Рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС)

* Все рисунки и технические характеристики, использованные в данной статье, приведены из документации для аккумуляторов фирмы «Fiamm», а также полностью соответствуют техническим характеристикам параметров аккумуляторов, производимых фирмами «Cobe» и «Yuasa».

Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные аккумуляторные батареи (далее — аккумуляторы), предназначенные для использования в качестве источников постоянного тока для электропитания или резервирования аппаратуры ОПС, связи и видеонаблюдения, в короткий срок завоевали популярность у пользователей и разработчиков. Наиболее широкое применение получили аккумуляторы, производимые фирмами: «Power Sonic», «CSB», «Fiamm», «Sonnenschein», «Cobe», «Yuasa», «Panasonic», «Vision».

Аккумуляторы такого типа имеют следующие достоинства:

Рисунок 1 — Зависимость времени разряда аккумулятора от тока разряда

• герметичность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу;
• не требуются замена электролита и доливка воды;
• возможность эксплуатации в любом положении;
• не вызывает коррозии аппаратуры ОПС;
• устойчивость без повреждений к глубокому разряду;
• малый саморазряд (менее 0,1%) от номинальной ёмкости в сутки при температуре окружающей среды плюс 20 °С;
• сохранение работоспособности при более чем 1000 циклов 30% разряда и свыше 200 циклов полного разряда;
• возможность складирования в заряженном состоянии без подзаряда в течение двух лет при температуре окружающей среды плюс 20 °С;
• возможность быстрого восстановления ёмкости (до 70% за два часа) при заряде полностью разряженного аккумулятора;
• простота заряда;
• при обращении с изделиями не требуется соблюдение каких-либо мер предосторожности (так как электролит находится в виде геля, отсутствует утечка кислоты при повреждении корпуса).

Рисунок 2 — Зависимость емкости аккумулятора от температуры окружающей среды

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

Ёмкость аккумулятора также зависит от температуры окружающей среды (рисунок 2 ).
Все фирмы-производители выпускают аккумуляторы двух номиналов: 6 и 12 В с номинальной ёмкостью 1,2 … 65,0 А*ч.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ АККУМУЛЯТОРОВ

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

1. Разряд аккумулятора

При разряде аккумулятора температура окружающей среды должна поддерживаться в пределах от минус 20 (для некоторых типов аккумуляторов от минус 30 °С) до плюс 50 °С. Такой широкий температурный диапазон позволяет устанавливать аккумуляторы в неотапливаемых помещениях без дополнительного подогрева.
Не рекомендуется подвергать аккумулятор «глубокому» разряду, так как это может привести к его порче. В таблице 1 приведены значения допустимого напряжения разряда для различных значений тока разряда.

Таблица 1

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

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

2. Соединение нескольких аккумуляторов

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

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

3. Хранение

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

Рисунок 3 — Зависимость изменения емкости аккумулятора от времени хранения при различной температур

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

4. Заряд аккумулятора

Рисунок 4 — Зависимость срока службы аккумулятора от температуры окружающей среды

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

ВЫБОР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

Рисунок 5 — Зависимость изменения относительной емкости аккумулятора от срока службы в буферном режиме заряда

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

Буферный режим заряда

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

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

Циклический режим заряда

При циклическом режиме заряда производится заряд аккумулятора, затем он отключается от зарядного устройства. Следующий цикл заряда осуществляется только после разряда аккумулятора или через определенное время для компенсации саморазряда. Характеристики заряда аккумулятора приведены в таблице 2 .

Таблица 2

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

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

Ускоренный заряд аккумулятора

Допускается проведение ускоренного заряда аккумулятора (только для циклического режима заряда). Для данного режима характерно наличие цепей температурной компенсации и встроенных температурных защитных устройств, так как при протекании большого тока заряда возможен разогрев аккумулятора. Характеристики ускоренного заряда аккумулятора приведены в таблице 3.

Таблица 3

Примечание — следует использовать таймер, чтобы предотвратить заряд аккумулятора.

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

Продолжить чтение

Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г.Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…

Какая емкость АБ Вам нужна? При расчете системы автономного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании "Ваш Солнечный Дом" помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета Вы можете руководствоваться следующими простыми…

Самым важным условием для правильной работы и высоких показателей отдачи и срока службы аккумулятора является его правильный заряд. И совершенно неважно, о какой именно модели мы говорим. Это касается как батарей высокой мощности, которые применяются в промышленности, так и небольших батарей, размещенных в плеерах и смартфонах.

Увы, не все пользователи подобных устройств знают эти правила. Наша статья направлена на повышение технической грамотности клиентов и выступает в роли своеобразной инструкции по применению аккумуляторных батарей. И когда вы столкнетесь с проблемами, в наличии будет качественный материал с описанием всех важных этапов.

Производители выпускают большое количество аккумуляторных батарей: каждая из них обладает своими уникальными особенностями. Это касается как режима эксплуатации, так и процесса заряда. Качественные модели ведущих производителей всегда снабжаются подробной инструкцией, но бывают редкие случаи, когда подобные документы попросту не включают в комплект поставки. Искать нужные статьи на просторах Интернета - не самое увлекательное занятие, да и времени на это попросту не хватает.

А потому в этой статье мы опишем основные моменты правильной зарядки герметизированных , свинцово-кислотных аккумуляторов необслуживаемого типа. Они применяются как в бытовых приборах, так и в источниках бесперебойного питания. Кроме того, все модели автомобильных аккумуляторов исполнены по тому же принципу. Гелевые и AGM аккумуляторы заряжаются согласно этой инструкции. Можно с успехом применять представленные правила для стартерных аккумуляторов , которые требуют обслуживания. Но здесь есть некоторые особенности, которые мы укажем в представленной статье.

Самый главный вопрос - как именно заряжать аккумулятор?

В этом разделе мы расскажем об основных моментах правильного заряда аккумуляторной батареи. Существует очень важное правило: оно касается всех моделей, которые присутствуют на рынке, без исключения. Чем меньшее количество раз аккумуляторная батарея разряжается и чем ниже глубина разряда, тем больше срок ее эксплуатации.

Существует немало мифов, которые касаются процесса заряда. Чаще всего "специалисты" утверждают, что нужно разрядить аккумулятор полностью и заряжать его до максимальных отметок. Более того, подобные "знатоки" уверены, что периодически разряжая аккумулятор, вы увеличиваете срок его эксплуатации. Это все неправильно: если ваш консультант предлагает купить товар и пересказывает подобные басни - не заходите больше в этот магазин.

Если мы рассматриваем батареи низкого качества, которые изготовлены неизвестным производителем, то для них периодический процесс заряда и разряда действительно важен. Если этого не делать, то подобные аккумуляторные батареи попросту выходят из строя (пластины растворяются в серной кислоте и образуются сульфаты). Но для качественных моделей наиболее оптимальным режимом работы является буферный. Во время него разряды полностью исключаются, а батарея находится под постоянной нагрузкой.

Чтобы понять правила заряда аккумулятора, следует разбираться в основных понятиях о режимах его работы.

Наиболее оптимальный - буферный режим работы.

Нет более яркого примера такого режима - как источник бесперебойного питания. В ИБП аккумулятор все время заряжается и начинает отдавать энергию лишь в тех случаях, когда пропадает питание в электрической сети. Как только питание восстанавливается, происходит процесс подзарядки. Это самый правильный режим эксплуатации: использование аккумулятора в таком режиме приводит к длительному сроку службы. Самые продвинутые модели могут служить более 12 лет. И это далеко не предел для AGM аккумуляторов нового поколения.

Давайте рассмотрим циклический режим работы.

Стандартный пример циклического режима применения аккумуляторной батареи - это игрушечный автомобиль, домашние системы автоматического электрического питания. При таком типе работы происходит процесс разряда и заряда, причем это происходит 1 раз в сутки. Это самый тяжелый режим эксплуатации: в таких случаях не говорят о сроках службы во временном эквиваленте. В этих случаях рассматривают ресурс циклов работы. Обычные AGM аккумуляторные батареи работают не более 300 циклов, а новые модели - 600 циклов.

Мы часто удивляемся «техникам», которые для циклического режима работы применяют автомобильные аккумуляторы, предназначенные для запуска стартера. Сразу же предупреждаем: данные модели рассчитаны лишь на один процесс - запуск двигателя. А после этого генератор должен подавать питание самостоятельно. Если вы планируете применять циклический режим работы, пластины достаточно быстро выйдут из строя, и ваша "экономия средств" закончится провалом.

Как следует заряжать аккумуляторные батареи в буферном режиме работы.

Как известно, номинальное напряжение каждого элемента в АКБ свинцово - кислотного типа составляет 2В. Чаще всего для бытовых нужд используют трехэлементные и шестиэлементные батареи.

Во время буферного режима работы, напряжение должно составлять 2,3 В на один элемент аккумулятора. Если рассматривать 12- вольтовые модели, то этот показатель составляет 13,8 В а 6-вольтовые модели - 6,9В.

Параметры тока для заряда должны составлять 30 процентов от 10-часовой емкости аккумулятора. Если мы говорим о гелевых моделях, то эти показатели равны 20 процентам. В качестве примера рассмотрим обычную аккумуляторную батарею С10. Ее емкость 100 Ач, а значит, ток заряда не должен превышать 30А.

Давайте рассмотрим правильный процесс заряда аккумуляторов, которые работают в циклическом режиме: Параметры напряжения 2,45 В/эл, ток заряда равен 20 процентам для С10.

Длительность заряда батареи.

Длительность процесса заряда батареи зависит от ряда факторов: в первую очередь, от изначальной заряженности. В первые минуты происходит быстрая зарядка (ускоренная), но спустя некоторое время потребление тока снижается и прекращается в тот момент, когда АКБ достигает полной заряженности. Самый главный критерий заряженности - это снижение потребление тока батареей, до показателей 1,5 мА на каждый Ач емкости аккумулятора. Если мы рассмотрим батарею С20, то снижение тока зарядки до 200 - 300мА говорит о том, что аккумулятор практически полностью заряжен. Чтобы повысить заряд до 100 процентов, нужно продолжить процесс зарядки таким током в течении 1 часа.

Разряженный аккумулятор заряжается за 10 - 12 часов при циклическом режиме работы. При буферном режиме работы эти цифры достигают 40 часов. Для полного заряда АКБ ей нужно подать на 20 процентов энергии больше, чем указано в номинальных значениях. Здесь срабатывают стандартные физические законы. И эти параметры совершенно не зависят от марки производителя и типа батареи. Выражаясь простым языком, отсутствие перенасыщения не завершит все химические и электрические реакции, которые протекают в батарее.

Оптимальные температурные показатели для процесса зарядки - 20 градусов по Цельсию. Если температура снижена, то время зарядки следует увеличивать. Когда вы пытаетесь зарядить аккумулятор при низких температурах, то все ваши усилия стремятся к нулю.

Буферная система питания

При такой системе питания параллельно выпрямителю UZ и нагрузке включена аккумуляторная батарея GB (рис. 2.3). В случае аварии в сети переменного тока или повреждения выпрямителя дальнейшее питание нагрузки обеспечивает батарея без перерыва в подаче энергии. Аккумуляторная батарея обеспечивает надежное резервирование источников электрической энергии, и, кроме того, она совместно с фильтром питания осуществляет необходимое сглаживание пульсации. При буферной системе питания различают три режима работы: среднего тока, импульсного и непрерывного подзаряда.

При режиме среднего тока (рис. 2.4) выпрямитель UZ, вклю­ченный параллельно с аккумуляторной батареей GВ, обеспечивает постоянный ток I в независимо от изменения тока I н в нагрузке R н. Когда ток нагрузки I н мал, выпрямитель питает нагрузку и за­ряжает аккумуляторную батарею током I 3 , а когда ток нагрузки велик, выпрямитель совместно с батареей, которая разряжается током I р, питает нагрузку. Во время заряда напряжение на каждом аккумуляторе батареи увеличивается и может достигать 2,7 В, а во время разряда уменьшается до 2 В. Для осуществления данного режима могут быть использованы простейшие выпрямители без устройств автоматической регулировки. Ток выпрямителя рассчи­тывают исходя из количества электрической энергии (ампер-часы), затрачиваемой на питание нагрузки в течение суток. Это значение должно быть увеличено на 15-25% для компенсации потерь, ко­торые всегда существуют при заряде и разряде аккумуляторов .

К недостаткам режима относятся: невозможность точно опре­делить и установить необходимый ток выпрямителя, так как дей­ствительный характер изменения тока нагрузки никогда точно неизвестен, что приводит к недозаряду или перезаряду аккуму­ляторов; небольшой срок службы аккумуляторов (8-9 лет), вызы­ваемый глубокими циклами заряда и разряда; значительные коле­бания напряжения на нагрузке, так как напряжение на каждом аккумуляторе может изменяться от 2 до 2,7 В.

При режиме импульсного подзаряда (рис. 2.5) ток выпрямителя изменяется скачкообразно в зависимости от напряжения на акку­муляторной батарее GВ. При этом выпрямитель UZ обеспечивает питание нагрузки R н совместно с батареей GВ или питает нагрузку

Рисунок 2.3 – Схема буферной системы питания

Рисунок 2.4 – Режим среднего тока:

а – схема; б – диаграмма токов; в – зависимости токов и напряжений от времени; I З и I Р – соответственно токи заряда и разряда аккумуляторной батареи

Рисунок 2.5 – Режим импульсного подзаряда:

а – схема; б – диаграмма токов и напряжений; в, г – зависимости токов и напряжений от времени

и подзаряжает батарею. Максимальный ток выпрямителя устанавливают несколько больше тока, имеющего место в час наибольшей нагрузки, а минимальный ток нагрузки I В max - меньше минимального тока нагрузки I н.

Предположим, что в исходном положении выпрямитель отдает минимальный ток. Батарея аккумуляторов разряжается, и напря­жение на ней падает до 2,1 В на элемент. Реле Р отпускает якорь и контактами шунтирует резисторR. Ток на выходе выпрямителя возрастает скачкообразно до максимального. С этого момента вы­прямитель питает нагрузку и заряжает батарею. В процессе заряда напряжение на аккумуляторной батарее увеличивается и достигает 2,3 В на элемент. Вновь срабатывает реле Р, и ток выпрямителя падает до минимального; батарея начинает разряжаться. Далее циклы повторяются. Длительность интервалов времени максималь­ного и минимального тока выпрямителя изменяется в соответствии с изменением тока в нагрузке.

К достоинствам режима относятся: простота системы регули­рования тока на выходе выпрямителя; небольшие пределы изме­нения напряжения на аккумуляторной батарее и на нагрузке (от 2,1 до 2,3 В на элемент); увеличение срока службы аккумуляторов до 10-12 лет в связи с менее глубокими циклами заряда и разряда. Этот режим используют для питания устройств автоматики.

При режиме непрерывного подзаряда (рис. 2.6) нагрузка R н пи­тается полностью от выпрямителя UZ. Заряженная аккумуляторная батарея GБ получает от выпрямителя небольшой постоянный ток подзаряда, компенсирующий саморазряд. Для осуществления ука­занного режима необходимо на выходе выпрямителя установить напряжение из расчета (2,2 ± 0,05) В на каждый аккумулятор и поддерживать его с погрешностью не более ±2%. При этом ток подзаряда для кислотных аккумуляторов I п = (0,001-0,002) С н и для щелочных аккумуляторов I п = 0,01С Н. Следовательно, для вы-

Рисунок 2.6 – Режим непрерывного подзаряда:

а – схема; б – диаграмма токов; в – зависимости токов и напряжений от времени

полнения этого режима выпрямители должны иметь точные и надежные устройства стабилизации напряжения. Невыполнение этого требования приводит к перезаряду аккумуляторов или к их глубокому разряду и сульфатации.

К достоинствам режима относится: достаточно высокий к. п. д. установки, определяемый только выпрямителем (η = 0,7÷0,8); большой срок службы аккумуляторов, достигающий 18-20 лет благодаря отсутствию циклов заряда и разряда; высокая стабиль­ность напряжения на выходе выпрямительного устройства; умень­шение эксплуатационных расходов благодаря возможности автома­тизации и упрощению обслуживания аккумуляторов.

Нормально аккумуляторы находятся в заряженном состоянии и не требуют непрерывного наблюдения. Отсутствие циклов заряда и разряда и правильно выбранный ток подзаряда уменьшают сульфатацию и позволяют увеличить периоды между перезарядами и контрольными разрядами.

Недостатком режима является необходимость усложнения пи­тающих устройств за счет элементов стабилизации и автомати­зации. Режим используют в устройствах для питания аппаратуры связи.

Буферный режим работы аккумуляторных батарей является самым «любимым» - батарея находится на постоянной подзарядке и очень редко получает глубокий разряд. В таком режиме аккумулятор прослужит вам максимально долго.

Примером использования аккумулятора в буферном режиме может быть источник бесперебойного питания: когда присутствует сеть, аккумулятор постоянно держит заряд, а в момент, когда сеть пропадает, аккумулятор начинает отдавать накопленную энергию. В компьютерных источниках бесперебойного питания обычно используют аккумуляторы 12 В ёмкостью от 7 до 26 А-ч, это даёт возможность компьютеру проработать от аккумулятора дополнительных 10-15 минут при отключении электричества.

Сфера применения при буферном режиме:

• накопители солнечной энергии
• источники бесперебойного питания (ИБП)
• системы аварийного освещения
• лифты
• пожарные и охранные системы
• контрольно-кассовые аппараты
• аварийные системы

Циклический режим

Циклический режим работы является самым «жёстким» для аккумуляторной батареи. В таком режиме её полностью разряжают, потом ставят на зарядку и снова полностью разряжают. Срок службы в таком случае будет зависеть от глубины разряда аккумулятора.

Большинство свинцово-кислотных аккумуляторов AGM-типа имеют циклический ресурс не более 300 циклов 100% разряда, но уже существуют аккумуляторы нового поколения, циклический ресурс которых составляет 600 циклов 100% разряда.

Сфера применения при циклическом режиме:

• поломоечные машины
• лодочные моторы
• электромобили
• погрузочная техника и т.д.