Несмотря на то, что в настоящее время существует множество химических составов аккумуляторов, и новые типы со временем становятся коммерчески жизнеспособными, мы имеем дело со свинцово-кислотными типами, затопленными, AGM и настоящими гелевыми, поскольку они широко используются в приложениях, на которых мы специализируемся. Технология свинцово-кислотных аккумуляторов используется в коммерческих целях уже более века. Некоторые археологические находки соответствующих материалов в искусственной конфигурации позволяют предположить, что этот принцип был известен и использовался гораздо дольше. Их конструкция состоит из пластин из свинцового сплава и электролита из серной кислоты и воды. Батарея состоит из нескольких элементов, и свинцово-кислотный химический состав диктует полностью заряженное напряжение около 2,12 вольт на элемент. Таким образом, номинальная батарея на 6 вольт имеет три элемента с напряжением полного заряда от 6,3 до 6,4 вольт, а батарея на 12 вольт имеет шесть элементов, а напряжение полного заряда составляет 12,7 вольта. Высококачественные, высокопроизводительные свинцово-кислотные аккумуляторы могут демонстрировать более высокое напряжение элемента.
Элемент имеет два типа пластин, одну из свинца и одну из диоксида свинца, обе контактируют с электролитом серной кислоты либо в виде жидкости, поглощенной в мате, либо в виде геля. Пластина из диоксида свинца (PbO2) вступает в реакцию с электролитом серной кислоты (H2SO4), в результате чего на пластине образуются ионы водорода и кислорода (из которых образуется вода) и сульфат свинца (PbSO4). Свинцовая пластина вступает в реакцию с электролитом (серной кислотой) и оставляет сульфат свинца (PbSO4), а также свободный электрон. Разрядка батареи (позволяющая электронам покидать батарею) приводит к накоплению сульфата свинца на пластинах и разбавлению кислоты водой. Подробнее о сульфатации и ее проблемах позже. Удельный вес электролита, измеренный с помощью ареометра в залитых батареях, указывает на его относительный заряд (прочность) или уровень разбавления (разряда). Обратимость этой реакции дает нам полезность свинцово-кислотного аккумулятора. Герметичные версии содержат воду, водород и т.д. при нормальном использовании, для рекомбинации и устраняют необходимость в обслуживании проверки уровня воды, а также коррозию вокруг клемм.
Зарядка аккумулятора происходит в обратном направлении и включает в себя воздействие на батарею напряжения, превышающего ее существующее напряжение. Чем выше напряжение, тем быстрее скорость заряда, с некоторыми ограничениями. Следует учитывать точку газообразования, и настоящие гелевые аккумуляторы имеют более низкое пиковое напряжение заряда, потому что в геле могут образовываться пузырьки, которые не рассеиваются, что приводит к повреждению батареи. Подробнее об этом в руководстве по зарядке.
Электролит может абсорбироваться в материал матового типа, поэтому в нем нет свободного электролита (батарея AGM), или может быть в гелевом формате, который также стабилизирует его (настоящий гелевый аккумулятор). Современные свинцово-кислотные аккумуляторы в основном делятся на аккумуляторы глубокого цикла/хранения (номинальные в ампер-часах) или автомобильные типа SLI (запуск/освещение/зажигание), рассчитанные на пусковые амперы. Существуют также комбинированные типы, рассчитанные на обе функции, но они обычно имеют более низкую мощность пускового тока, чем пусковая батарея того же размера.
Батареи SLI
Аккумуляторы SLI предназначены для высвобождения большого количества ампер в течение короткого времени (стартовая последовательность), а затем относительно быстро подзаряжаются от системы зарядки оборудования (альтернатора). Как правило, пусковая последовательность разряжает менее 3% емкости аккумулятора. Аккумуляторы SLI не рассчитаны на многократный глубокий разряд, и при этом их срок службы значительно сокращается. К этому классу относятся влажные (затопленные) и полностью герметичные, необслуживаемые аккумуляторы (AGM - абсорбированный стекломат). Они, как правило, имеют большое количество пластин, и пластины относительно тонкие. Они рассчитаны на CA, пусковые амперы (при 32 градусах по Фаренгейту) и CCA, холодные пусковые усилители (при 0 градусах по Фаренгейту).
Батареи глубокого цикла
Аккумуляторы глубокого цикла имеют более толстые пластины, имеют постоянную скорость разряда, а также глубоко разряжаются и впоследствии подзаряжаются. Их называют аккумуляторами для автофургонов, морскими судами, аккумуляторами глубокого цикла, накопительными батареями, а иногда и аккумуляторами для гольф-каров, поскольку это типичные рынки, на которых они применяются, а также другие. Глубокая разрядка аккумуляторов глубокого цикла в качестве процедуры технического обслуживания не приносит никакой пользы, и они не имеют эффекта памяти. Обычно они измеряются в ампер-часах (ач), но могут иметь рейтинг CA и CCA, если они имеют двойное назначение или иногда используются для начальных целей.
Свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого цикла выпускаются в двух конфигурациях - мокрые и герметичные. Батарея с жидкими элементами имеет более высокую устойчивость к перезарядке, однако при зарядке она выделяет газообразный водород, который должен быть правильно вентилирован, а уровень воды необходимо часто проверять. Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы могут иметь конструкцию AGM (абсорбированный стекломат) или гелевую, и оба иногда называются VRLA (свинцово-кислотные батареи с клапанным регулированием). Часто термин «гель» используется для обозначения любой действительно герметичной, необслуживаемой батареи, и эта практика вызывает путаницу у потребителей батарей, поскольку AGM и настоящий гель имеют некоторые разные характеристики, особенно в требованиях к зарядке настоящего геля. Оба типа не требуют технического обслуживания, не имеют разливаемой жидкости и минимального газообразования. Другие названия герметичных типов — с голодающим электролитом, не требующий обслуживания, сухой элемент и защищенный от разливания. Большинство из них одобрены Министерством транспорта (DOT) для воздушного транспорта и классифицируются как неопасные.
Гель меньше всего подвержен влиянию перепадов температур, хранится при низком уровне заряда и имеет более низкую скорость внутреннего разряда, но имеет требования к пиковому напряжению заряда, которые заметно ниже, чем у залитой батареи или батареи AGM. Аккумулятор AGM справится с перезарядкой немного лучше, чем гелевый элемент. В категорию AGM входят Optima™ и Odyssey™, а также несколько других высокопроизводительных герметичных аккумуляторов. Меньшие по размеру батареи, которые вы найдете в домашних системах сигнализации, компьютерных ИБП (источниках бесперебойного питания) и т. д., на которых написано «герметичный свинцово-кислотный», «защищенный от пролитой жидкости» или «необслуживаемый», почти всегда являются батареями типа AGM. Если на нем не написано «гель» или нет буквы «G» в номере детали, это не гель.
Высокопроизводительные аккумуляторы
Мы уже упоминали высокопроизводительные аккумуляторы Optima™ и Odyssey™. Есть и другие, такие как Rock Racing™. В этих батареях используются премиальные материалы и технологии изготовления и достигаются отличные результаты, которые обычно отражаются на цене. Агрегаты Odyssey демонстрируют чрезвычайно высокие импульсные усилители в течение первых 5 секунд, что является критически важным фактором при запуске двигателей с большим рабочим объемом или высокой степенью сжатия. Они также могут быть полностью разряжены и перезаряжены много раз (рассчитаны на 400 циклов при 80% глубине разряда). Для двойного назначения, начального и глубокого цикла, их трудно превзойти. Мы храним Odyssey PC1500 заряженным и готовым к аварийным прыжкам или другим ситуациям, а также к тестированию. Достаточно сказано.
Емкость аккумулятора
Емкость аккумулятора — это мера энергии, которую батарея может хранить и доставлять к нагрузке. Он определяется тем, какой ток батарея может выдавать в течение стандартного для отрасли периода времени. Единица измерения называется «ампер-час» (ач). Стандартом аккумуляторной промышленности является 20-часовой тариф, т.е. сколько ампер тока батарея может выдавать в течение 20 часов при температуре 80 градусов по Фаренгейту, пока напряжение не упадет до 10,5 вольт для батареи 12 В и 21 вольта для батареи 24 В. Например, аккумулятор емкостью 100 Ач будет выдавать 5 ампер в течение 20 часов. Иногда компания или маркетолог использует 10-часовую ставку или какую-то другую ставку, поэтому убедитесь, какую ставку вам дают при сравнении брендов и размеров групп.
Емкость аккумулятора также выражается в резервной емкости (RC) в минутах. Резервная емкость — это время в минутах, в течение которого батарея может выдавать 25 ампер при 80 градусах по Фаренгейту до тех пор, пока напряжение не упадет до 10,5 вольт для батареи 12 В и 21 вольта для батареи 24 В. Соотношение между ампер-часами (ач) и резервной емкостью (RC) можно аппроксимировать с помощью следующей формулы: ah = RC умножить на 0,6
Типичные размеры аккумуляторов BCI * Напряжение группы аккумуляторов, В Аккумулятор AH 31 12 105 4D 12 200 8D 12 245 GC2 (гольф-кар) 6 220 * Международный совет по аккумуляторам
Высокая скорость разряда аккумулятора
По мере того, как скорость разряда увеличивается сверх стандартной для отрасли 20-часовой нормы, полезная емкость уменьшается из-за «эффекта Пойкерта». Уменьшение не является линейным и показано на графике ниже.
Емкость/скорость разряда Часы разряда Полезная емкость 20 100% 10 87% 8 83% 6 75% 5 70% 3 60% 2 50% 1 40%
Это необходимо учитывать при выборе размера батареи для конкретного применения. Если это высокое потребление тока, емкость батареи должна быть увеличена сверх простого расчетного требования к ампер-часам.
Срок службы батареи и глубина разряда (DOD)
Срок службы батареи тем короче, чем глубже она разряжается в каждом цикле. Увеличение емкости аккумуляторной батареи сверх минимальных требований увеличит срок службы батареи. Настоящие гелевые аккумуляторы, как правило, имеют большее количество циклов, чем AGM, при глубоком циклировании, отсюда их частое использование в гольф-карах и инвалидных колясках/скутерах, когда используются герметичные батареи, и их ежедневная глубокая разрядка.
Средняя таблица жизненного цикла Глубина цикла разряда Жизненный цикл Срок службы % от емкости AH Группа 27/31 Группа 8D Группа GC2 10 1000 1500 3800 50 320 480 1100 80 200 300 675 100 150 225 550
Температурное воздействие на аккумуляторы
Свинцово-кислотные аккумуляторы теряют емкость при низких температурах. При температуре 32 градуса по Фаренгейту батарея будет выдавать около 75% своей номинальной емкости при 80 градусах по Фаренгейту. Это необходимо учитывать при определении размера аккумуляторной батареи необходимой емкости для более холодных условий. Отапливаемая или изолированная камера рекомендуется для очень холодного климата. Высокая температура поддерживает более активную химию батареи и заметно сокращает срок ее службы. Батарея, которая может прослужить 5 лет в среде от 60 до 80 F, может прослужить только 2 года в пустыне.
Внутренние разряды
Аккумуляторы подвержены внутренней разрядке, также называемой саморазрядом. Этот показатель определяется типом аккумулятора, а также металлургией свинца, используемого при его изготовлении. В мокрых ячейках, с полостями внутри для электролита, используется свинцово-сурьмяный сплав для повышения механической прочности. Сурьма также увеличивает скорость внутренних выделений до 8-40% в месяц. По этой причине влажные элементы не следует оставлять без обслуживания или незаряженными в течение длительного времени. Свинец, используемый в конструкции гелевых и AGM-аккумуляторов, не требует высокой механической прочности, так как он стабилизируется гелевым или матовым материалом. Обычно кальций легируется свинцом для уменьшения газообразования и скорости внутреннего разряда, которая составляет всего от 2% до 10% в месяц для аккумуляторов AGM и Gel.
Любой разряд батареи, в том числе внутренний, приводит к образованию сульфатации на пластинах батареи в рамках химического цикла, и по прошествии достаточного времени эта сульфатация затвердевает, вызывая в лучшем случае снижение емкости батареи или полную потерю функции. Регулярная зарядка после использования или использование «плавающего» зарядного устройства для длительного хранения (лодочные аккумуляторы, квадроциклы и т. д.) предотвращает снижение емкости и максимально увеличивает срок службы батареи. Большая часть (около 50%) свинцово-кислотных аккумуляторов имеют меньшую емкость или приходят в негодность из-за сульфатации и никогда не достигают своего номинального срока службы. Существуют электронные устройства (зарядные устройства и автономные устройства) для борьбы с сульфатацией, но лучшей практикой является предотвращение этой ситуации в первую очередь с помощью правильного управления батареями, включая использование качественных «умных» зарядных устройств.
Подведение итогов по достижению максимального срока службы батареи
Из приведенного выше обсуждения видно, что существует несколько проблем, связанных со временем автономной работы. Своевременная подзарядка после использования, по возможности избегание полной разрядки, регулярное техническое обслуживание зарядки или использование «плавающего» зарядного устройства на аккумуляторах на хранении или вне сезона (гидроцикл, снегоход, квадроцикл и т. д.) - все это способствует хорошему сроку службы батареи. Также важно по возможности избегать экстремальных температур, особенно жары, и проверять уровень воды в затопленных батареях. Есть некоторые приложения, которые с большей вероятностью достигнут конца срока службы батареи и в результате имеют меньшую емкость. Инвалидные коляски и скутеры, используемые ежедневно и в большом количестве, попадают в эту категорию.
Последовательное и параллельное подключение аккумуляторных батарей
Когда две или более батарей подключены последовательно (от положительного к отрицательному в цепочке), их напряжения суммируются, но емкость АЧ остается прежней. Таким образом, две батареи 12 В, 100 Ач, соединенные последовательно, образуют блок 24 В, 100 Ач. Отрицатель одной батареи соединяется с плюсом второй батареи, а остальные клеммы являются системными соединениями.
Когда две или более батарей подключены параллельно (от положительной к положительной, от отрицательной к отрицательной), их емкость АЧ (сила тока) суммируется, но напряжение остается прежним. Таким образом, две батареи 12 В, 100 Ач, соединенные параллельно, дают аккумулятор 12 В, 200 Ач.
