7. Аккумуляторы

7. Общие сведения

Аккумулятор – это химический источник тока многократного действия. Он способен накапливать, длительно сохранять и отдавать по мере надобности электрическую энергию, полученную от внешнего источника постоянного тока.

Электрические характеристики аккумуляторов.

1. Емкость аккумулятора – это количество электричества, которое можно получить от аккумулятора в определённых условиях разряда.

Номинальная ёмкость стационарной аккумуляторной батареи (С₁₀) определяется по времени её разряда током десятичасового режима до конечного напряжения 1,8 В/эл. при средней температуре 20 °С. Если температура отличается от 20 °С, то номинальную ёмкость приводят к температуре 20 °С и фактическую ёмкость (С_ф) находят по формуле [23]:

, (7.1)

где – температурный коэффициент ёмкости, равный 0,006 [1/°С]– для режимов разряда более часа и 0,01 [1/°С] – для режимов разряда продолжительностью менее одного часа; Т – фактическое значение средней температуры при разряде, °С.

2. Номинальное напряжение аккумулятора – это напряжение на выводах полностью заряженного аккумулятора в течение первого часа разряда током 10 – часового режима при температуре 20°С (U_ЭЛ..НОМ = 2 В).

3. Напряжение в конце разряда равно U_ЭЛ.КР = (1,75…1,8) В. При разряде аккумулятора токами, превышающими ток 10 – часового режима разряда, напряжение в процессе разряда будет понижаться быстрее, чем при 10 – часовом режиме и достигнет уровня 1,8 В, когда с аккумулятора ещё не снята номинальная ёмкость. В таких случаях, показателем окончания разряда является величина напряжения на одном элементе.

4. Величина напряжения для заряда должна быть больше ЭДС (E), так как зарядному току приходится преодолевать внутреннее сопротивление аккумулятора (напряжение поляризации, равное I_З×R_ВН): U_ЗАР=E+I_З×R_ВН= =(2,14+0,14)В.

5. Внутреннее сопротивление аккумулятора R_ВН складывается из сопротивления аккумуляторных пластин, сепаратора и электролита. Внутреннее сопротивление увеличивается по мере разряда в силу уменьшения плотности электролита, а также в связи с образованием сульфата свинца. Омическое сопротивление одного, полностью заряженного, элемента составляет примерно 0,0036 Ом, а в состоянии полного разряда – 0,007 Ом.

6. Плотность электролита заряженного аккумулятора составляет

(1,25…1,3) г/см³ , в состоянии разряда – 1,05 г/см³.

Современные типы аккумуляторов. В настоящее время на предприятиях связи используются закрытые и герметичные аккумуляторы. Наиболее широкое распространение получили свинцовые аккумуляторы. Это связано с высокими технико-экономическими показателями кислотных АБ – большой удельной энергоемкостью и малым значением стоимости на единицу количества электричества. К достоинствам свинцовых аккумуляторов относится также их высокая надежность и относительно низкие эксплуатационные затраты. Срок службы стационарных аккумуляторов может достигать 12...15 лет, стартерных – 4…5 лет. По конструктивным особенностям аккумуляторы делятся на две большие группы – закрытого типа и герметичные.

Закрытые негерметичные аккумуляторы (ЗНА) можно условно разделить на два типа: конструкция с избыточным объёмом электролита и конструкция с возможностью долива воды. Корпус выполняется из прозрачной пластмассы.

Герметичные аккумуляторы изготавливаются из непрозрачной пластмассы. На верхней крышке расположены выходные клеммы и регулирующий клапан. Регулирующий клапан имеет принципиальное отличие от пробки ЗНА, хотя в некоторых моделях выглядит как заливная пробка. Он осуществляет одностороннее пропускание газов из аккумулятора наружу, снимает избыточное давление, но препятствует проникновению газообразных примесей внутрь. Герметичные аккумуляторы в зависимости от способа связи электролита делят на два типа:

• аккумуляторы с микропористым сепаратором, который пропитывается сернокислотным электролитом. Капиллярная структура сепаратора предотвращает вытекание электролита. По такому принципу строятся аккумуляторы фирм OLDHAM France (АБ типа OPzS, TC, EG, ESPACE и др.), YUASA и CHLORIDE.

• аккумуляторы с желеобразным силиконовым электролитом вязкой консистенции. Сепаратор в этом случае изготавливается аналогично “классическим” аккумуляторам. По такому принципу строятся аккумуляторы VARTA и HAGEN [24,25].

Во время эксплуатации закрытых и герметичных аккумуляторов должны обязательно соблюдаться следующие условия:

а) содержание в режиме “плавающего заряда”, то есть превышение напряжения выпрямителя содержания над ЭДС АБ при любых изменениях этой ЭДС должно быть равно 0,14 В/элемент ( напряжение поляризации кислотного аккумулятора). Величина ЭДС ЗНА и герметичных аккумуляторов различна. У герметичных она выше за счет более высокой концентрации электролита. Поэтому напряжение “плавающего” заряда в нормальных условиях равно ЭДС + напряжение поляризации = 2,14+ 0,14 = =2,28 В/элемент. Динамика заряда приведена на рис.7.1. На рисунке обозначено: 1 – кривая напряжения, 2 – кривая тока (величина тока принята условно).

Рисунок 7.1 – Динамика заряда аккумуляторов

б) нестабильность напряжения “плавающего заряда” должна быть не более 1%, поскольку рекомбинация газа наиболее эффективна при малом газовыделении. При большом газовыделении избыток не рекомбинированного газа сбрасывается через клапан, что отрицательно сказывается на долговечности АБ.

в) требуется температурная компенсация напряжения “плавающего заряда”. Понижение напряжения “плавающего заряда”, как и понижение температуры, ведут к саморазряду и уменьшению гарантированного времени разряда до конечного напряжения. На рисунке 7.2 показана типичная

Рисунок 7.2 – Зависимость напряжения “плавающего заряда” от температуры

зависимость напряжения “плавающего заряда” от температуры, поддерживаемая выпрямителем содержания

г) конечное напряжение разряда закрытых аккумуляторов может быть ниже, чем у открытых, благодаря лучшей диффузии активных веществ. Кроме

того, эти аккумуляторы допускают разряд при низких температурах (рис. 7.3),

Рисунок 7.3 – Конечное напряжение в зависимости от температуры

хотя отдают при этом меньшую ёмкость. Несоблюдение перечисленных условий приводит к значительному сокращению срока службы АБ. Так, например, повышение температуры на 10⁰С сокращает срок службы герметичных АБ в два раза, если номинальные параметры рассчитаны на температуру +20⁰С. На закрытые батареи температура оказывает меньшее влияние, но оно тоже существенно.