Вихід акумуляторів з ладу і засоби продовження терміну їх служби

1. сульфатація пластин
2. Корозія і осипання активної речовини
3. випаровування електроліту
4. Терморазгон і термічний пробою акумуляторів
5. Специфіка руйнуючих процесів в ланцюжку АКБ
6. Активне вирівнювання заряду акумуляторів
7. Ефект застосування балансира заряду:
8. Схема підключення

Як відомо, робота свинцево-кислотної акумуляторної батареї заснована на виникненні різниці потенціалів між двома електродами, зануреними в електроліт. Активна речовина негативного катода - чистий свинець, а позитивного анода - двоокис свинцю. У системах резервного та автономного живлення можуть застосовуватися акумулятори, виготовлені за різними технологіями: обслуговуються наливні, герметичні гелеві або AGM. Незалежно від технології, хімічні процеси, що протікають в свинцево-кислотних акумуляторах, схожі:

• При розряді через пластини проходить електричний струм, і пластини покриваються сірчаним оксидом (сульфатом) свинцю. Сульфат свинцю осідає на пластинах у вигляді пористого нальоту.
• При заряді йде зворотна реакція відновлення активної речовини, на негативних пластинах накопичується чистий свинець, а на позитивних - пориста маса окису свинцю.

При експлуатації неминуче відбувається так зване старіння акумулятора, тобто поступова втрата ємності - аж до допустимої межі експлуатації, зазвичай прийнятого щодо зниження ємності до 60% від вихідної.

В ідеальних умовах реальний термін експлуатації акумуляторів в буферному режимі може наближатися до номінального.

Процес старіння акумулятора може значно прискоритися в силу дії наступних руйнуючих процесів:

• Сульфатація пластин;
• Корозія пластин і осипання активної маси;
• Випаровування електроліту або так зване «висихання» акумулятора;
• Стратифікація електроліту (характерно тільки для наливних АКБ).

сульфатація пластин

Коли акумулятор розряджений, пухка активна маса перетворюється в тверді мікрокристали сульфату свинцю. Якщо зарядку акумулятора не виробляти тривалий час, мікрокристали укрупнюються, наліт ущільнюється і перекриває доступ електроліту до пластин, що робить зарядку акумулятора неможливою.

Фактори, що підвищують ризик сульфатации:

• тривале зберігання в розрядженому стані;
• експлуатація при високій температурі навколишнього середовища;
• хронічний недозаряд акумулятора в циклічному режимі (необхідний 100% заряд не рідше ніж раз на місяць);
• екстремально глибокий розряд акумулятора.

Сульфатація пластин може бути частково усунена спеціальними режимами заряду АКБ.

Корозія і осипання активної речовини

При корозії чистий свинець решітки пластин, взаємодіючи з водою, окислюється в оксид свинцю. Окис свинцю гірше проводить електрострум до активної речовини намазки пластин, підвищує внутрішній опір і зменшує стійкість акумулятора до високих струмів розряду.

На позитивних пластинах корозія послаблює зчеплення решітки з активною речовиною. Крім того, саме активна речовина позитивної пластини поступово втрачає міцність. При кожному циклі намазной шар пластини змінює стан з об'ємної маси мікрокристалів окису свинцю в жорстку кристалічну структуру сульфату свинцю. Чергування стиснення і розширення знижує фізичну міцність намазного шару, що в поєднанні з ослабленням зчеплення призводить до сповзання і осипання активної речовини на дно акумулятора.

Корозія і накопичення відшарованому активної речовини можуть призводити до деформації пластин акумулятора і, при найгіршому розвитку подій, до їх замикання.

Фактори, що підвищують ризик корозії і осипання активної маси:

• заряд занадто високою напругою;
• заряд недостатнім струмом - тобто тривале перебування під високою напругою в фазі наповнення;
• занадто довге перебування у фазі абсорбції ( «перезарядка»);
• заряд акумулятора занадто великим струмом;
• прискорений розряд акумулятора занадто великим струмом.

Осипання (сповзання) активної маси електроліту - необоротне явище. Найнебезпечніше наслідок сповзання активної маси - замикання пластин.

випаровування електроліту

При розряді на позитивній пластині акумулятора з води утворюється кисень. У нормальних умовах підтримуючого заряду кисень рекомбинирует на негативній пластині акумулятора з воднем, відновлюючи вихідне кількість води в електроліті. Але дифузія кисню в сепараторі утруднена, тому процес рекомбінації не може бути 100% ефективним. Зниження частки води змінює зарядні характеристики акумулятора і при певному порозі робить заряд повністю неможливим.

Фактори, що підвищують ризик «висихання акумулятора»:

• експлуатація при високій температурі навколишнього середовища;
• заряд занадто великим струмом або напругою;
• занадто висока напруга підтримує заряду - «перезаряд» акумулятора.

Випаровування електроліту - необоротне явище для гелевих та AGM акумуляторів. Основна причина висихання, особливо для AGM - «перезаряд» акумуляторів.

Терморазгон і термічний пробою акумуляторів

Старіння акумулятора в силу перерахованих вище процесів відбувається прискореними темпами, проте все ж досить повільно і часто непомітно.

В окрему категорію можна виділити ефект терморазгона, при якому руйнування відбувається в стислі терміни і спостерігається явно у вигляді термічного пробою.

Рекомбінація газів в герметичній батареї - це хімічний процес з виділенням тепла. Коли рекомбінація йде при правильних значеннях напруги і струму заряду, нагрів не створює проблем. Однак, коли батарея перезаряджаючи, внутрішня температура підвищується швидше, ніж батарея може бути охолоджена зовні. Підвищення температури зменшує зарядний напругу, що в стадії абсорбції призводить до одночасного збільшення струму. Це в свою чергу знову підвищує температуру.

Запускається самоподдерживающийся цикл збільшення струму і тепловиділення, що приводить, при найгіршому розвитку ситуації, до деформації грат і внутрішнього короткого замикання з необоротним руйнуванням акумулятора.

Фактори, що підвищують ризик появи ефекту терморазгона:

• переривчастий або «пульсуючий» заряд через нестабільне зовнішнього джерела енергії або неякісного зарядного пристрою;
• занадто довге перебування у фазі абсорбції - «перезаряд»;
• поганий тепловідвід або підвищена температура навколишнього середовища.

Специфіка руйнуючих процесів в ланцюжку АКБ

Неважко помітити, що при заряді окремого акумулятора всі фактори ризику переборні забезпеченням правильних умов експлуатації та зарядного алгоритму. Однак в системах резервного енергопостачання рідко використовується менше двох акумуляторів. При паралельно-послідовному з'єднанні зарядний пристрій «бачить» значення зарядного струму і напруги тільки на кінцевих клемах, тому на окремих акумуляторах напруги можуть серйозно відрізнятися від рекомендованих значень. Акумулятор, який має більш високий рівень саморозряду (більший струм витоку), може викликати перезаряд послідовно з'єднаних з ним елементів і неповний заряд паралельно з'єднаних з ним елементів. Перезаряд і недозаряд підвищують ризик прояву практично всіх руйнуючих процесів. Тому для зменшення небезпеки все акумулятори в ланцюжку повинні мати однакове стан заряду і максимально близькі значення ємності.

Для нових установок рекомендується використовувати акумулятори не тільки однієї марки, але і однієї заводської партії. Однак практика показує, що і в одній партії не буває навіть двох акумуляторів з точно збігаються характеристиками ємності, ступеня заряду і внутрішніх струмів витоку.

Тим більше вимога однакових характеристик недосяжно, коли потрібно замінити пошкоджений акумулятор в уже експлуатованої батареї.

Для нових установок рекомендується використовувати акумулятори не тільки однієї марки, але і однієї заводської партії. Однак практика показує, що і в одній партії не буває навіть двох акумуляторів з точно збігаються характеристиками ємності, ступеня заряду і внутрішніх струмів витоку.

Тим більше вимога однакових характеристик недосяжно, коли потрібно замінити пошкоджений акумулятор в уже експлуатованої батареї.

Незначний розкид за ступенем зарядженості нових акумуляторів найчастіше згладжується в процесі підробітки за кілька циклів розряду і заряду. Але при значному розкиді або відмінностях характеристик ємності розбаланс між окремими АКБ масиву з часом тільки зростає.

Систематичні перезарядити акумуляторів з меншою ємністю і можливі переполюсовкі недозаряженних акумуляторів при глибоких розрядах призводять до накопичення ушкоджень і виходу з ладу окремих акумуляторів. В силу ефекту терморазгона навіть один вийшов з ладу акумулятор може знищити весь масив батареї.

Активне вирівнювання заряду акумуляторів

Згладити відмінності параметрів акумуляторів можна використовуючи спеціальний пристрій, зване балансир заряду АКБ або нівелір разбаланса.

Нівелір разбаланса SBB2-12-A зрівнює стан заряду двох послідовно з'єднаних 12В акумуляторів або декількох таких паралельних ланцюжків. Принцип роботи заснований на активний перерозподіл заряду елементів батареї, при якому на сусідніх акумуляторах встановлюються практично однакові напруги. Нівелір SBB2-12-A забезпечує перерозподіл заряду між акумуляторами навіть при відсутності струму зарядного пристрою.

ВАЖЛИВО! Застосування балансиров заряду знижує ризик виникнення руйнівних процесів, однак не може виправити вже серйозно пошкоджений АКБ.

Фізично пристрій вирівнювання заряду акумуляторів є компактним електронним модуль, що підключається до кожної пари послідовно з'єднаних елементів:

• для батареї номіналом 24В потрібно один балансир заряду на ланцюжок (Схема1).
• для батареї номіналом 48В потрібно три балансира заряду на ланцюжок (схема 2).

Електроживлення SBB здійснюється від самої батареї або від джерела заряду. Власне енергоспоживання SBB мало і порівнянно з втратами на саморазряд.

Ефективність нівеліра SBB2-12-A принципово вище, ніж у інших балансиров заряду, робота яких заснована або на шунтуванні надлишкової зарядної потужності (т.зв. пасивні балансири, створюють прямі втрати енергії), або на селективному підзаряді елементів (вирівнювання йде тільки під час заряду). Максимальний струм вирівнювання SBB2-12-A - 5А, що перевершує можливості всіх представлених на ринку альтернативних пристроїв.

Ефект застосування балансира заряду:

1) Підвищення загальної надійності і збільшення терміну служби акумуляторів.

2) Збільшення енерговіддачі акумуляторної батареї, тому що при глибоких розрядах батарей більш повно використовується ємність всіх акумуляторів в послідовному ланцюзі.

Балансири SBB працюють постійно, підтримуючи акумулятори в рівноважному стані навіть при вимкненому зарядному пристрої.

Схема підключення

Схема підключення нівеліра (балансира) на батарею 24В і 48В.

Нижче представлені схеми підключення нівеліра заряду SBB2-12-A до свинцево-кислотних акумуляторних акумуляторів 12В в батареях номіналом 24В і 48В.

Схема 1. Батарея 24В з двох АКБ 12В

Схема 2. Батарея 48В з чотирьох АКБ 12В

Підключення нівеліра (балансира) на батарею з декількох паралельних ланцюжків.

Допускається робота одного балансира вирівнювання заряду SBB на 2-3 паралельних ланцюжка акумуляторів - якщо розбаланс невеликий і немає перевищення по максимальному струму вирівнювання. Окрема балансування кожного ланцюжка дає кращі результати за рахунок селективності коригуючого впливу.

При використанні одного нівеліра на кілька ланцюжків необхідно застосовувати схему з'єднання акумуляторів з шинами постійного струму і з'єднанням середніх точок (Схема 3).

При використанні окремого нівеліра в кожній ланцюжку можна застосовувати звичайну схему з'єднання акумуляторів (Схема 4).

Схема 3 Один балансир на кілька ланцюжків

Схема 4. Окремі балансири на кожну ланцюжок

" назад