заряд аккумулятора

    • Заряд аккумулятора можно осуществлять при температуре окружающей среды от 0 до плюс 40 °С.
    При заряде аккумулятора нельзя помещать его в герметично закрытую емкость, так как возможно выделение газов (при заряде большим током).


    ВЫБОР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

    Необходимость правильного выбора зарядного устройства продиктована тем, что чрезмерный заряд будет не только уменьшать количество электролита, а приведет к быстрому выходу из строя элементов аккумулятора. В то же время уменьшение тока заряда приводит к увеличению продолжительности заряда. Это не всегда желательно, особенно при резервировании аппаратуры ОПС на объектах, где часто происходят отключения электроэнергии.
    Срок службы аккумулятора существенно зависит от методов заряда и температуры окружающей среды (рисунки 4, 5, 6).

    Рисунок 5 = emkosti5 - Зависимость изменения относительной емкости аккумулятора от срока службы в буферном режиме заряда

    Рисунок 6 = emkosti6 - Зависимость количества циклов разряда аккумулятора от глубины разряда* % показывает глубину разряда на каждый цикл номинальной емкости, взятой как 100%

    1. Буферный режим заряда

    При буферном режиме заряда аккумулятор всегда подключен к источнику постоянного тока. В начале заряда источник работает как ограничитель тока, в конце (когда напряжение на батарее достигает необходимого значения) - начинает работать как ограничитель напряжения. С этого момента ток заряда начинает падать и достигает величины, компенсирующей саморазряд аккумулятора.

    2. Циклический режим заряда

    При циклическом режиме заряда производится заряд аккумулятора, затем он отключается от зарядного устройства. Следующий цикл заряда осуществляется только после разряда аккумулятора или через определенное время для компенсации саморазряда. Характеристики заряда аккумулятора приведены в таблице 3.

    Таблица 3
    Характеристики Тип заряда, режим
    Буферный Циклический
    Напряжение, В/ячейка 2,25…2,30 2,40…2,45
    Начальный ток заряда, А 1/4 С, не более 1/4 С, не более
    Минимальное время заряда, ч 24 10
    Температурный коэффициент -3 мВ/ С/ ячейка -5 мВ/ С/ ячейка
    Температура окружающей среды, ° С от 0 до +40

    Примечание - Температурный коэффициент не следует принимать во внимание, если заряд протекает при температуре окружающей среды 10…30° С.

    На рисунке 6 показано количество циклов разряда, которым можно подвергнуть аккумулятор в зависимости от глубины разряда.

    3. Ускоренный заряд аккумулятора

    Допускается проведение ускоренного заряда аккумулятора (только для циклического режима заряда). Для данного режима характерно наличие цепей температурной компенсации и встроенных температурных защитных устройств, так как при протекании большого тока заряда возможен разогрев аккумулятора. Характеристики ускоренного заряда аккумулятора приведены в таблице 4.

    Таблица 4
    Характеристики Значения
    Начальный ток заряда, А 1,0…1,5 С
    Напряжение, В 2,45…2,50 В/ячейка при 20° С
    Время заряда (от 50% разряженного значения до полного заряда аккумулятора), ч 1…3
    Температурный коэффициент -5 мВ/ С/ ячейка
    Температура окружающей среды, ° С от 0 до плюс 30

    Примечание - следует использовать таймер, чтобы предотвратить перезаряд аккумулятора.

    Для аккумуляторов, имеющих емкость более чем 10 Ач, начальный ток не должен превышать 1C.
    Срок службы кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов может составлять 4...6 лет (при соблюдении требований, предъявляемых к заряду, хранению и эксплуатации аккумуляторов). При этом в течение указанного срока их эксплуатации никакого дополнительного обслуживания не требуется.