Свинцево-кислотні акумуляторні батареї SVEN

1. Загальні положення

Серійний випуск і масову експлуатацію свинцево-кислотних акумуляторних батарей було розпочато ще наприкінці 19 століття. На початку 20 ст. вони широко почали застосовуватися в автомобілях, розвиваючи далі сферу свого застосування, легко переступили рубіж тисячоліття і досі продовжують залишатися надійними, довговічними, не вимагаючими високих експлуатаційних витрат, відносно дешевими джерелами енергії.

Принцип роботи

Акумулятор – це хімічне джерело струму, здатне багаторазово перетворювати хімічну енергію в електричну та акумулювати і запасати її на тривалий час. Спрощено акумулятор можна представити таким чином: два електроди у вигляді пластин поміщено в розчин сірчаної кислоти з щільністю 1,27-1,29 г/см3. При цьому позитивний електрод виготовлено з двоокису свинцю (PbO2), а негативний – зі свинцю (Pb). Під час проходження струму між ними відбуваються окислювально-відновні реакції.

Під час розряджання відбувається хімічна реакція, в результаті якої активна маса обох електродів почне змінювати свій хімічний склад, перетворюючись з губчастого свинцю і його двоокису в сірчанокислий свинець (сульфат свинцю – PbSO4), а щільність електроліту почне падати. У підсумку всередині батареї утворюється спрямований рух іонів і в ланцюзі потече електричний струм. Під час заряджання акумулятора відбувається зворотний процес – напрям струму змінюється на протилежний, активні маси відновлюють свій первинний хімічний склад, а щільність електроліту зростає. Процес цей, названий циклом, може бути багатократним. Кількість електричної енергії, що запасається при цьому, залежить від площі активної взаємодії електродів та електроліту і його об'єму. Номінальна напруга, що виробляється таким акумулятором, складає 2 вольти. Для набуття більшого значення напруги одиночні акумулятори сполучають послідовно. Наприклад, 12-вольтовий акумулятор складається з послідовно сполучених у загальному корпусі шести акумуляторів.

Конструктивно свинцево-кислотні акумулятори є обслуговуваними та необслуговуваними. Обслуговувані потребують у процесі експлуатації певного догляду (контролю рівня і щільності електроліту). Необслуговувані є герметизованими, працюють в будь-якому положенні і не потребують догляду за ними.

У міжнародній інтерпретації їх прийнято позначати як SEALED LEAD ACID BATTERY (герметизована свинцево-кислотна батарея) або скорочено SLA, а також VRLA – Valve Regulated Lead Acid (свинцево-кислотні з регульованим клапаном) батареї, що мають сірчанокислий електроліт у вигляді гелю. Такі акумуляторні батареї мають вищі електричні та експлуатаційні параметри.

Такі батареї знаходять застосування як резервні джерела в системах сигналізації та охорони і медичному устаткуванні. Проте найширше застосування вони мають у джерелах безперебійного живлення (ДБЖ).

2. Експлуатація

Акумуляторні батареї SVEN є герметизованими необслуговуваними і поставляються вони повністю зарядженими. Експлуатувати їх легко і просто.

Для їхньої безпечної експлуатації необхідно дотримуватися таких правил:

– Не створювати ланцюг короткого замикання між клемами батареї, оскільки значний струм короткого замикання зарядженої батареї здатний розплавити контакти клем і завдати термічного опіку.

– Не зберігати акумуляторні батареї в розрядженому стані. У цьому випадку відбувається сульфатація електродів, і батареї значно знижують свою ємність.

– Підключати акумуляторну батарею до пристрою лише дотримуючись правильноїй відповідності полярності. Заряджена батарея має значний запас енергії, тому здатна вивести пристрій з ладу, якщо підключена неправильно.

– Не розкривати корпус батареї. Гелеподібний електроліт, що міститься усередині, здатний викликати хімічний опік шкіри.

– Утилізувати батареї, що відслужили свій термін, відповідно до правил утилізації виробів, що містять важкі метали.

На корпусі батарей наносяться позначення відповідно до умов їхньої експлуатації.

3. Технічні характеристики і довідкові дані

Основними характеристиками акумуляторної батареї є її напруга та ємність. Напруга у вольтах, ємність в ампер*годинах.

Значення цих величин зазначено у назві моделі батареї. Наприклад: SV1270 – батарея напругою 12 вольт і ємністю 7,0 ампер*годин. Це означає, що батарея може видати в навантаження енергію 12 × 7 = 84 ватт*годин при 10 годинному розряджанні струмом в 1/10 від ємності. При великих струмах і швидкому розряджанні ємність батареї знижується.

Це можна побачити на графіку.

Під час розряджання струмом в 0,1 С час роботи складає 10 годин і батарея повністю видасть у навантаження закумульовану енергію. Під час розряджання струмом 2 С (у 20 разів більше) час роботи приблизно 15 хвилин (1/4 години) і при цьому батарея видасть у навантаження тільки половину закумульованої енергії. При великих струмах розряджання це значення ще менше. Часто в джерелах безперебійного живлення акумуляторні батареї працюють у ще важчих режимах, при яких струми розряджання досягають 4 С. При цьому час розряджання можна порівняти з 5 хвилинами, а батарея видає в навантаження менше 40% енергії.

Термін служби батареї визначається числом циклів заряджання-розряджання і значно залежить від умов її експлуатації. Чим глибше розряджається батарея, чим більший час вона перебуває в розрядженому стані, тим менше число можливих циклів роботи.

Батареї SVEN можуть працювати в середньому до 5 років з числом циклів до 500 (середнє значення). Для того, щоб батареї могли акумулювати необхідну кількість енергії, їх слід правильно заряджати.

На початковому етапі через розряджену батарею може проходити великий струм, що може викликати перегрівання батареї, і тому значення цього струму необхідно примусово зменшувати до величини не більше 0,25 С. Надалі значення струму зменшують, у міру досягнення повного заряду він стає меншим за 0,02 С. Застосовуються декілька способів заряджання акумуляторних батарей. При швидкому заряджанні потрібно від 4 до 6 годин. При заряджанні постійним струмом, що дорівнює 0,1 С, тривалість заряджання варіюється від 10 до 15 годин. У схемах зарядних пристроїв джерел безперебійного живлення найчастіше використовується швидке заряджання акумулятора (до 80% місткості) з наступним перемиканням на меншу швидкість заряджання (менший зарядний струм) до повної ємності.

Перейдемо до характеристик моделей.

SVEN SV645

SVEN SV1270

SVEN SV12120

SVEN SV12170

5. ГЛОСАРІЙ

Ємність (С) – енергія, яку здатний віддати акумулятор у навантаження, позначається в ампер-годинах (А·ч, мA·ч). Вона буде більшою за таких умов: при меншому струмі розряджання, розряджанні з меншими перервами, вищій температурі довкілля, а також за нижчої кінцевої напруги.

Номінальна ємність – номінальне значення ємності: кількість енергії, яку здатний віддати повністю заряджений акумулятор під час розряджання в строго визначених умовах.

Саморозряджання – втрата ємності за відсутності зовнішнього споживання струму.

Термін служби батареї – напрацювання, під час якого розрядна ємність стане меншою за визначену нормовануї величину, зазвичай оцінюється робочою кількістю циклів «заряджання-розряджання»;.

Термін зберігання – максимальний період часу, протягом якого батарея може зберігатися за обумовлених умов, не потребуючи додаткового заряджання.