4.2 Аккумуляторлар

Қабылданған техникалық терминологияның әдебиеттеріне сәйкес аккумуляторлар және аккумуляторлы батареялар электр энергиясын өндіруге арналған екінші ретті ХТК жатады. Аккумулфяторлар және аккумуляторлы батареялар сыртқы электр тізбегіне заряд процесінде жинақталған энергияны береді. Бірқатар жағдайларда радиоаппаратураны қолданған гальваникалық элементтерді және батареяларды қолданғаннан дұрыс болып саналады.

Аккумуляторлар көпретті зарядталады және разрядталады. Аккумуляторды зарядтау барысында оның оң полюсі зарядтаушы құрылғысының оң полюсіне қосылады. Аккумултордың зарядталуы разрядтың тогына кері бағытта өтіп жатқан токпен жүзеге асырылады.

Аккумуляторлардың келесі түрлері кең қолданысқа ие болды: қышқылды, сілтілі, күміс-цинкті, герметикалық никель-кадмий және никель-металлгидридті.

Қышқылды аккумуляторлар. Төмендегі параметрлермен сипатталады:

• зарядталған аккумулятордың ЭҚК 2,6 - 2,8 В;

• разрядталған аккумуляторлардың ЭҚК 1,7 - 1,8 В;

• ПӘК 80% дейін;

• Қызмет ету мерзімі (заряд-разряд айналымының саны) 300 - 800;

• тәулігіне өздігінен разрядталуы 1 - 2%.

Қышқылды аккумуляторлар автокөліктің (бұл жағдайда олар стартерлік ретінде қолданылады) және радио, телефон аппаратураларын қоректендіру үшін кең қолданысқа ие болды. Негізінен тасымалданатын радиоаппаратурада қолданылатын герметикалық аккумуляторларн жасап шығарылады.

Қышқылды аккумуляторларды эксплуатациялау барысында олардың артық зарядталу мен толық зарядталмауға сезімталдығын ескеру қажет. Артық зарядталу мен толық зарядталмаудың нәтижесінде пластиналардың белсенді маасаы біртіндеп бұзылады. Қышқылды аккумулятордың (немесе аккумулятордың әр батареясындағы) кернеуі 1,8 В жеткеннен кейін оның разряды тоқтайды.

Жаңадан зарядталған аккумулятордың кернеуі 2,7 – 2,8 В тең болады. Разрядтың ең асында ол 2 В дейін түседі және разряд уақытының көп бөлігінде осы деңгейде тұрады, ал кейін біртіндеп төмендей бастайды.

Атқаратын қызметіне байланысты қышқылды (қорғасынды) аккумуляторлардың бірнеше түрлері болады. Стационар құрылғыларды энергиямен жабдықтау үшін корпустары көбінесе шыныдан немесе қышқылға төзімді пластмассадан дайындалатын стационар аккумуляторлар қолданылады. Бұндай ХТК эксплуатация кезінде 1000 айналымға дейін жететін ұзақ қызмет ету мерзімімен сипатталады.

Талап етілетін кернеу мен жалпы сыйымдылықтың мөлшеріне байланысты стационар аккумуляторларды тізбектей және (немесе) параллель жолмен батареяларға жинайды.

Автомобиль немесе тракторлардың қозғалтқыштарын қосу және электржабдықтарының қоректендірілуі стартерлі деп аталатын аккумуляторлармен жүзеге асырылады.

Автомобильдерге, тракторларға, шынжыр табанды машиналарға және моторлы катерлерге арналған стартерлік аккумуляторлы батареялар 6 немесе 12 В кернеуге ие болады. Стартерлік аккумуляторлардың корпусын әдетте эбониттен немесе қатты пластмассадан сыртынан арнайы массамен герметикалық құя отырып жасайды.

Стартерлік аккумуляторлардың қызмет ету мерзімі заряд-разряд 100 айналымынан асады. Автомобильді эксплуатациялау мерзімі бойынша шамамен 600 сағ сәйке,с келеді. Стационар және стартерлік аккумуляторлардың мүмкіндіктері туралы кейбір түсініктер 4.13 кестеде көрсетліген.

РЭА қоректендіру үшін арнайы радиоанодты және радиоқыздырғыш аккумуляторлар дайындалады. Оларды эбонит жәшіктерде жинайды.

4.13 кестеден көріп отырғанымыздай, аккумулятормен берілетін сыйымдылық разряд тогының шамасына тәуелді болады (Лекланше жүйесінің ХТК салыстыр). Кернеуі 6 В (3СТ) және 12 В (6СТ) стартерлік аккумуляторлық батареялар үшін 4.13 кестеде олар бірнеше секунд ішінде бере алатын токтың максимум мәндері келтірілген.

4.13 кесте.

Қышқылды аккумуляторлық батареялардың техникалық сипаттамалары.

Сілтілік аккумуляторлар. Қышқылды аккумуляторлармен қатар электролит ретінде күйдіргіш кали немесе күйдіргіш натр қолданылатын, ал электрод белсенді массасы бар жинақты ұстап тұратын никельденген темір рамкалар болатын сілтілік аккумуляторлар кең қолданысқа ие болды. Кадмий-никель аккумуляторлардың оң пластиналарында белсенді масса графитпен қоспаланған никель тотығының гидраты болып табылады, ал теріс пластиналарда – кадмий және темір тотығы болады. Темір-никель аккумуляторларында белсаенді массасында кадмий болмайды және оның құрамы басқаша болады.

Сілтілік аккумуляторлардың негізгі параметрлері келесідей болады:

• зарядталған аккумуляторлардың ЭҚК 1,75-1,8 В;

• разрядталған аккумуляторлардың ЭҚК 0,8 - 1,0 В;

• ПӘК 60% дейін;

• Қызмет ету мерзімі (заряд-разряд айналымының саны) 500 - 1000;

• Тәлігіне өздігінен разрядталуы 1,5%.

Жаңадан зарядталған сілтілік аккумулятор шамамен 1,7 – 1,8 В кернеу береді. Заряд тоқтағаннан кейін бұл кернеу жүктеме қосылмаса дабірден 1,4 – 1,45 В дейін төмендейді. Жүктеме болған кезде әр аккумулятордың кернеуі 1,2 В тең. Разрядтың соңында кернеу 1 – 0,95 В дейін төмендейді. Бұл аккумулятордың сыйымдылығы жұмсалғанын және оны қайтадан зарядтау керектігін білдіреді.

Сілтілік аккумуляторлар қышқылдықпен салыстырғанда бірқатар артықшылыққа ие. Олардың массасы кіші болады, діріл және соққыға төзімді болады, қысқа уақыттағы қысқаша тұйықталу және үлкен зарядты және разрядты ток кезінде бұзылмайды, ұзақ уақыт бойы зарядталмаған күйінде сақталына алады. Алайда олар қорғасынды аккумуляторларға қарағанда қымбатырақ болады, әр аккумуляторға берілетін кернеу мәні төмен болады және ПӘК аз болады.

Герметикалық сілтілік аккумуляторлар. Кішігабаритті аппаратураларда никель-кадми және никель-металлгидридті аккумуляторлар кең таралған. Олар екі түрлі болып жасалынады: дискілі және цилиндрлі. Электродтарының екі түрі болуы мүмкін: ламельді және ламельсіз. Дискілі аккумуляторлар кішігабаритті қабылдау-тасымалдау аппаратураларында, есту аппараттарында, микрокалькуляторларда, ойыншықтарда, электршамдарда және т.б. қолданылады. Цилиндрлі аккумуляторлар арзан, қызмет ету және сақтау мерзімдері айтарлықтай ұзақ, соққылық жүктемелерге шыдамды болады. Осының барлығы оның медициналық, далалық, геофизикалық және РЭА басқа түрлерінде кең қолданылуын анықтайды.

Гериетикалық никель-кадмий аккумуляторлардың негізгі параметрлері:

• зарядталған аккумулятордың ЭҚК 1,48 - 1,5 В;

• разрядталған аккумулятордың ЭҚК 0,7 - 1,0 В;

• ПӘК 50 - 60%;

• қызмет ету мерзімі (заряд-разряд айналымының саны) 1000 дейін;

• разрядты тогы – кең аралықта;

• артық зарядталу және толық зарядталмау рұқсате етіледі.

Ламельсіз кадмий-никель аккумуляторлардың ішкі кедергісі аз болады және стартерлік режимдерде жұмыс істей алады. Төмен температуралар шарттарында және дірід мен соққы әсер еткенде жұмысқа қабілеттілігін сақтап қалады.

Зарядталған бір никель-кадмий аккумуляторының кернеуі 1,3 В тең, ал разрядталғандікі – 1 В тең. Кереу 1 В болғанда, аккумуялторлардың сыйымдылығы толығымен жұмсалмайды, бірақ оны ары қарай разрядтаудың қажеті жоқ. Никель-кадмий аккумуляторының терең разрядын (0,4 – 0,5 В дейін) тек алдын алу немесе «емдеу» мақсаттарында жүргізеді. Эксплуатация барысында никель-кадмий аккумуляторларының белсенді массасының дәндерінің өлшемі біртіндеп арта бастайды, оның нәтижесінде жұмыс сыйымдылығы төмендейді, одан кейін – электрод аралық сепаратордың бұзылуынан және қоректің босқа жұмсалуының артуының нәтижесінен (жад эффектісі) аккумулятор істен шығып қалады. Аккумулятор толық разрядталмай заряд құрылғысына қосылған кезде белсенді массаның дәнінің өлшемінің артуы болады. Бұны никель-кадми аккумуляторларын және батареяларын эксплуатациялау барысында ескеру қажет. Жад эффектісін болдырмау үшін терең разрядты қолданады. Терең разряд барысында белсенді массаның дәндерінің өлшемі азаяды және аккумулятордың сыйымдылығыны қалпына келеді. Осылайша, терең периодты разряд никель-кадмий аккумуляторының «денсаулығына» жағымды әсер ететін емдеу-сақтандыру құралы болып табылады. Никель-металлгидридті аккумуляторларында жад эффектісі елеусіз болады және ерекше мәселелер тудырмайды. Ол аккумулытордың қызмет ету мерзімінде байқалып үлгермейді. Кейбір дерек көздерінің мәліметтеріне сүйенетін болсақ, осындай аккумуляторлар үшін де терең периодты разрядтар көрсетілген.

Қалыпты эксплуатация барысында никель-кадмий аккумуляторларының қызмет ету мерзімі заряд-разряд 500 - 600 айналымының маңайында болады. Одан кейін аккумулятордың сыйымдылығы шамамен екі есе азаяды. Алайда, бірқатар зерттеулердің мәліметтеріне қарағанда тұрақты терең периодты разрядтың арқасында аккумуляторлардың қызмет ету мерзімі 2000 және одан да көп заряд-разряд айналымына дейін жетеді.

Отандық аппаратурада ең көп таралған дискілік аккумуляторлардың түрлері келесідей: Д-0,01; Д-0,06; Д-0,7; Д-0,12; Д-0,2; Д-0,25 және Д-0,26. Аккумуляторларға тапсырыс кезінде және жаңадан дайындалатын бұйымдардың конструкциялық құжаттамаларында қолданылатын шартты белгілеулер тағайындалған. Аккумулятордың түрін шартты белгілеуді әріптер және сандар мынаны білдіреді: Д – дискілі аккумулятор; әріптен кейінгі сандар – ампер-сағатпен. Аккумулятордың номинал сыйымдылығы; саннан кейінгі әріптер – разряд режимі: Д – ұзақ (10 сағат); С – орташа (5 сағат). Сыйымдылығы 60 мА ұзақ разряд режиміне арналған дискілік аккумулятордың шартты белгіленуінің үлгісі: Д-0,06Д ГОСТ 11258-79.

Отандық жискілі никель-кадмий аккумуляторларының электрлік сипаттамалары 4.14 және 4.15 кестеде берілген.

Герметикалық никель-кадмий аккумуляторларының батареялары. Кернеуі 2,4 В асатын қорек көзін талап ететін РЭА қолданылады. Батареялар дискілік сонымен қатар цилиндрлік аккумуляторлардан дайындалады. Отандық батареялардың кейбіреулерінің сипаттамаларын қарастырайық.

Қоршаған ортаның температурасы қалыпты болған кезде қорек көзінің кернеуі 12 В РЭА қоректендіруге арналған 10 КНГ-3,5Д батареясы. Батареяның номинал сыйымдылығы (2,9 А сағ) және орташа разрядты кернеуі (12 В) батареяның конструкциясымен қамтамасыз етіледі. Оның құрамында минимал реле кернеуі қарастырылған. Батареяның массасы 2,5 кг, габариттері 175x99x78 мм.

Негізгі электрлік сипаттамалары: зарядтың номинал тогы 0,35 А; номинал токпен баареяның зарядталу уақыты 15 сағат; разрядтың номинал тогы 1,2 А; разряд кезінде бастапқы кернеу 13,8 В; разряд кезінде орташа кернеу 12 В; соңғы кернеу 10 В кем емес; батареяның зарядталғаннан кейінгі сыйымдылығы 1,9 – 2,4 А сағ (температураға байланысты); батареяның қызмет ету мерзімі 400 айналымнан кем емес.

4.14 кесте.

Герметикалық никель-кадмий аккумуляторлардың

электрлік сипаттамалары

Таблица 4.15.

Дискілі аккумуляторлардың шекті разряд режимдері

Кернеу 12 В кезде ұзық разряд режимінде РЭА қоректендіруге арналған 10НКГЦ-1Д батареясы.

Батарея қоршаған ортаның қалыпты температурасы кезінде, сонымен қатар батарея қоршаған ортаның температурасы -50°С температураға дейін ортада болып, одан кейін 12 сағат бойы (25±10)°С температурада болған кезде тасымалданатын және автомобильді қабылдағыштардың және кішігабаритті транзисторлы теледидарлардың тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.

Аккумуляторлы батареялардың массасы 710 г аспайды, габариттері 111x98x45,5. Разряд кезіндегі осы батареяның электрлік сипаттамалары 4.16 кестеде берілген.

4.16 кесте.

Соңғы кернеу 10 В разряд кезіндегі 10 НКГЦ-1 Д

батареясының электрлік сипаттамалары

7Д-0Д15-У1.1 батареялары кішігабаритті тасымалданатын радиоқабылдағыштарды, электронды телефон құрылғыларын және РЭА басқа да бұйымдарын тұрақты токпен қоректендіру үшін қолданылады.

Батарея герметикалық дискілі жеті тізбектелген аккумулятордан құралған.

Батареялардың электрлік сипаттамалары 4.17 кестеде келтірілген.

4.17 кесте.

7Д-0,115-У1.1 батареяларының электрлік сипаттамалары

Батареяның разрядының ең үлкен рұқсат етілген тогы – 50 мА. Бұндай разряд тогында (егер ол қалыпты температурада жүрсе) батарея өзінің номинал сыйымдылығының 60 – 80 % бөлігін береді. Температура төмендеген кезде батареяның сыйымдылығы айтарлықтай төмендейді (4.18 кесте), және батареяны эксплуатациялаудың шекті температурасын -5°С деп есептеуге болады. Алайды бұдан да төмен температура кезінде батарея жұмысқа қабілеттілігін біраз уақыт сақтайды. Осылайша, ол -15°С температура кезінде өзінің номинал сыйымдылығының шамамен 50% бөлігін береді.

Таблица 4.18.

7Д-0Д15-У1.1 батареясының сыйымдылығының температураға тәуелділігі

Күміс-цинк аккумуляторлар. Қышқылды және сілтілі аккумуляторлардан меншікті сыйымдылығының (бірлік массасына) үлкен болуымен, оларда шамамен, төрт-бес есе жоғары болып табылады, ПӘК жоғары болуымен және салыстырмалы түрде кіші өздігінен разрядталуымен тиімді түрде ерекшеленеді. Сонымен қатар күміс-цинк аккумуляторлар атмосфералық қысым төмен болған кезде де жұмыс істей алады. Күміс-цинк аккумуляторларының қызмет ету мерзімі заряд-разряд 300... 500 айналымына жетеді.

Күміс-цинк аккумуляторлар келесі негізгі көрсеткіштермен сипатталады: зарядталған аккумулятордың ЭҚК 1,75 – 1,8 В. Разрядталған аккумулятордың ЭҚК 0,7 – 0,6 В; тәулігіне өздігіненразрядталуы 0,3 – 0,4 %.

Күміс-цинкті аккумуляторлар пластмасс банкаларда жиналады. Теріс электродтар ретінде престелген цинк және цинк тотығының ұнтағынан жасалған пластиналар, оң электрод ретінде таза күмістен жасалған пластина қолданылады. Электролит ретінде күйдіргіш калидің ерітіндісі қолданылады.

Жүктемеге қосылған күміс-цинк аккумулятордың кернеуі бірден 1,5 В дейін түседі және осы деңгейде аккумулятордың барлық сыйымдылығы жұмсалып біткенге дейін тұрады. Осыдан кейін кернеу бірден төмендейді, бұл аккумуляторды зарядқа қою керек дегенді білдіреді. Кернеудің тұрақтылығы жоғары болғандықтан күміс-цинк аккумуляторлар тірек кернеуінің көзі ретінде қолданылуы мүмкін.

Күміс-цинк аккумуляторлардың үлкен разрядты токқа сезімталдығы төмен. КЦ типті аккумуляторларды 15 минут бойы сыйымдылықты толығымен қолданғанға дейін разрядтауға болады. Терең разрядты жиі қолдануға рұқсат етіледі, жылдам разряд та болуы мүмкін: 15 минутта сыйымдылықтың 80%. Жұмыс температураларының диапазоны -20 - +60°С аралықта болады, алайда олар -60 - +80°С температура аралығында да жұмыс істей алады.

КЦ типті аккумуляторлардың құны салыстырмалы түрде жоғары, бірақ сапасы жоғары болғандықтан кеңінен қолданылады. Отандық КЦ типті тікбұрышты корпустағы аккумуляторлардың кейбіреулерінің негізгі электрлік параметрлері 4.19 кестеде келтірілген.

4.19 кесте.

КЦ типті аккумуляторлардың негізгі электрлік параметрлері

Разряд режиміне байланысты ұзақтығы бойынша аккумуляторлар КЦ типті 1 сағатқа дейін қысқа режимі үшін (стартерлік), орташа (1 – 5 сағат разряд), ұзақ (10...20 сағат разряд).