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 разряде через пластины проходит электрический ток, и пластины покрываются серным окислом (сульфатом) свинца. Сульфат свинца оседает на пластинах в виде пористого налета. При заряде идет обратная реакция восстановления активного вещества, на отрицательных пластинах накапливается чистый свинец, а на положительных – пористая масса окиси свинца. К сожалению, полное восстановление активного вещества в каждом новом цикле разряда-заряда невозможно . 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: длительное хранение в разряженном состоянии; хронический недозаряд аккумулятора в циклическом режиме (необходим 100% заряд не реже чем раз в месяц); экстремально глубокий разряд аккумулятора. 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»: эксплуатация при высокой температуре окружающей среды; заряд слишком большим током или напряжением; слишком высокое напряжение поддерживающего заряда - «перезаряд» 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).

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:

1. при постоянной силе тока;
2. при плавно нисходящей силе тока;
3. 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:

1. при напряжении 2,25 В — 30 суток;
2. 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:

1. снижение плотности электролита до значения 1,15 г/см3 (на 0,03-0,06 г/см3 сравнительно с плотностью электролита в начале разряда);
2. снижение напряжения до 1,80 В;
3. 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.

Одинаковый ток подзаряда даже при оптимальном напряжении подзаряда батареи может быть недостаточным для поддержания всех элементов батареи в полностью заряженном состоянии. Это происходит из-за различий в саморазряде отдельных элементов.

Для приведения всех элементов АБ в полностью заряженное состояние и для предупреждения сульфатации электродов необходимо проводить уравнительные заряды напряжением 2,30ч2,35 В на элемент до достижения установившегося значения плотности электролита во всех элементах 1,20ч1,21г/см3 при температуре 20 °С. Уравнительный заряд проводят по программе. Производить уравнительный заряд батареи должен работник, ответственный за эксплуатацию АБ.

Для фирменных батарей необходимость, периодичность и условия выполнения уравнительных зарядов определяют в соответствии с технической документацией фирм-поставщиков или заводов-изготовителей.

Частота проведения уравнительных зарядов и их продолжительность зависят от состояния батареи и должны быть не реже одного раза в год с продолжительностью не менее 6 часов. На тех АБ, где по условию работы электроустановки напряжение подзаряда может поддерживаться только на уровне 2,15 В на элемент, уравнительные заряды необходимо проводить ежеквартально

Если во время контроля отклонение напряжения на АЭ превышает среднее значение на ±0,05 В, то необходимо дополнительно проконтролировать плотность электролита в этом элементе (и при необходимости скорректировать ее). Если в АБ имеются единичные элементы с пониженным напряжением и сниженной плотностью электролита (отстающие аккумуляторы), то для них необходимо проводить дополнительный уравнительный заряд от отдельного выпрямительного устройства.

Уравнительный заряд производится без вывода АБ из работы. Зарядное устройство включается по схеме заряда на все элементы (основные и концевые). Номинальное напряжение на шинах постоянного тока поддерживается при помощи переключения шинок управления в положение 100го элемента. Для выравнивания тока заряда необходимо подключить дополнительное разрядное сопротивление между 100м и последним элементом (RН1).

В том случае, если аккумуляторная батарея имеет дополнительные элементы, то необходимо подключить дополнительное разрядное сопротивление параллельно этим элементам (Rн2).Возможен вариант использования одного регулируемого сопротивления, в нормальном режиме подключенного между 108-120 эл., которое при уравнительном заряде подключается к 100 - 120 эл.

Контрольный разряд АБ

Контрольный разряд АБ на ПС производится с целью определения ее фактической емкости током 10ти или 3х часового режима разряда. Решение о проведении контрольного разряда оформляется после анализа ее состояния и работоспособности по результатам инспекторских осмотров, проверки толчковым током, наличии значительного количества отстающих элементов, наличии невыясненных причин отказов включения масляных выключателей. Контрольный разряд выполняет лицо, ответственное за эксплуатацию АБ, при наличии разрешенной заявки и в соответствии с утвержденной главным инженером МЭС программой.

Перед контрольным разрядом АБ необходимо произвести уравнительный заряд АБ. Перед началом разряда необходимо зафиксировать дату разряда, напряжение, плотность электролита каждого АЭ и температуру в контрольных элементах.

Глубина разряда должна строго контролироваться по двум параметрам: по напряжению и плотности электролита. Если контрольный разряд проводится током 3х или 10ти часового режима разряда, то в этом случае разряд должен прекращаться при достижении хотя бы на одном элементе напряжения 1,8 В. При разряде малыми токами разряд должен прекращаться:

· при снижении напряжения до 1,8 В хотя бы на одном элементе;

· при снижении плотности электролита до значения с= 1,15 г/см3 (на 0,03ч0,05 г/см3 против первоначальной плотности в начале разряда)

· при снятии номинальной емкости 10ти часового режима разряда.

При разряде не допускается отнимать от АБ емкость, большую гарантированной для данного режима разряда. Во время разряда на контрольных и отстающих АЭ следует измерять температуру и плотность электролита согласно с таблицей №2.

Таблица №2 Объем необходимых измерений при разряде АБ

В конце разряда на всех элементах АБ необходимо измерить и записать напряжение, температуру и плотность электролита, а также напряжение между полюсами АБ и между каждым полюсом и «землей». Отобрать пробы электролита из контрольных элементов для химического анализа и проверки содержания примесей в электролите. После первого года эксплуатации анализ электролита необходимо выполнить из всех элементов АБ.

Значение тока разряда каждый раз должно быть одно и то же Результаты измерений при контрольных разрядах должны сравниваться с результатом измерений предыдущих разрядов. Их значения не должны отличаться более чем на 10 %.

Если при контрольном разряде выяснится, что емкость АБ значительно отличается от номинальной, необходимо проверить емкость электродов при помощи кадмиевого электрода и в зависимости от результатов проверки наметить мероприятия по восстановлению емкости АБ.

В качестве примера рассмотрена классическая батарея немецкого концерна Hawker Gmbh - Perfect Plus. Ничего сложного в уходе за батареей нет. Необходимо лишь четко по инструкции и в определенные сроки производить ряд операций, которые позволят максимально долго работать приобретенной Вами батарее, а значит, - сэкономит Ваши средства.

Особые свойства свинцовых батарей:

Емкость 5-ти часовая, т.е. номинальная емкость может быть получена при разряде постоянным током в течение 5 часов до установленного конечного напряжения разряда 1,7 В/элемент при исходной температуре ЗО С.

Напряжение Номинальное напряжение одного аккумулятора составляет 2 В. Нормы номинального напряжения тяговых батарей: 24 В, 48 В, 72В, 80 В.

Рабочее напряжение одной тяговой батарей зависит от величины тока разряда, степени разряда и температуры. Установленное конечное напряжение разряда при 5-ти часовом разряде составляет 1,7 В/элемент.

Плотность электролита в полностью заряженном состоянии, при температуре ЗО С составляет 1,29 кг/л.

Стойкость и срок службы батарей. Под стойкостью понимается результат длительного испытания в лабораторных условиях, при которых батарея подвергается циклам заряд-разряд по точно определенной программе. Следует получить как минимум такое количество циклов, которое не приведет к снижению емкости ниже 80% от ее номинальной величины. Соответствующая методика изложена в DIN 43539, часть 3.

Действительный срок службы может быть больше или меньше чем стойкость, так как многочисленные факторы воздействия при эксплуатации ведут к нагрузкам, отличным от нагрузок в лабораторных условиях.

Факторы воздействия, ведущие к увеличению срока службы батареи:

безупречные уход и обслуживание

нормальные рабочие температуры (от 20 С до 40 С)

безупречные зарядные устройства

избегать глубоких разрядов

своевременное устранение неисправностей

Воздействия, ведущие к сокращению срока службы:

частые глубокие разряды, т.е. снятие более 80% номинальной емкости

повышенные рабочие температуры (> 40 С) в течение длительного времени

заряд недопустимо высоким током после достижения напряжения газообразования (2,4 В/элемент)

нахождение батареи в разряженном состоянии

наличие примеси, попавшей в электролит (например воды для долива, не соответствующей требованиям)

перегрузка или короткое замыкание

Обслуживание и уход за тяговыми батареями Общие правила эксплуатации:

Никогда не оставлять батарею в разряженном состоянии, а сразу провести повторный заряд.

Для достижения оптимального срока службы избегать разрядов более80% номинальной емкости; при этом плотность электролита не должна быть ниже 1,13 кг/л (300С).

Во избежание глубоких разрядов необходимо следить за разрядом аккумуляторов транспортных средств.

Рабочая температура должна соответствовать 20 С – 40 С.

Во избежание повреждений батареи нельзя превышать максимально допустимую температуру электролита 55 С.

Перед зарядом и при промежуточных зарядах необходимо обязательно снять или открыть крышку контейнера или закрывающее устройство батареи. Закрыть не ранее чем через 1/2 часа после окончания заряда.

Зарядные устройства должны соответствовать емкости батареи и требуемому времени заряда.

Для долива используется только дистиллированная вода согласно DIN 43530 часть 4, не следует доливать кислоту или применять добавки.

Заряд батареи (ежедневные работы):

Необходимо отключить батарею путем отсоединения штекера от розетки. удалить крышку батареи. При этом пробки остаются закрытыми.

Проверить уровень электролита на отметке «мин».

После этого необходимо измерить температуру электролита. При превышении 45 С - охладить.

Подключить штекер. При необходимости соединить систему перемешивания электролита (для штекеров без интегрированной системы вывода воздуха).

Включить зарядное устройство или проверить, включено ли устройство.

Начать процесс зарядки батареи.

После зарядки отключить зарядное устройство или проверить, отключено ли устройство, затем отсоединить батарею от зарядного устройства. При необходимости проверить конечные результаты.

При недостаточном заряде или после глубокого заряда провести уравнительный заряд.

Очистка (ежедневные работы):

Грязь и пыль, которые скапливаются на поверхности элементов во время работы, необходимо удалять в зависимости от потребностей и от эксплуатации батареи (ветошь, влажный пар от 100 С до 150 С, с помощью шланга с насадкой).

Долив воды (еженедельные работы):

Необходимо также вести контроль уровня электролита. По крайней мере, один раз в неделю. В том случае, если нет автоматического долива, сделать долив очищенной воды согласно DIN 43530 часть 4 в конце заряда.

После заряда необходимо проверить уровень электролита во всех элементах и дополнить его дистиллированной водой.

Необходимо также один раз в неделю проводить уравнительный заряд.

Напряжение, плотность и температура (ежемесячные работы):

Один раз в месяц необходимо провести работу по проверке всех элементов на равномерность выделения газа.

После окончания заряда или уравнительного заряда следует измерить плотность кислоты и температуру и выборочно внести в технологическую карту батареи отклонения от нормативных величин.

Если были установлены существенные различия между элементами, то такие элементы необходимо исследовать отдельно.

Также необходимо измерить напряжение, плотность и температуру элементов.

Работы, выполняемые каждое полугодие и каждый год: .

проверить правильность функционирования зарядного устройства, в первую очередь ток заряда в начале газовыделения (2,4 В/элемент) и в конце заряда.

проверить штекер и штекерное устройство.

исправить небольшие повреждения изоляции контейнера (нанесенный слой) сразу после удаления или нейтрализации следов кислоты (соблюдать рекомендации изготовителя).

следует измерить сопротивление изоляции батарей по отношению к массе в соответствии с DIN 43539 часть 1 при разомкнутой внешней электрической цепи.

измерить сопротивление изоляции: 50 Ом на каждый Вольт номинального напряжения.

почистить батарею при плохом со противлении изоляции.

Хранение

В случае, если в течение длительного периода не планируется эксплуатация батарей, их хранение должно производиться в полностью заряженном состоянии в сухом помещении при температуре выше 0 С.

Для поддержания эксплутационной готовности батареи следует использовать следующие зарядные режимы:

Ежемесячный уравнительный заряд

Поддерживающий заряд при зарядном напряжении 2,23 В х количество элементов (30 С)

Как избежать повреждений и несчастных случаев?

Во избежание повреждений, коротких замыканий, искр, не класть металлические предметы и инструменты на батареи.

Транспортировать батареи только посредством соответствующих подъемных устройствах (согласно VDE 3616).

При работе с батареями следует соблюдать соответствующие правила техники безопасности, а также DIN VDE 0510 и VDE 0105 часть 1.

Срок хранения

Следует учитывать влияние срока хранения на срок службы батареи. Следует помнить, что правильно выбранные подъемные устройства препятствуют деформированию корпуса батареи и защищают таким образом покрытие контейнера. Подъемные устройства должны соответствовать геометрии батареи.

Речь идет о батареях, которые эксплуатируются в зонах повышенной взрывоопасности. Крышки корпуса батареи во время заряда и последующего отвода газов должны быть открыты с тем, чтобы образующаяся взрывоопасная газовая смесь при достаточной вентиляции потеряла свою способность к возгоранию.

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.