Свинцово-кислотный аккумулятор

Техника безопасности и меры предосторожности

Установить АКБ требуется на ровную поверхность перед зарядкой, чтобы не допустить утечки электролита. Необслуживаемые батареи можно заряжать в любом положении, потому что в них используется гелеобразный электролит.

Перед зарядкой требуется открыть все окна и двери в помещении, чтобы не допустить отравления парами, которые могут образовываться во время процесса. Содержать заряжаемый объект как можно дальше от огня и любых других искр, которые могут привести к взрыву или воспламенению объекта.

Если автовладелец не может снять АКБ с машины, то рекомендуется отключить минус или лучше оба провода.

Принцип действия[править | править код]

Электрохимические процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе при заряде и разряде

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Проведённые в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита.

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца, начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

Реакции на катоде (разряд):

PbO2+SO42− +4H+ +2e−⟶PbSO4+2H2O{\displaystyle {\ce {PbO2 + SO4^{2-}\ + 4 H^{+}\ + 2 e^- -> PbSO4 + 2 H2O}}}.

Реакции на аноде (разряд):

Pb+SO42− −2e−⟶PbSO4{\displaystyle {\ce {Pb + SO4^{2-}\ — 2 e^{-}-> PbSO4}}}.

При разомкнутой внешней цепи на аноде накапливаются свободные электроны, которые притягивают из электролита ионы H+{\displaystyle {\ce {H+}}}. В тонком слое вблизи анода формируется электрическое поле, которое препятствует доступу ионов SO42−{\displaystyle {\ce {SO4^2-}}} к электроду. По мере накопления отрицательного заряда разность потенциалов на таком тонком слое растёт, доступ отрицательных ионов к аноду замедляется, устанавливается равновесие, и заряд прекращает накапливаться на аноде. Аналогичная ситуация происходит на катоде: положительный заряд катода притягивает ионы SO42−{\displaystyle {\ce {SO4^2-}}}, оттесняя ионы H+{\displaystyle {\ce {H+}}}, реакция замедляется. При замыкании внешней цепи электроны анода перетекают на катод и нейтрализуют положительный заряд на нём, что способствует возобновлению химических реакций на электродах.

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует по возможности избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Поэтому большинство зарядных устройств снижает зарядный ток при повышении напряжения аккумулятора. Потери воды восполняют доливкой в аккумуляторы дистиллированной воды при обслуживании аккумуляторной батареи (некоторые автомобильные батареи не имеют открывающихся/отвинчивающихся пробок).

Золотые правила

При эксплуатации батарей нужно соблюдать следующие основные правила:

• Ни в коем случае не оставлять батарею в разряженном состоянии. После каждого разряда необходимо сразу ставить батарею на подзарядку, иначе начнется необратимый процесс сульфатации пластин. Это приводит к снижению емкости и срока службы батарей.

• Разряжать батарею не более чем на 80% (для гелевых АКБ – 60%). Как правило, за это отвечает датчик разряда, установленный на машине, однако его поломка, отсутствие или неправильная настройка может также привести к сульфатации пластин, перегреву батарей при заряде и в конечном итоге сокращению срока их службы.

• В АКБ можно доливать только дистиллированную воду. В обычной воде содержится множество примесей, оказывающих негативное влияние на аккумуляторную батарею. Долив электролита в АКБ для увеличения плотности запрещен: во-первых, это не даст прироста емкости, а во-вторых, вызовет необратимую коррозию пластин.

Чистка АКБ

Чистота абсолютно необходима не только для хорошего внешнего вида батареи, но в значительно большей степени – для предотвращения несчастных случаев и ущерба, уменьшения срока службы, а также для того, чтобы АКБ находилась в состоянии, пригодном к эксплуатации. Аккумуляторные корпуса, ящики, изоляторы необходимо чистить для обеспечения требуемой изоляции элементов по отношению один к другому, по отношению к земле («массе») или внешним проводящим частям. Кроме того, очистка позволяет избежать коррозионных повреждений и возникновения блуждающих токов. Вне зависимости от времени работы и места на АКБ неизбежно оседает пыль.

Небольшое количество электролита, выступающего из батареи во время заряда после достижения напряжения газообразования, образует более-менее токопроводящий слой на крышках элементов или блоков, по которому протекают блуждающие токи. Результатом является повышенный и неоднородный саморазряд элементов или блоков. Это одна из причин того, почему операторы электрических машин жалуются на упавшую емкость батареи после того, как техника не эксплуатировалась в течение выходных дней.

Аккумуляторный журнал и организация работы

При использовании парка электропогрузчиков целесообразно закреплять за каждым погрузчиком свои АКБ. Для этого их нумеруют: 1а, 1б, 2а, 2б и т. д. (батареи с одинаковым номером используются на одном и том же погрузчике). После этого заводят журнал, в котором о каждой АКБ ежедневно отражается информация, проиллюстрированная на примере.

Таким образом, с помощью данного мероприятия можно избежать использования недозаряженных батарей, а также спрогнозировать и спланировать замену АКБ до полного выхода ее из строя. Помимо этого по каждой батарее целесообразно вести еще один журнал, в котором раз в месяц отражается информация о батарее, перечисленная в примере 2. Эти данные являются основным источником информации для сервисной службы, поэтому зачастую ведение такого журнала является обязательным условием гарантийного обслуживания. За все аккумуляторное хозяйство должен быть ответственен один или два (в случае двухсменной работы) человека. В их обязанности по данной зоне ответственности должны входить прием и выдача АКБ, их обслуживание и заряд, ведение аккумуляторных журналов, прогнозирование выхода АКБ из строя.

Устройство

Конструктивно кислотный аккумулятор состоит из следующих элементов:

• Корпус. Представляет собой моноблок. В него помещаются аккумуляторы. Изготовлен из изолирующего материала, стойкого к кислоте. Как правило, это пропилен.
• Электрод (решётка, покрытая пастой из свинцово-оксидного порошка). Положительные электроды покрыты диоксидом свинца. Отрицательно заряжённые решётки покрыты массой губчатого свинца. Для того чтобы увеличить антикоррозийную стойкость электродов, ряд производителей в свинцово-кальциевый сплав добавляет пассиваторы
• Сепаратор-конверт. Устанавливается для изоляции решёток, пластин противоположной полярности в батарейных элементах. В случае соприкосновения пластин разной полярности произойдёт короткое замыкание. Главная сложность при изготовлении сепараторов: их материал должен уберечь от такого замыкания, при этом ток должен беспрепятственно проходить через электролит. Компромиссное решение и достойный вариант материала – микропористая пластмасса. Большинство свинцово-кислотных батарей используют активное вещество электродов из свинцово-кальциевого сплава. У них минимальный уровень саморазряда.
• Шина
• Крышка
• Выходное отверстие.
• Клеммы. Обеспечивают непосредственную связь батареи со стартером, генератором, позволяют быстро монтировать или демонтировать батарею.
• Индикаторы плотности электролита и заряженности батареи.

Каждая современная батарея состоит из шести кислотных аккумуляторов. Используется последовательное соединение. Шесть 2-х вольтовых элементов обеспечивают на выходе 12 вольт.

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Квалифицировать АКБ можно по двум признакам по функциональному назначению и установленному электролиту. По функциональному назначению устройства бывают двух типов:

1. Стартерные.Обеспечивают запуск двигателя автомобиля, подают ток на стартер. Требуют обслуживания и вентиляции.
2. Тяговые. Устройства для цикличных режимов. Используются в ситуациях, когда нужно обеспечить механизмы непрерывной энергией (питания в постоянном режиме). Чаще всего устанавливаются на электрокарах, тягачах, погрузчиках.

Что касается второго классификационного признака — тип электролита, то он может быть абсорбируемым, жидким, гелеообразным. В большинстве случаев мы имеем дело с жидкой средой. Электроды находятся в электролите из раствора серной кислоты.

Плотность электролита в зависимости от степени заряженности постоянно изменяется. Чем заряжённость элемента ниже, тем ниже плотность электролита. При полном заряде плотность достигает 1.29 г/см3. У ряда же современных АКБ электролит удерживается в специальном микропористом материале. В этом случае речь и идёт об абсорбируемом электролите. Объём электролита, заливаемый в АКБ добавляются в том объёме, который может впитать микропористый материал. Лучшее поглощение кислоты влечет за собой повышение эффективности активной массы. Это очень ценно, если АКБ работает на систему рекуперативного торможения или систему стоп-старта. Но из-за высокой стоимости батарей такого типа массового перехода на них пока нет. Большинство использует традиционные свинцово-кислотные батареи.

Наиболее хорошо известны решения, которые ориентированы на абсорбированные электролиты. Это батареи, изготовленные по технологии AGM. Обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторов такого типа не требуется. Для установки не нужно заботиться о том, чтобы помещение было вентилируемым. Работа не требует обслуживания. При этом в режиме подзарядки (буферном режиме) батареи способны служить 12-18 лет, в цикличном режиме — меньше.

Классификация свинцово-кислотных АКБ

Как мы уже отмечали, бесконечно улучшать характеристики аккумуляторов невозможно. Изменяя и улучшая одни параметры, приходится мириться с тем, что при этом страдают другие характеристики. Но именно этот принцип послужил основой для создания батарей, обладающих разными свойствами.

Так, в настоящее время все АКБ этого типа подразделяются не негерметичные (обслуживаемые) и герметичные.

У первых благодаря наличию отверстий в пробках может происходить потеря электролита вследствие его испарения, поэтому такие батареи требуют периодической проверки уровня электролитической жидкости и её долива в случае необходимости. Кроме того, негерметичные батареи боятся резких наклонов и тем более переворотов.

Более современная герметичная разновидность лишена этих недостатков, а проблема накопления взрывоопасных газов здесь решается использованием специальной системы их сброса. Но такие аккумуляторы практически не подлежат ремонту и восстановлению, в отличие от обслуживаемых. Впрочем, средний их срок эксплуатации всё равно больше, так что проблема скорее надуманная, чем реальная.

По основным характеристикам свинцово-кислотные батареи подразделяются на следующие типы:

• стартерные. Как следует из названия, предназначены для пуска двигателей, их главной особенностью является способность выдавать большие токи на протяжении короткого периода времени (эта характеристика называется током саморазряда);
• буферные батареи. Используются в качестве аварийного источника питания, их нормальное состояние – постоянно находиться в режиме подзарядки;
• АКБ длительного электроснабжения способны выдавать токи больших номиналов длительное время. Это достаточно массивные и крупные изделия, используемые для аварийного питания в особо важных сферах (например, в реанимационных отделениях).

По конструкции пластин и типу электролита свинцово-кислотные АКБ бывают следующих типов:

• жидкостные, самая распространённая разновидность. Обеспечивают количество циклов заряда-разряда на уровне 260-500;
• батареи EFB обладают в целом лучшими характеристиками, в том числе и ресурсом (до 1000 циклов), но стоят достаточно дорого. Здесь электролит тоже жидкий, но его значительно меньше и пластины имеют другую конструкцию;
• AGM аккумуляторы известны тем, что электроды здесь облачены в стекловолоконные оболочки, препятствующие вытеканию электролита. Их достоинство – возможность быстрой зарядки и больший номинал вырабатываемого тока;
• гелевые аккумуляторы – полностью необслуживаемые, электролит здесь находится в гелеобразном виде, такие батареи можно устанавливать даже вертикально, они не боятся тряски и ударов.

Словом, совершенствование свинцово-кислотной технологии продолжается, пускай и эволюционным путём.

Устройство свинцово-кислотного аккумулятора

Конструкция батареи свинцово-кислотного типа кардинально отличается от других устройств, предназначенных для выработки пускового тока и питания электроприборов. Хотя в самой сути лежат химические процессы и электролиз. Диоксид свинца и чистый свинец вступают во взаимодействие с раствором серной кислоты.

Устройство АКБ такого типа можно описать химическими процессами: в ходе нагрузки происходит образование сульфата свинца. В это время этот металл окисляется на аноде, а на катоде восстанавливается его диоксид. В процессе заряда протекают противоположные реакции. На пластинах располагается сульфат свинца: он распадается, а на аноде снова восстанавливается чистый свинец. Благодаря этим несложным химическим процессам есть возможность многократно использовать батарею, то разряжая, то заряжая её повторно.

Но в составе каждого автомобильного аккумулятора присутствует такой рабочий элемент, как электролит — это жидкость, пропускающая электрический ток. Если зарядка длится слишком долго, то сульфата свинца становится всё меньше, и начинается процесс электролиза. Обилие пузырьков приводит к закипанию дистиллированной воды внутри батареи. Допускать такое явление не рекомендуется, потому что возрастает угроза взрыва.

Производители закладывают такую опцию, как постепенное снижение величины заряда на клеммах по мере возрастания напряжения. Также существует угроза потери дистиллята, но её восполняют периодической доливкой. Одним из самых важных критериев аккумуляторных батарей выступает их ёмкость. Аккумулятор устроен таким образом, чтобы отдавать электрическую энергию, и в этом его самое главное предназначение. Чем больше ёмкость, тем большим количеством энергии он делится с потребителями тока.

Измеряется ёмкость в ампер-часах и зависит от активной площади электродов каждой батареи. Чтобы добиться увеличения этого критерия, можно использовать несколько соединённых между собой пластин, выполняющих роль электродов. Их могут изготавливать из пористых материалов, что тоже приносит положительный эффект. Проводить ток в этом случае может не только поверхность, но и внутренняя структура. Ёмкость не является постоянным фактором, она зависит от других обстоятельств: силы разрядного тока, состояния, в котором находятся пластины, температуры рабочей жидкости. Если температура понижается, ёмкость автоматически тоже уменьшится, поскольку вязкость электролита будет снижена, и электрохимические реакции протекают в таких условиях труднее.

Особенности применения гелевых автомобильных аккумуляторов

Безусловно, эксплуатация гелевых аккумуляторов может показаться гораздо более простой, если сравнивать ее с дешевыми «кислотниками».

С одной стороны это, действительно, так. Поскольку внутри такого источника тока находится не жидкость, а гель, он более безопасен

в применении и не подвержен взрывоопасности. Гелевую АКБ при необходимости можно положить на бок и повернуть любой стороной, и с ней ничего не случится.

Срок эксплуатации

у гелевых батарей намного больше.

К тому же, они не требуют никакого обслуживания

внутри: им не нужна заливка дистиллированной воды и регулярная проверка внутреннего состояния «банок». Поэтому возникает вопрос — не лучше ли сразу заплатить тысяч 10 или 15, чтобы «не париться» лишний раз?

С одной стороны, преимущества гелевых АКБ очевидны. Однако при эксплуатации аккумулятора этого типа необходимо соблюдать ряд определенных предписаний, иначе «посадить» дорогостоящий аккумулятор можно в два счета.

Если вы приобретаете гелевую АКБ, исправность бортовой сети вашего автомобиля и его составляющих, связанных с аккумуляторным питанием, должна находится на самом высоком уровне:

• Ток должен подаваться стабильно и точно
  .

• Напряжение во всех частях бортовой электросети автомобиля не должно быть скачкообразным.

  Если оно «скачет», аккумулятор сразу же может необратимо выйти из строя.

• Генератор и реле-регулятор должны работать исправно

  , поддерживая напряжение в гелевой батарее не больше цифры в 14,4 В.

• Что касается реле-регулятора, многие опытные автомобилисты рекомендуют сразу установить в машину запасное реле

  в случае приобретения гелевой АКБ. Если одно реле вдруг «накроется», другое, в данном случае, спасет батарею.

• Следует сразу же приобрести зарядное устройство

  , желательно с автоматическим режимом

  .

• Если вдруг напряжение в АКБ становится выше 14,4 вольт (это уже критический показатель), обязательно должен сработать регулятор напряжения

  .

Как видите, несмотря на все положительные характеристики и внешние удобства эксплуатации аккумулятора такого типа, гелевые батареи очень капризны и также требуют особого к себе отношения. Только в несколько ином виде. Ради них водителю придется еще дополнительно потратиться на приведение в идеальный порядок бортовой сети автомобиля.

Устройство и принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Данный тип стационарного АКБ довольно тяжёлый, так как состоит из плотно параллельно упакованных плёнок свинца и оксида свинца. И те и другие в аккумуляторе расположены очень густо. Свинцовые пластины тёмно-серого цвета с синим оттенком, оксидно-свинцовые – тёмно-коричневые с рыжим оттенком.

Обе пластины находятся в серной кислоте, из-за чего в названии АКБ есть соответствующее слово. При включении аккумулятора ток протекает от оксидно-свинцового катода к свинцовому аноду. При этом свинец выделяет электроны, которые оксид свинца принимает.

В результате изменения заряда двух пластин они вступают в реакцию с серной кислотой вокруг и превращаются в сульфаты свинца.

Pb + HSO4– => PbSO4 + H+ + 2e–

PbO2 + HSO4– + 3H+ + 2e– => PbSO4 + 2H2O

Пара пластин производит 2 вольта, поэтому, чтобы увеличить количество вольт, которое может дать аккумулятор, пластины соединяют параллельно во множество пар слоёв. Они упаковываются плотно в банку, чтобы уменьшить объём батареи. Но так как электроны должны передаваться через терминалы, то пары пластин разъединяются специальными изоляционными плёнками.

При этом аккумулятор может иметь либо высокую плотность энергии, либо мощности. То есть аккумулятор или сохраняет большое количество энергии и отдаёт её в течение длительного времени, или он отдаёт огромный заряд очень быстро. В автомобилях используется второй вариант, так как надо отдать более 400 ампер, чтобы завести двигатель.

При глубокой разрядке батареи на пластинах образуется налёт сульфата свинца. Именно из-за этого если посадить аккумулятор до нулевого заряда несколько раз, то можно просто уничтожить его. Сульфат свинца полностью покрывает поверхность пластин, после чего его уже невозможно будет зарядить.

Базовые понятия о работе аккумуляторов

2.1 Базовые понятия для свинцово-кислотных аккумуляторов

Рис 3: Состояния свинцово-кислотного аккумулятора

Полностью заряженный элемент имеет разность потенциалов между анодом и катодом около 2 В. Во время разряда электроны проходят через внешнюю электрическую цепь, одновременно химические реакции внутри аккумулятора обеспечивают баланс зарядов . На рис. 3 показаны химические состояния полностью заряженного и полностью разряженного свинцово-кислотного аккумулятора.

Свинцово-кислотные аккумуляторы могут быть разделен на 2 категории: с жидким электролитом и герметизированные (SLA или VRLA). По своей химии эти категории идентичны (см. рис.3).  Различия – в технологии исполнения, которая влияет и на эксплуатационные характеристики. Аккумуляторы с жидким электролитом требуют следующих 3 условий, которые не требуются герметизированным аккумуляторам:

1. Определенное положение для предотвращения вытекания электролита
2. Вентилируемое помещение для удаления газов, образующихся во время заряда и разряда
3. Регулярное обслуживание электролита.

Ввиду этих различий, необходимо учитывать сложность и стоимость технического обслуживания АКБ с жидким электролитом, которая может нивелировать их более низкую стоимость. Герметизированные аккумуляторы делятся на 2 группы: гелевые и AGM (Absorbed Glass Mat). Они различны по состоянию электролита. В гелевых аккумуляторах в электролит добавлено загущающее вещество, которое превращает электролит в гель. В AGM аккумуляторе используется стеклянная “губка” для связывания жидкого электролита.

Внутри каждой категории свинцово-кислотных аккумуляторов различаются аккумуляторы “глубокого циклирования” и аккумуляторы для “буферного режима” с небольшой глубиной разряда. “Буферные” герметизированные аккумуляторы обычно используются в автомобилях в качестве стартерных – они должны выдавать мощные импульсы энергии в течение короткого времени. В стационарных системах электроснабжения применяются аккумуляторы “глубокого разряда”, которые обычно разряжаются относительно небольшими токами, но в течение длительного времени. 

2.2 Литиевые аккумуляторы

Концепция литий-ионных аккумуляторов была разработана в 1970-х годах. Широкое распространение они получили в 1990-х годах. Принцип работы заключается в том, что ионы лития курсируют туда-сюда между анодом и катодом во время заряда и разряда. На рис.4 показано устройство разновидности литий-ионного оаккумулятора  LiCoO₂.

Рис 4: Реакции в литий-ионном аккумуляторе

Особенности химических процессов на аноде, катоде и в электролите влияют на эффективность работы аккумулятора. Также влияет конструкция элемента литий-ионного аккумулятора. Наиболее часто производитель меняет форму и состав катода:  они могут быть LFP, NCM, NCA, Cobalt, или Manganese.  Более 90% литиевых анодов состоят из графита; кремний и титан используются гораздо реже.

Электролит обычно находится в жидкой форме, но в “литий-полимерных” аккумуляторах электролит находится в абсорбированном виде в полимерной мембране. Это позволяет для ограничения объема аккумулятора использовать “мешочек”  вместо металлического корпуса, который обычно используется с жидким электролитом в цилиндрических и призматических элементах.

Несмотря на различия в химических процессах, литий-ионные аккумуляторы могут быть разделены на 2 групы: литий-железо-фосфатные (LFP, LiFePO₄) и металл-оксидные (NCM, NCA, Cobalt, Manganese – Оксид марганца лития (LiMn₂O₄) и оксид лития никеля и марганца кобальта (LiNiMnCoO₂)). БатареиLiMn₂O₄и LiNiMnCoO2 относятся к литиевым батареям среднего размера по размеру, весу, безопасности, сроку службы и стоимости.

В таблице 1 показаны различия между этими 2 химическими процессами. Значения отражают среднюю величину, возможны флуктуации в ту или другую сторону.

Таблица 1: Сравнение литий-ионных технологий аккумуляторов

RC литий-полимерные батареи (RC LiPo). LiPo — это самые маленькие, самые дешевые, легкие и мощные литиевые батареи. К их недостаткам относятся короткая продолжительность жизни и склонность к возгорания в гигантские огненные шары, поэтому мы в данной статье их не рассматриваем.

Все литий-ионные аккумуляторы выдерживают глубокий разряд. Срок службы аккумулятора существенно возрастает, если глубина разряда не более 80% от номинальной емкости.

Cистематизируем знания, обретаем навыки: дистанционное обучение

Итак, вы познакомились с теорией, касающейся АКБ, классификацией, способами восстановления, зарядкой, но хотите изучить тему глубже, максимально систематизировать знания по этому вопросу, научиться на практике работать с батареей, протестировать свои знания? Отлично! Вам поможет система онлайн-обучения механиков, электриков и диагностов ELECTUDE. Огромное преимущество онлайн -платформы состоит в том, что она максимально ориентирована на комплексный подход (основы физики + практикоориетированные материалы), и вы сможете получить не просто знания, но и конкретные умения, навыки, а система оценки знаний в виде тестов поможет реально оценить, над какими темами темами еще стоит поработать, в каком темпе двигаться дальше.

Далее мы приводим скриншоты и описания переведённых нами на русский язык модулей, которые непосредственно касаются рассматриваемой выше темы.

Изучайте, присматривайтесь к системе ELECTUDE и находите для себя новый источник не просто для получения знаний, а для пошагового развития практических навыков. Ведь кроме базовых модулей в системе есть специальный виртуальный тренажёр. Он и поможет «прокачаться» по полной. Система отлично подходит для обучения в дистанционном формате, самообучения.

Модуль «Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея»

В АКБ содержится электрическая энергия, необходимая для запуска грузового транспорта. В грузовике установлены две одинаковые 12-вольтовые батареи, которые соединены последовательно и вместе выдают напряжение равное 24 V (В-вольт). Когда вы поворачиваете ключ зажигания, аккумуляторы подают питание на стартер. Стартер начинает вращать коленчатый вал двигателя. В тот же момент запускается генератор и подзаряжает аккумуляторы.

Аккумуляторные батареи также подают электроэнергию на потребителя, если генератор не обеспечивает достаточную мощность.

На большинстве грузовиках свинцово-кислотные аккумуляторные батареи крепятся к раме , на некоторых – слева, на других–справа. Аккумуляторы могут устанавливаться и под кабиной грузовика.

Эти дополнительные устройства нужны для питания в кабине иных устройств: холодильника, медиаплеера, или зарядного устройства мобильного телефона.

Поскольку устройство содержит опасные кислоты, на его корпус приклеено несколько знаков, указывающих, как с ним безопасно обращаться.

Эти знаки указывают на то, что:

• Устройство следует хранить в труднодоступном месте.
• Есть риск взрыва во время зарядки.
• Аккумулятор следует хранить вдали от открытого огня.
• АКБ содержит опасную едкую кислоту.
• При обслуживании необходимо всегда носить защитные очки.
• Перед началом работы необходимо ознакомиться с руководством по эксплуатации.
• Для утилизации аккумулятор должен быть передан в специальный пункт сбора.
• Никогда не следует выбрасывать аккумулятор вместе с обычным мусором поскольку в нём содержится свинец и кислота.

Каждое устройство содержит информацию о том, с каким типом батареи вы работаете. Эта информация соответствует определённым стандартам.

Существуют различные организации, которые занимаются стандартами, например:

SAE (Американское общество автомобильных инженеров);
DN (Немецкий институт стандартизации) ;
EN (Европейский стандарт);
IEC (Международная техническая комиссия).

На наклейке указываются необходимые сведения. Например,

• 12 V (вольт): напряжение. Это аккумулятор с напряжением 12 V.
• 230 А/h (ампер-час): ёмкость. Это максимальное количество электрической энергии, которое может выдать аккумулятор при 20 часовом разряде (при конечном напряжении 10, 5 V и температуре 25 ℃). Это максимальное количество электрической энергии, которое может запасти аккумулятор. Данные указываются с учётом времени разряда 20 часов.
• 1200 А, сила тока холодной прокрутки . В соответствии со стандартом DN этот аккумулятор способен обеспечить питание 1200 А в течение 30 секунд с напряжением не ниже 9 V и температурой -18 ℃.
• Две одинаковые аккумуляторные батареи соединены последовательно. Это значит, что вместе они подают напряжение 2×12V=24 V. Емкость аккумулятора постоянна и равна в нашем примере 230 А/h.
• Обе аккумуляторные батареи должны быть одной марки и иметь одинаковую ёмкость и напряжение. Они также должны иметь одинаковую дату производства.

Общая информация

Серийный выпуск и массовая эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторных батарей были начаты еще в конце 19 века. В начале 20 века они начали широко применяться в автомобилях, развивая далее сферу своего применения, легко перешагнули рубеж тысячелетия и до сих пор продолжают оставаться надежными, долговечными, не требующими высоких эксплуатационных затрат и относительно дешевыми источниками энергии.

Аккумулятор – это химический источник тока, способный многократно преобразовывать химическую энергию в электрическую и аккумулировать, запасать ее на длительное время. Упрощенно аккумулятор можно представить следующим образом: два электрода, в виде пластин, помещены в раствор серной кислоты с плотностью 1,27-1,29 г/см3. При этом положительный электрод выполнен из двуокиси свинца (PbO₂), а отрицательный из свинца (Pb). При прохождении тока между ними протекают окислительно-восстановительные реакции.

₄

По конструкции свинцово-кислотные аккумуляторы бывают обслуживаемые и необслуживаемые. Обслуживаемые требуют в процессе эксплуатации определенного ухода (контроля уровня и плотности электролита). Необслуживаемые – являются герметичными (точнее, герметизированными), работают в любом положении и не требуют ухода.

В международной интерпретации принято обозначение в виде SEALED LEAD ACID BATTERY (герметичная свинцово-кислотная батарея) или сокращенно SLA, а также VRLA – Valve Regulated Lead Acid (свинцово-кислотные с регулируемым клапаном) батареи, имеющие сернокислый электролит в виде геля или связанная в стекловолокне (AGM). Такие аккумуляторные батареи имеют более высокие электрические и эксплуатационные параметры.
Применение такие батареи находят в качестве резервных источников в системах сигнализации и охраны и медицинском оборудовании. Однако самое широкое применение они имеют в источниках бесперебойного питания (ИБП), а также в системах автономного электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии.

Определяем тип и режим работы аккумулятора

1. Во-первых, чтобы понять, какой алгоритм зарядки подойдет конкретной АКБ, требуется определиться с классом батареи, чей принцип работы базируется на реакциях свинца в растворе серной кислоты. Она может быть либо обслуживаемой (то есть легко заряжаемой аналоговой зарядкой), либо необслуживаемой (требующей для подзарядки подключения специальных зарядных приспособлений).
2. Во-вторых, аккумулятор может эксплуатироваться в 2-х режимах: буферном (будучи постоянно подключенным к сети и периодически активируемым для самостоятельной) и циклическом (использование такого АКБ состоит из постоянной смены циклов «разрядка-подзарядка»).

Среди обслуживаемых SLA числятся, преимущественно, классические автомобильные аккумуляторы. Основная масса свинцово-кислотных источников тока, используемых в мото транспорте, лодках, катерах, Станциях без перебойного питания и т.д. принадлежит к герметичным, необслуживаемым, буферным и гелевым.

Разновидности и особенности свинцовых АКБ

 На практике сейчас можно встретить самые разные батареи. Это позволяет решать самые разные задачи по энергообеспечению самых разных устройств. Разберем наиболее популярные виды аккумуляторов.

 Lead-Acid. Требуют обслуживания. Считаются классическими автомобильными стартерными батареями. Сюда входят сурьмянистые, малосурьмянистые, гибридные и кислотно-кальциевые аккумуляторы. Обычно используют для двигателей внутреннего сгорания, но это не единственный вариант использования. Бывают варианты на 6v и 12v. Основной недостаток – высокий уровень саморазряда. 

 AGM VRLA. Современные необслуживаемые батареи. Могут иметь вольтаж – 2v, 4v, 6v и 12v. Основная отличительная особенность – сепараторы выполнены из стекловолокна. Также обычно используется абсорбированный электролит. Это позволяет увеличить срок эксплуатации АКБ в полтора раза. Использование технологии сепараторов из стекловолокна сделало возможным увеличивать зарядный ток, что ускоряет зарядку. Обычно AGM батареи допускается заряжать током в 25-30% от емкости. Разработано несколько разновидностей, подходящих для разных буферных и циклических режимов. 

 VRLA. Необслуживаемые АКБ с герметичным корпусом (необслуживаемые кальциевые и EFB). Могут иметь вольтаж – 2V, 4V, 6V и 12V. Предназначены для эксплуатации в буферном режиме. Не требуют дополнительной вентиляции при использовании в помещениях. 

 GEL VLRA. Одна из самых современных модификаций. Тут применяется геле образный электролит. Однообразная консистенция, позволяет добиваться наиболее эффективного контакта электролита с электродом, что увеличивает емкость. Также гель позволяет продлить срок службы батареи. Является необслуживаемой батареей. Требует периодической зарядки, для продления срока эксплуатации нужно использовать только высокоточное зарядное устройство, оно должно обеспечивать точный уровень силы тока. Существует несколько разновидностей, отличающихся особенностями электродов. Обозначение каждого из них позволяет определить возможность использования АКБ в определенных условиях. Есть батареи 2v, 4v, 6v, 12v, 24v, 36v и 48v. 

 OPzV. Это необслуживаемые АКБ 2V. Имеют трубчатые пластины электродов. Отличаются устойчивостью к глубокому разряду и продолжительностью службы до 22 лет.