Типы свинцово-кислотных аккумуляторов
На текущий момент на рынке аккумуляторов наиболее распространены следующие типы:
- SLA (Sealed Lead Acid) Герметичные свинцово-кислотные или VRLA (Valve Regulated Lead Acid) клапанно-регулируемые свинцово кислотные. Изготовлены по стандартной технологии. Благодаря конструкции и применяемых материалов, не требуют проверки уровня электролита и доливки воды. Имеют невысокую устойчивость к циклированию, ограниченные возможности работы при низком разряде, стандартный пусковой ток и быстрый разряд.
- EFB (Enhanced Flooded Battery) Технология разработана фирмой Bosch. Это промежуточная технология между стандартной и технологий AGM. От стандартной такие аккумуляторы отличаются более высокой устойчивостью к циклированию, улучшен прием заряда. Имеют более высокий пусковой ток. Как и у SLA\VRLA, есть ограничения работы при низкой заряженности.
- AGM (Absorbed Glass Mat) На текущий момент лучшая технология (по соотношению цена\характеристики). Устойчивость к циклированию выше в 3-4 раза, быстрый заряд. Благодаря низкому внутреннему сопротивлению обладает высоким пусковым током при низкой степени заряженности. Расход воды приближен к нулю, устойчива к расслоению электролита благодаря абсорбции в AGM-сепараторе.
- GEL (Gel Electrolite) Технология, при которой электролит находиться в виде геля. По сравнению с AGM обладают лучшей устойчивостью к циклированию, большая устойчивость к расслоению электролита. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, и высокие требования к режиму заряда.
Существуют еще несколько технологий изготовления аккумуляторов, как связанных с изменением формы пластин, так и специфическими условиями эксплуатации. Не смотря на различие технологий, физико-химические процессы протекающие при заряде - разряде аккумулятора одинаковые. По-этому алгоритмы заряда различных типов аккумуляторов практически идентичны. Различия,в основном, связаны со значением максимального тока заряда и напряжения окончания заряда.
Например, при заряде 12-ти вольтового аккумулятора по технологии:
Определение степени заряженности аккумулятора
Есть два основных способа определения степени заряженности аккумулятора, измерение плотности электролита и измерение напряжения разомкнутой цепи (НРЦ).
НРЦ - это напряжение на аккумуляторе без подключенной нагрузки. Для герметичных (не обслуживаемых) аккумуляторов степень заряженности можно определить только измерив НРЦ. Измерять НРЦ необходимо не раньше, чем через 8 часов после остановки двигателя (отключения от зарядного устройства), с помощью вольтметра класса точности не ниже 1.0. При температуре аккумулятора 20-25оС (по рекомендации фирмы Bosch). Значения НРЦ приведены в таблице.
(у некоторых производителей значения могут отличаться от приведенных) Если степень заряженности аккумулятора меньше 80%, то рекомендуеться провести заряд.
Алгоритмы заряда аккумуляторов
Существуют несколько наиболее распространенных алгоритмов заряда аккумулятора. На текущий момент большинство производителей аккумуляторов рекомендуют алгоритм заряда CC\CV (Constant Current \ Constant Voltage – постоянный ток \ постоянное напряжение).
Такой алгоритм обеспечивает достаточно быстрый и «бережный» режим заряда аккумулятора. Для исключения долговременного пребывания аккумулятора в конце процесса заряда, большинство зарядных устройств переходит в режим поддержания (компенсации тока саморазряда) напряжения на аккумуляторе. Такой алгоритм называется трехступенчатым. График такого алгоритма заряда представлен на рисунке.
Указанные значения напряжения (14.5В и 13.2В) справедливы при заряде аккумуляторов типа SLA\VRLA,AGM. При заряде аккумуляторов типа GEL значения напряжений должны быть установлены соответственно 14.1В и 13.2В.
Дополнительные алгоритмы при заряде аккумуляторов
Предзаряд У сильно разряженного аккумулятора (НРЦ меньше 10В) увеличивается внутреннее сопротивление, что приводит к ухудшению его способности принимать заряд. Алгоритм предзаряда предназначен для «раскачки» таких аккумуляторов.
Асимметричный заряд Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора можно проводить заряд асимметричным током. При таком алгоритме заряд чередуется с разрядом, что приводит к частичному растворению сульфатов и восстановлению емкости аккумулятора.
Выравнивающий заряд В процессе эксплуатации аккумуляторов происходит изменение внутреннего сопротивления отдельных «банок», что в процессе заряда приводит неравномерности заряда. Для уменьшения разброса внутреннего сопротивления рекомендуется проводить выравнивающий заряд. При этом аккумулятор заряжают током 0.05...0.1C при напряжении 15.6...16.4В. Заряд проводиться в течении 2...6 часов при постоянном контроле температуры аккумулятора. Нельзя проводить выравнивающий заряд герметичных аккумуляторов, особенно по технологии GEL. Некоторые производители допускают такой заряд для VRLA\AGM аккумуляторов.
Определение емкости аккумулятора
В процессе эксплуатации аккумулятора его емкость уменьшается. Если емкость составляет 80% от номинальной, то такой аккумулятор рекомендуется заменить. Для определения емкости аккумулятор полностью заряжают. Дают отстояться в течении 1....5 часов и затем разряжают током 1\20С до напряжения 10.8В (для 12-ти вольтового аккумулятора). Количество отданных аккумулятором ампер-часов является его фактической емкостью. Некоторые производители используют для определения емкости другие значения тока разряда, и напряжения до которого разряжается аккумулятор.
Контрольно-тренировочный цикл
Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора одна из методик это проведение контрольно тренировочных циклов (КТЦ). КТЦ состоят из нескольких последовательных циклов заряда с последующим разрядом током 0.01...0.05С. При проведении таких циклов, сульфат растворяется, емкость аккумулятора может быть частично восстановлена.
- Провести внешний осмотр аккумулятора. Верхняя поверхность аккумулятора и клеммные соединения должны быть чистыми и сухими, не содержать загрязнений и коррозии.
- Если на верхней поверхности / наливных аккумуляторов есть жидкость, это может означать избыток залитой жидкости. Если жидкость имеется на поверхности гелевого или AGM аккумулятора, это означает избыточный заряд аккумулятора, и его рабочие характеристики и срок службы снизятся.
- Проверьте аккумуляторные кабели и подключения. Замените поврежденные кабели. Затяните ослабленные подключения.
Очистка
- Убедитесь, что все защитные колпачки надежно закреплены на аккумуляторе.
- Очистите верхнюю поверхность аккумулятора, клеммы и соединения при помощи ветоши или щетки и раствора пищевой соды и воды. Запрещается допускать попадание чистящего раствора внутрь аккумулятора.
- Ополосните водой и высушите чистой ветошью.
- Нанесите тонкий слой технического вазелина или средства для защиты клемм, которое можно приобрести у местного поставщика аккумуляторов.
- Содержите территорию вокруг аккумуляторов в чистоте и сухости.
Долив воды (ТОЛЬКО аккумуляторы с жидким электролитом)
В гелевые или AGM-аккумуляторы запрещается доливать воду, поскольку они не теряют ее в ходе эксплуатации. В / наливные аккумуляторы воду требуется добавлять периодически. Частота долива зависит от характера использования аккумулятора и температуры эксплуатации. Новые аккумуляторы следует проверять каждые несколько недель , чтобы определить частоту долива воды в конкретной сфере применения. Аккумуляторам обычно требуется более частый долив по мере их старения.
- Полностью зарядить аккумулятор перед доливом воды. Добавлять воду в разряженные или частично заряженные аккумуляторы можно только в том случае, если видны пластины. В этом случае долейте ровно столько воды, сколько требуется, чтобы закрыть пластины, а затем зарядите аккумулятор и продолжите процесс долива воды, описанный ниже.
- Снимите защитные колпачки и переверните их, чтобы грязь не попала на внутреннюю поверхность. Проверьте уровень электролита.
- Если уровень электролита значительно выше пластин, то воду доливать не обязательно.
- Если уровень электролита едва закрывает пластины, долейте дистиллированную или деионизированную воду до уровня на 3 мм ниже вентиляционной скважины.
- После долива воды установите защитные колпачки назад на аккумулятор.
- Воду из-под крана можно использовать в том случае, если уровень ее загрязнения находится в допустимых пределах.
Заряд и уравнительный заряд
Заряд
Правильный заряд чрезвычайно важен для максимально эффективной эксплуатации аккумулятора. Как недостаточный, так и избыточный заряд аккумулятора может существенно сократить срок его службы. Для правильного заряда смотрите инструкции, прилагающиеся к оборудованию. Большинство зарядных устройств -автоматические и заранее запрограммированные. В некоторых зарядных устройствах пользователь может устанавливать значения напряжения и силы тока. Смотрите рекомендации по заряду в Таблице.
- Удостоверьтесь в том, что зарядное устройство установлено на нужную программу для аккумуляторов с жидким электролитом, гелевых или AGM-аккумуляторов, в зависимости от вида используемого аккумулятора.
- После каждого использования аккумулятор должен быть полностью заряжен.
- Свинцово-кислотные аккумуляторы (с жидким электролитом, гелевые и AGM) не обладают эффектом запоминания, а потому им не требуется полной разрядки перед повторной зарядкой.
- Проводить заряд следует только в хорошо проветриваемых помещениях.
- Перед началом заряда проверьте уровень электролита, чтобы убедиться, что пластины закрыты водой (только для аккумуляторов с жидким электролитом).
- Перед началом заряда удостоверьтесь, что все защитные колпачки надежно закреплены на аккумуляторе.
- Аккумуляторы с жидким электролитом будут выделять газ (пузырьки) перед окончанием процесса зарядки, что обеспечит правильное смешивание электролита.
- Запрещается заряжать замерзший аккумулятор.
- Необходимо избегать проведения заряда при температуре свыше 49°C.
Схема 4
Схема 4 и 5
Уравнительный заряд (ТОЛЬКО для аккумуляторов с жидким электролитом)
Уравнительный заряд представляет собой избыточный заряд аккумулятора, выполняемый на аккумуляторах с жидким электролитом после их полного заряда. Компания Trojan рекомендует проводить уравнительный заряд только в том случае, если у аккумуляторов низкая удельная плотность, менее 1.250, или удельная плотность колеблется в широком диапазоне, 0.030, после полного заряда аккумулятора. Не следует проводить уравнительный заряд GEL или AGM аккумуляторов.
- Необходимо удостовериться, что аккумулятор является аккумулятором с жидким электролитом.
- Перед началом заряда проверить уровень электролита и убедиться, что пластины закрыты водой.
- Удостовериться, что все защитные колпачки плотно закреплены на аккумуляторе.
- Установить зарядное устройство в режим уравнительного заряда.
- В процессе уравнительного заряда в аккумуляторах будет выделяться газ (будут всплывать пузырьки).
- Измеряйте удельную плотность каждый час. Прекратить уравнительный заряд следует тогда, когда удельная плотность прекратит расти.
ВНИМАНИЕ! Запрещается проводить уравнительный заряд на гелевых или AGM-аккумуляторах.
Март 2016
Как известно, работа свинцово-кислотной аккумуляторной батареи основана на возникновении разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в электролит. Активное вещество отрицательного катода – чистый свинец, а положительного анода – двуокись свинца. В системах резервного и автономного питания могут применяться аккумуляторы, изготовленные по разным технологиям: обслуживаемые наливные, герметичные гелевые или AGM. Вне зависимости от технологии, химические процессы, протекающие в свинцово-кислотных аккумуляторах, схожи:
 |
При эксплуатации неизбежно происходит так называемое старение аккумулятора, то есть постепенная потеря емкости – вплоть до допустимого предела эксплуатации, обычно принимаемого по снижению емкости до 60% от исходной. В идеальных условиях реальный срок эксплуатации аккумуляторов в буферном режиме может приближаться к номинальному. |
Процесс старения аккумулятора может значительно ускориться в силу действия следующих разрушающих процессов:
- Сульфатация пластин;
- Коррозия пластин и осыпание активной массы;
- Испарение электролита или так называемое «высыхание» аккумулятора;
- Стратификация электролита (характерно только для наливных АКБ).
Сульфатация пластин
 | Когда аккумулятор разряжен, рыхлая активная масса превращается в твердые микрокристаллы сульфата свинца. Если зарядку аккумулятора не производить длительное время, микрокристаллы укрупняются, налет уплотняется и перекрывает доступ электролита к пластинам, что делает зарядку аккумулятора невозможной. Факторы, повышающие риск сульфатации:
Сульфатация пластин может быть частично устранена специальными режимами заряда АКБ. |
Коррозия и осыпание активного вещества
 | При коррозии чистый свинец решетки пластин, взаимодействуя с водой, окисляется в окись свинца. Окись свинца хуже проводит электроток к активному веществу намазки пластин, повышает внутреннее сопротивление и уменьшает стойкость аккумулятора к высоким токам разряда. На положительных пластинах коррозия ослабляет сцепление решетки с активным веществом. Кроме того, само активное вещество положительной пластины постепенно теряет прочность. При каждом цикле намазной слой пластины меняет состояние из объемной массы микрокристаллов окиси свинца в жесткую кристаллическую структуру сульфата свинца. Чередование сжатия и расширения снижает физическую прочность намазного слоя, что в сочетании с ослаблением сцепления приводит к сползанию и осыпанию активного вещества на дно аккумулятора. Коррозия и накопление отслоившегося активного вещества могут приводить к деформации пластин аккумулятора и, при наихудшем развитии событий, к их замыканию. |
Факторы, повышающие риск коррозии и осыпания активной массы:
- заряд слишком высоким напряжением;
- заряд недостаточным током – то есть долгое нахождение под высоким напряжением в фазе наполнения;
- слишком долгое нахождение в фазе абсорбции («перезаряд»);
- заряд аккумулятора слишком большим током;
- ускоренный разряд аккумулятора слишком большим током.
Осыпание (сползание) активной массы электролита – необратимое явление. Самое опасное последствие сползания активной массы – замыкание пластин.
Испарение электролита
 | При разряде на положительной пластине аккумулятора из воды образуется кислород. В нормальных условиях поддерживающего заряда кислород рекомбинирует на отрицательной пластине аккумулятора с водородом, восстанавливая исходное количество воды в электролите. Но диффузия кислорода в сепараторе затруднена, поэтому процесс рекомбинации не может быть 100% эффективным. Снижение доли воды изменяет зарядные характеристики аккумулятора и при определенном пороге делает заряд полностью невозможным. Факторы, повышающие риск «высыхания аккумулятора»:
|
Испарение электролита – необратимое явление для гелевых и AGM аккумуляторов. Основная причина высыхания, особенно для AGM – «перезаряд» аккумуляторов.
Терморазгон и термический пробой аккумуляторов
Старение аккумулятора в силу перечисленных выше процессов происходит ускоренными темпами, однако все же достаточно медленно и часто незаметно.
Рекомбинация газов в герметичной батарее – это химический процесс с выделением тепла. Когда рекомбинация идет при правильных значениях напряжения и тока заряда, нагрев не создает проблем. Однако, когда батарея перезаряжена , внутренняя температура повышается быстрее, чем батарея может быть охлаждена снаружи. Повышение температуры уменьшает зарядное напряжение, что в стадии абсорбции приводит к одновременному увеличению тока. Это в свою очередь вновь повышает температуру.
Запускается самоподдерживающийся цикл увеличения тока и тепловыделения, приводящий, при худшем развитии ситуации, к деформации решеток и внутреннему короткому замыканию с необратимым разрушением аккумулятора.
Факторы, повышающие риск появления эффекта терморазгона:
- прерывистый или «пульсирующий» заряд из-за нестабильного внешнего источника энергии или некачественного зарядного устройства;
- слишком долгое нахождение в фазе абсорбции – «перезаряд»;
- плохой теплоотвод или повышенная температура окружающей среды.
Специфика разрушающих процессов в цепочке АКБ
 | Нетрудно заметить, что при заряде отдельного аккумулятора все факторы риска устранимы обеспечением правильных условий эксплуатации и зарядного алгоритма. Однако в системах резервного энергоснабжения редко используется менее двух аккумуляторов. При параллельно-последовательном соединении зарядное устройство «видит» значения зарядного тока и напряжения только на оконечных клеммах, поэтому на отдельных аккумуляторах напряжения могут серьезно отличаться от рекомендуемых значений. Аккумулятор, имеющий более высокий уровень саморазряда (больший ток утечки), может вызывать перезаряд последовательно соединенных с ним элементов и неполный заряд параллельно соединенных с ним элементов
. Перезаряд и недозаряд повышают риск проявления практически всех разрушающих процессов. Поэтому для уменьшения опасности все аккумуляторы в цепочке должны иметь одинаковое состояние заряда и максимально близкие значения емкости.
Для новых установок рекомендуется использовать аккумуляторы не только одной марки, но и одной заводской партии. Однако практика показывает, что и в одной партии не бывает даже двух аккумуляторов с точно совпадающими характеристиками емкости, степени заряда и внутренних токов утечки. Тем более требование одинаковых характеристик недостижимо, когда нужно заменить поврежденный аккумулятор в уже эксплуатируемой батарее. |
Незначительный разброс по степени заряженности новых аккумуляторов чаще всего сглаживается в процессе приработки за несколько циклов разряда и заряда. Но при значительном разбросе или различиях характеристик емкости разбаланс между отдельными АКБ массива со временем только возрастает.
Систематические перезаряды аккумуляторов с меньшей емкостью и возможные переполюсовки недозаряженных аккумуляторов при глубоких разрядах приводят к накоплению повреждений и выходу из строя отдельных аккумуляторов. В силу эффекта терморазгона даже один вышедший из строя аккумулятор может уничтожить весь массив батареи.
Активное выравнивание заряда аккумуляторов
Сгладить различия параметров аккумуляторов можно используя специальное устройство, называемое балансир заряда АКБ или нивелир разбаланса.
ВАЖНО! Применение балансиров заряда снижает риск возникновения разрушающих процессов, однако не может исправить уже серьезно поврежденный АКБ.
Физически устройство выравнивания заряда аккумуляторов представляет собой компактный электронный модуль, подключаемый к каждой паре последовательно соединенных элементов:
- для батареи номиналом 24В требуется один балансир заряда на цепочку (схема1).
- для батареи номиналом 48В требуется три балансира заряда на цепочку (схема 2).
Электропитание SBB осуществляется от самой батареи или от источника заряда. Собственное энергопотребление SBB мало и соизмеримо с потерями на саморазряд.
Эффективность нивелира SBB2-12-A принципиально выше, чем у других балансиров заряда, работа которых основана либо на шунтировании избыточной зарядной мощности (т.н. пассивные балансиры, создают прямые потери энергии), либо на селективном подзаряде элементов (выравнивание идет только во время заряда). Максимальный ток выравнивания SBB2-12-A – 5А, что превосходит возможности всех представленных на рынке альтернативных устройств.
Эффект применения балансира заряда :
1) Повышение общей надежности и увеличение срока службы аккумуляторов.
2) Увеличение энергоотдачи аккумуляторной батареи, т.к. при глубоких разрядах батарей более полно используется емкость всех аккумуляторов в последовательной цепи.
Балансиры SBB работают постоянно, поддерживая аккумуляторы в равновесном состоянии даже при выключенном зарядном устройстве.
Схема подключения
Схема подключения нивелира (балансира) на батарею 24В и 48В.
Ниже представлены схемы подключения нивелира заряда SBB2-12-A к свинцово-кислотным аккумуляторным аккумуляторам 12В в батареях номиналом 24В и 48В.
|
|
||
Схема 1. Батарея 24В из двух АКБ 12В | Схема 2. Батарея 48В из четырех АКБ 12В |
Подключение нивелира (балансира) на батарею из нескольких параллельных цепочек.
Допускается работа одного балансира выравнивания заряда SBB на 2-3 параллельных цепочки аккумуляторов – если разбаланс невелик и нет превышения по максимальному току выравнивания. Отдельная балансировка каждой цепочки дает лучшие результаты за счет селективности корректирующего воздействия .
При использовании одного нивелира на несколько цепочек необходимо применять схему соединения аккумуляторов с шинами постоянного тока и соединением средних точек (Схема 3).
При использовании отдельного нивелира в каждой цепочке можно применять обычную схему соединения аккумуляторов (Схема 4).
При работе аккумуляторных стеков в буферном или циклическом режиме, а также при расширении подобных систем, возможно неравномерное распределение отдачи электрической энергии, что приводит к более быстрому устареванию АКБ. Как правильно проводить выравнивание заряда аккумулятора читайте в этой статье.
Периодическое выравнивание электрического заряда аккумуляторов в системе – это необходимый процесс, обеспечивающий правильную работу оборудования. Если несколько АКБ связаны в цепь, со временем может произойти разбалансировка – заметное изменение напряжения отдельных батарей. Чтобы этого избежать, рекомендуется раз в полгода осуществлять ребалансировку. Обычно ее проводят, используя повышенное напряжение, на протяжении двадцати четырех часов. Узнать конкретное напряжение можно из спецификации аккумулятора на нашем сайте, посмотреть данные на сайте производителя или уточнить у продавца.
Многоуровневые системы – краткая характеристика и назначение
Системы, использующие несколько аккумуляторных батарей, широко используются в быту и на производстве. Про схемы подлючения аккумуляторов в многоуровневые системы . Здесь же нужно сказать, что они весьма полезны для длительного обеспечения бесперебойным электропитанием котлов отопления, а также для создания «зеленых» систем энергетики, работающих от солнечных батарей и ветро генераторов. Ведь, кроме того, что нужно произвести электричество, его надо еще где-то накапливать и хранить. Именно для этих целей необходимы системы из нескольких аккумуляторных батарей, при помощи которых из 12-вольтовых АКБ можно собрать систему любой емкости и вольтажа.
Как уже было сказано выше, при длительной работе возникают проблемы, связанные с разбалансировкой АКБ, далее мы поговорим об этом подробнее.
Для того чтобы избежать разбалансированности заряда в новых батареях рекомендуется покупать сразу все батареи одного производителя, одинаковой серии, типа и емкости с одинаковой датой выпуска. При нарушении данных правил или расширении системы - выравнивание заряда аккумуляторов нужно производить обязательно!
Если в процессе службы системы бесперебойного питания возникает необходимость расширения по емкости, то самым идеальным вариантом будет подобрать дополнительную батарею исходя из вышеперечисленных требований не более года в разнице по дате выпуска.
Дело в том, что спустя год после работы такой системы в свинцово-кислотных аккумуляторах глубокого разряда могут происходить необратимые процессы и нормальная совместная их работа не гарантирована. Т.е. новая батарея может быть выведена из строя более старыми. При существенном различии в дате производства год и более, послепродажная гарантия производителя на новую батарею может быть потеряна!
Разбалансировка – что это такое и как с ней бороться
Время от времени, во всех системах, использующих АКБ с последовательным, параллельным или смешанным типом подключения возникает разбалансировка заряда. Из-за нее происходит ухудшение работоспособности аккумуляторов, уменьшение емкости и выход из строя отдельных батарей раньше паспортного срока.
Проблема в том, что все АКБ немного отличаются друг от друга, даже если это батареи одной марки. При создании блока АКБ, эти отличия могут усиливаться. Предположим, в системе есть батарея с сопротивлением, немного большим, чем у соседних. Естественно, при зарядке, напряжение на ней будет несколько выше, может даже сработать защита от повышенного напряжения. Во время отдачи электроэнергии напряжение этой батареи будет самым меньшим, как и ее емкость. Все это приводит к тому, что ресурс всей системы будет использоваться не полностью. В результате – деградация и усиление дефекта с течением времени. Слабое звено будет ухудшать производительность всего блока АКБ. Можно, конечно, купить другую батарею, но это не панацея. Что делать если аккумуляторы относительно новые? Да и стоимость не копеечная.
Есть два способа выравнивания заряда аккумуляторов:
- Пассивный;
- Активный.
При первом способе используют байпасные цепи, которые распыляют энергию. Эти устройства могут быть вмонтированы в систему ИБП, или находиться в отдельной микросхеме. Чаще всего, этот способ используют в бюджетном оборудовании. Почти вся излишняя электроэнергия от АКБ с превосходящим зарядом преобразуется и рассеивается – в этом заключается основное ограничение пассивного способа. Он уменьшает срок функционирования системы без зарядки.
При активном способе балансировки, для передачи электроэнергии от АКБ с более высоким зарядом к слабым батареям, применяют индуктивность, поэтому, потери не высоки. Благодаря этому, активный способ гораздо более эффективен, нежели пассивный. Но за качество придется все-таки доплачивать, активное оборудование стоит дороже.
Выравнивание заряда АКБ – практика
Система, выравнивающая заряд аккумуляторной батареи необходима для технического обслуживания АКБ с последовательным типом соединения, при зарядке их от единого источника. Аккумуляторы, с последовательным соединением формируют единую цепь или линейку. Их может быть несколько, зависимо от характера системы. Оборудование способно регулировать токи на отдельных батареях в нескольких цепях одновременно.
Система состоит из контроллера, который отвечает за регулирование заряда. Он подключается к общему источнику энергии цепи. Также имеются отдельные датчики, устанавливаемые на аккумуляторе. Это оборудование коммутируется при помощи специального шлейфа.
Батареи в одной цепи должны быть равной емкости, иначе оборудование не справится с задачей балансировки заряда на аккумуляторах. Чем больше разница в емкостных характеристиках, тем больше циклов зарядки и разрядки потребуется для выравнивания заряда аккумуляторных батарей.
Принцип работы балансировщика заряда
Контроллер анализирует напряжение и запускается, если оно увеличивается. Система высчитывает средний показатель и, по специальным шлейфам, берет информацию с каждого отдельного аккумулятора. Если напряжение на АКБ превышает среднее, то контроллер подает команду на компенсацию нагрузки. Если ниже – нагрузка снимается. Эти действия привязаны к циклам зарядки-разрядки, и, с каждым новым кругом, напряжение приводится к средним показателям.
Если показатель общего электрического напряжения не увеличивается на протяжении трех рабочих часов, то контроллер сигнализирует о том, что работа завершена и подает команду на отключение датчиков на АКБ. Но, анализ электрического напряжения не прекращается.
На всех батареях ставят датчик-контроллер напряжения. Лучше всего, это сделать рядом с контактами, потом подключить плюс к плюсу, минус – к минусу. При правильном монтаже датчик мигает. Если сигнала нет – или неправильно подключили, или аккумулятор не исправен. По COM-порту контроллер может выводить информацию по каждой батарее на персональный компьютер.
Кроме того, контроллер сигнализирует при падении, или повышении напряжения на аккумуляторах, ниже 10,5 Вольт и выше 15 Вольт.
Выводы
Выравнивание зарядов аккумуляторов – необходимая техническая мера. Она повышает безопасность использования АКБ и увеличивает срок их службы. Современные контроллеры балансировки АКБ тестируют техническое состояние каждой батареи и дают возможность использовать систему, минимизировав потери. В целом, это полезно из соображений безопасности и гарантирует надежную и бесперебойную работу оборудования.
8.1. Режим постоянного подзаряда.
Все АБ в электрических сетях и подстанциях должны эксплуатироваться в режиме постоянного подзаряда.
Полностью заряженную аккумуляторную батарею нужно включать на шины параллельно с постоянно работающим подзарядным агрегатом. Подзарядный агрегат питает нагрузку постоянного тока и вместе с тем подзаряжает АБ, компенсируя ее саморазряд. Концевые АЭ также должны работать в режиме постоянного подзаряда.
При включении мощной толчковой нагрузки, а также при потере питания подзарядного агрегата со стороны сменного тока аккумуляторная батарея принимает на себя вся погрузка сети постоянного тока.
В аварийных режимах АБ также должна обеспечивать работу необходимого оборудования ЭС или ПС на протяжении не менее 1 ч с необходимым уровнем напряжения расчетного режима.
Для аккумуляторной батареи типа СК напряжение подзаряда должно составлять 2,20 ± 0,05 В на АЭ.
Для аккумуляторных батарей типа СН напряжение подзаряда должно составлять 2,18 ± 0,04 В на АЭ при окружающей температуре не выше 35 °С. Если температура выше, то напряжение должно составлять 2,14 ± 0,04 В.
Для аккумуляторных батарей разных фирм, которые используют основные типы аккумуляторов (Vb VARTA, OPzS, GroE и др.) напряжение подзаряда должно составлять 2,23 ± 0,005 В на АЭ при окружающей температуре 20 °С. Для других типов фирменных АЭ (FIAMM, OGi и др.) напряжение подзаряда должно отвечать требованиям технической документации на конкретный тип АЭ завода-изготовителя, фирмы-поставщика ((2,27± 0,03) В; 2,27 В ± 1 %; 2,23 В ± 1 % и т.п.).
Разброс напряжения на отдельных АЭ в составе АБ в режиме подзаряда не должно превышать плюс 0,1 В/минус 0,05 В от напряжения подзаряда.
Разброс температур электролита должен составлять не более 3°С сравнительно с средней температурой электролита аккумуляторных батарей. Средняя температура АБ не должна превышать температуру окружающего воздуха (среды) на 3 °С.
Подзарядная установка должна обеспечивать стабилизацию напряжения на аккумуляторной батарее с отклонениями, которые не превышают требования, установленные заводом-изготовителем, а для фирменных АБ — не более ± 1 % номинального напряжения (или требований, установленных фирмами-поствщиками).
Необходимые конкретные значения тока и напряжения не могут быть заданы раньше времени. Необходимо установить и поддерживать среднее значение напряжения подзаряда и вести надзор за аккумуляторной батареей. Снижение плотности электролита у большинства аккумуляторов свидетельствует о недостаточности тока подзаряда. При этом, как правило, необходимое напряжение подзаряда составляет 2,25 В для аккумуляторов типа СК и не ниже 2,20 В — для аккумуляторов типа СН.
8.2 Режим заряда.
При условии соблюдения требований эксплуатации, а также в зависимости от состояния АБ, местных условий, наличия соответствующих типов зарядных устройств (агрегатов), наличия времени допускается применение любых известных методов заряда и их модификаций:
- при постоянной силе тока;
- при плавно нисходящей силе тока;
- при постоянном напряжении и др.
Метод заряда устанавливается инструкцией предприятия.
При этом не должно быть условий, при которых для конкретных типов АЭ могут возникнуть недопустимые напряжения и ток заряда, превышение температуры электролита и процессы интенсивного газообразования.
Во время заряда через соответствующие промежутки времени следует измерять и регистрировать необходимые параметры для контроля состояния аккумуляторных батарей.
Заряд при постоянной силе тока необходимо выполнять в одну или две степени.
При двухступенчатом заряде ток первой степени не должен превышать для аккумуляторов типа СК 0,25С10, для аккумуляторов типа СН — 0,2С10, для фирменных аккумуляторов, в зависимости от типа — 0,7С10 (до достижению напряжения 2,40 В на АЭ).
При повышении (достижении) напряжения до 2,30-2,35 В/эл. для обычных и 2,40 В на АЭ для фирменных заряд переводят на вторую степень, ток заряда при этом должен быть не более: для аккумуляторов типа СК — 0,12С10, для аккумуляторов типа СН — 0,05С10 и для фирменных аккумуляторов — 0,35С10 .
При одноступенчатом заряде ток не должен превышать значения, которое равно 0,12С10 для аккумуляторов типов СК и СН и 0,15С10-для фирменных аккумуляторов. Заряд током 0,12С10 аккумуляторов типа СН допускается только после аварийных разрядов.
Заряд ведется до постоянного напряжения и плотности электролита на протяжении 1 ч для аккумуляторов типа СК и на протяжении 2 ч — для аккумуляторов типа СН.
Заряд фирменных аккумуляторов ведется до постоянного напряжения на уровне 2,6-2,8 В/эл. и плотности электролита 1,24 ± 0,010 г/см3 (приведенных к температуре 20 °С) на протяжении 2 ч.
Во время заряда фирменных аккумуляторов методом плавно нисходящей силы тока до достижения напряжения 2,4 В/эл. зарядный ток не ограничивается. При напряжении 2,40 В/эл. ток заряда не должен превышать 0,15С10, а при напряжении 2,65 В/эл. — 0,035С10.
Заряд при постоянном напряжении необходимо проводить в одну или две степени.
Заряд в одну ступень ведется при постоянном напряжении 2,15-2,35 В на АЭ обычных типов СК и СН. При этом начальный ток заряда может превышать значение 0,25С10, но потом он автоматически снижается до уровня 0,05С10.
Заряд фирменных аккумуляторов ведется при постоянном напряжении 2,25-2,30 В/эл., при этом начальный ток заряда составляет (0,1-0,3)С10.
Заряд в две ступени обычных типов ведется на первой ступени током, который не превышает 0,25С10, до напряжения 2,15-2,35 В на АЭ, а потом при постоянном напряжении — от 2,15 до 2,35 В/эл.
Фирменные аккумуляторы на первой ступени заряжаются током (0,1-0,15)С10 до достижения напряжения 2,35 В/эл., а на второй ступени поддерживается постоянное напряжение заряда 2,23 В ± 1 %, при этом ток заряда автоматически постепенно снижается. Заряд заканчивается при достижении на протяжении 2 ч постоянных значений напряжения и плотности электролита на АЭ.
Заряд аккумуляторных батарей с элементным коммутатором необходимо проводить в соответствии с инструкцией предприятия.
Во время заряда напряжение, в конце заряда, может достигать 2,60-2,70 В/эл.; заряд сопровождается сильным «кипением» электролита аккумуляторов, который вызовет повышенный износ электродов и сокращение срока службы, в особенности для фирменных аккумуляторов.
При всех зарядах аккумуляторам должно быть сообщено не менее 115 % емкости от снятой на предшествующем разряде.
Во время заряда необходимо измерять напряжение, температуру и плотность электролита аккумуляторов в соответствии с таблицей 8.
Перед включением, через 10 мин после включения и после окончания заряда перед отключением зарядного агрегата необходимо измерять и записать параметры каждого аккумулятора, а во время заряда — контрольных аккумуляторов. Записываются также ток заряда, емкость возрастающим итогом и дату заряда.
Температура электролита во время заряда аккумуляторов типа СК не должна превышать 40°С. При температуре 40°С зарядный ток должен быть снижен до значения, которое обеспечит указанную температуру.
Температура электролита во время заряда аккумуляторов типа СН не должна превышать 35°С. При температуре более 35°С заряд ведется током, который не превышает 0,05С10, а при температуре более 45 °С — током 0,025С10.
В фирменных аккумуляторах типа Vb VARTA, ОPzS, GrоЕ и т.п. соответственно требованиям ТУ и технической документации во время заряда не допускается повышение температуры электролита более 55 °С.
При заряде аккумуляторов типа СН (а также фирменных аккумуляторов, в которых используют специальные фильтры и накладки с клапанным регулированием) постоянной или плавно нисходящей силой тока необходимо снять вентиляционные фильтр-пробки.
8.3. Уравнительный заряд.
Одинаковый ток подзаряда даже при оптимальном напряжении подзаряда аккумуляторных батарей через разность в саморазряде отдельных аккумуляторов может быть недостаточным для поддержания всех аккумуляторов в полностью заряженном состоянии.
Для приведения всех аккумуляторов типа СК в полностью заряженное состояние и для предотвращение сульфатации электродов необходимо проводить уравнительный заряд напряжением 2,30-2,35 В/эл. до достижения постоянного значения плотности электролита во всех аккумуляторах 1,20-1,21 г/см3 при температуре 20 °С.
Частота проведения уравнительных зарядов аккумуляторов и их продолжительность зависят от состояния АБ. Уравнительный заряд необходимо проводить не реже одного раза в год продолжительностью не менее 6 ч.
На те АБ, где по условиям работы электроустановки напряжение подзаряда может поддерживаться лишь на уровне 2,15 В на АЭ, уравнительный заряд необходимо проводить ежеквартально.
Для фирменных АБ необходимость, периодичность и условия выполнения уравнительных зарядов определяются (согласовываются) соответственно технической документации фирм-поставщиков на конкретные типы аккумуляторов.
При снижении уровня электролита до 20 мм над защитным щитком аккумуляторов типа СН следует долить воду и провести уравнительный заряд для полного перемешивания электролита и приведение всех аккумуляторов в полностью заряженное состояние.
Уравнительный заряд ведется при напряжении 2,25-2,40 В/эл. до достижения постоянного значения плотности электролита во всех аккумуляторах 1,240 ± 0,005 г/см3 при температуре 20°С и его уровня 35-40 мм над предохранительным щитком.
Продолжительность уравнительного заряда ориентировочно составляет:
- при напряжении 2,25 В — 30 суток;
- при напряжении 2,40 В — 5 суток.
Если во время контроля напряжения на АЭ отклонение его превышает среднее значение на ± 0,05 В, необходимо дополнительно проконтролировать плотность электролита в этом АЭ (и за необходимости скорректировать ее).
Если аккумуляторная батарея имеет единичные аккумуляторы с сниженным напряжением и сниженной плотностью электролита (отстающие аккумуляторы), то для них проводится дополнительный уравнительный заряд от отдельного выпрямительного устройства.
8.4. Разряд аккумуляторных батарей.
АБ, которые работают в режиме постоянного подзаряда, в нормальных условиях практически не разряжаются. Они разряжаются только в случае неисправности или отключения подзарядного устройства, в аварийных условиях или во время проведения контрольных разрядов.
Отдельные аккумуляторы или группы аккумуляторов подлежат разряду во время проведения ремонтных работ или устранение неполадок.
Для аккумуляторной батареи на ПС расчетная продолжительность аварийного разряда устанавливается не менее 1 ч. Чтобы обеспечить указанную продолжительность, разрядный ток не должен превышать значений 18,50 х № А и 25 х № А соответственно.
Для фирменных АБ расчетный разрядный ток определяется соответственно технической документации на конкретный тип АЭ.
При разряде АБ токами, меньшими 10-часового режима разряда, не допускается определять окончания разряда только по напряжению. Конец разряда определяется по таким условиям:
- снижение плотности электролита до значения 1,15 г/см3 (на 0,03-0,06 г/см3 сравнительно с плотностью электролита в начале разряда);
- снижение напряжения до 1,80 В;
- снятие емкости после 10-часового режима.
8.5. Контрольный разряд.
Контрольные разряды одного наиболее отстающего АЭ или проверку работоспособности АБ толчковым током нужно выполнять по утвержденной в установленном порядке программой.
Контрольные разряды необходимо выполнять для определения фактической емкости АБ и проводить 10-часовым или 3-часовым режимом разряда.
Значение тока разряда каждый раз должно быть одинаковым, но не выше максимально допустимого для конкретного типа аккумуляторной батареи.
Для АБ (АЭ), которые используются в отрасли, конечное напряжение контрольных разрядов составляет 1,80 В/эл. во время разрядов 10-, 5-, трехчасовым током разряда и 1,75 В/эл. — во время разрядов одночасовым и 0,5-часовым током разряда.
Фирменные аккумуляторы допускают более глубокие разряды по конечным напряжениям, однако с целью унификации требований на период освоения и приобретения эксплуатационного опыта, конечное напряжение 10-часового контрольного разряда устанавливается 1,80 В/эл.
На ПС контрольные разряды проводятся при необходимости. В тех случаях, если число аккумуляторов недостаточное для обеспечения напряжения на шинах в конце разряда в заданных границах, допускается проводить разряд части основных аккумуляторов.
Контрольные разряды фирменных аккумуляторных батарей типа Vb VARTA, OPzS и т.п. выполняются соответственно требованиям технической документации (ТУ) фирм-поставщиков, но не реже одного раза в пять лет. При выявлении тенденции к снижению фактической емкости АБ ниже номинальной контрольные разряды допускается выполнять каждые шесть месяцев.
Перед контрольным разрядом необходимо провести уравнительный заряд аккумуляторных батарей.
Результаты измерений контрольного разряда необходимо сравнить с результатами измерений предшествующих разрядов. Для более правильной оценки состояния АБ необходимо, чтобы все контрольные разряды данной аккумуляторной батареи велись в том же самом режиме и заносились в журнал АБ.
Перед началом разряда необходимо фиксировать дату разряда, напряжение, плотность электролита каждого аккумулятора и температуру в двух-трех контрольных аккумуляторах.
Во время разряда на контрольных и отстающих аккумуляторах следует измерять напряжение, температуру и плотность электролита в соответствии с таблицей 9.
Таблица №9
На протяжении последнего часа разряда напряжение аккумуляторов нужно измерять через каждые 15 мин.
Контрольный разряд необходимо проводить к напряжению 1,8 В хотя бы на одном аккумуляторе. Для некоторых типов фирменных аккумуляторных батарей в инструкциях предприятия может быть установлено, что контрольный разряд следует прекратить после достижения на выводах полюсов АБ конечного напряжения разряда n х 1,8 В или после завершения соответствующего времени (10 ч).
В конце разряда нужно отобрать пробы электролита из контрольных аккумуляторов для химического анализа и проверки содержимого примесей в соответствии с ГОСТ 667—73, ГОСТ 6709—72, ПУЭ или в соответствии с требованиями фирм-поставщиков.
После первого года эксплуатации АБ типа СК, СН анализ электролита необходимо выполнить из всех АЭ.
В конце разряда на все АЭ следует измерить и записать напряжение, температуру и плотность электролита, а также напряжение между полюсами аккумуляторных батарей и между полюсами АБ и «землей».
Если средняя температура электролита во время разряда будет отличаться от 20 °С, то полученную фактическую емкость необходимо привести к емкости при температуре 20 °С по формуле:
С20 = СФ/1+ α(t-20), где
С20 - емкость, приведенная к температуре 20°С, А х час;
СФ - емкость, фактически отданная во время разряда, А х час;
α - температурный коэффициент, в соответствии с таблицей 10;
t - средняя температура электролита во время разряда, °С.
Таблица №10.
8.6. Доливка аккумуляторов.
Электроды в АЭ всегда должны быть полностью утопленными в электролит.
Уровень электролита в аккумуляторах типа СК необходимо поддерживать на 10-15 мм выше верхнего края электродов. При снижении уровня электролита нужно доливать аккумуляторы дистиллированной водой, проверенной на отсутствие содержимого хлора и железа. Допускается использование парового конденсата в соответствии с ГОСТ 6709—72. Вода может подаваться в придонную часть бака через трубку или в верхнюю его часть. В последнем случае рекомендуется провести подзаряд батареи с «кипением» для выравнивания плотности электролита.
Доливать аккумуляторы с плотностью электролита ниже 1,20 г/см3 электролитом плотностью 1,18 г/см3 можно только при выявлении причин снижения плотности.
Уровень электролита в аккумуляторах типа СН должен быть в границах от 20 до 40 мм над предохранительным щитком. Если доливка происходит при снижении уровня до минимальной границы, необходимо провести уравнительный заряд.
В нормальных условиях эксплуатации некоторые аккумуляторы (типа «Монолит», SMG и др.), в особенности с клапанным регулированием (типа VRLA и др.), не нуждаются в доливке электролита на протяжении всего срока службы. Для некоторых типов аккумуляторов (фирмы VARTA и др.) интервалы доливки могут составлять более трех лет.
Необходимо иметь в виду, что наиболее часто при нижнем уровне электролита плотность электролита повышается, поэтому следует доливать дистиллированную воду соответствующего качества (ГОСТ 6709—72). Доливать воду необходимо не позднее, чем уровень электролита снизится к отметке нижнего допустимого уровня. В фирменные аккумуляторы электролит доливается до уровня, который находится на 5-10 мм ниже нанесенного максимально допустимого уровня «макс».
Для достижения однородности электролита необходимо выполнить уравнительный заряд.