Основные типы кислотных аккумуляторов

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Различия между жидкостными, гелевыми, EFB- и AGM-аккумуляторами

Автор: Бриттани Лин (Brittany Lin) , ведущий специалист NOCO

Иногда разные химические составы свинцово-кислотных аккумуляторов ошибочно считают разными технологиями. При этом аккумуляторы большинства современных транспортных средств преимущественно являются свинцово-кислотными, включая AGM. AGM-аккумуляторы (Absorbent Glass Mat или абсорбирующее стекловолокно), а также жидкостные, гелевые и EFB-аккумуляторы (Enhanced Flooded Batteries или улучшенные жидкостные аккумуляторы) являются разновидностями свинцово-кислотной технологии. Точно также как литий-кобальт-оксидные, литий-марганец-оксидные, литий-никель-марганец-кобальт-оксидные и литий-железо-фосфатные аккумуляторы являются разновидностями литий-ионных аккумуляторов. Каждая разновидность свинцово-кислотных аккумуляторов делится на две основные группы: жидкостные и с клапанным регулированием, также называемые герметичными свинцово-кислотными аккумуляторами. Далее рассмотрим особенности каждой технологии.

Жидкостные

Обслуживание: требуется
Тип: жидкостные
Циклический ресурс: 250–500 циклов
Рабочий цикл: 50% глубины разряда
Стандартное напряжение зарядки: 14,4–14,5 вольт

Жидкостные аккумуляторы — самый распространенный и экономичный тип свинцово-кислотных аккумуляторов. Они содержат раствор жидкого электролита (поэтому называются «жидкостными»), которому после циклов зарядки и разрядки требуется обслуживание. Большинству жидкостных аккумуляторов требуется регулярное обслуживание электролита каждые 3–6 месяцев. Если жидкостный аккумулятор случайно получает избыточный заряд, в него можно долить электролит, что сделает его более устойчивым к неправильной зарядке. При разрядке более чем на 50% срок службы жидкостных аккумуляторов существенно сокращается. Такой аккумулятор следует устанавливать вертикально. Также необходимо проявлять осторожность и не вступать в контакт с аккумуляторной кислотой.

Обслуживание: требуется
Тип: герметичные свинцово-кислотные
Циклический ресурс: 500–1000 циклов
Рабочий цикл: 60% глубины разряда
Стандартное напряжение зарядки: 14,4–14,5 вольт

EFB-аккумуляторы — это экономичные аккумуляторы, которые используются в микрогибридных автомобилях и выдерживают циклические нагрузки систем старт-стоп. EFB-аккумуляторы подобны жидкостным аккумуляторам, поскольку также содержат раствор жидкого электролита. При этом они способны выдерживать в два раза большую циклическую нагрузку и имеют на 16% больший рабочий цикл. Несмотря на улучшенные характеристики, необходимые для систем старт-стоп, EFB-аккумуляторы заряжаются также, как стандартные жидкостные аккумуляторы, и устанавливаются вертикально.

Гелевые

Обслуживание: не требуется
Тип: герметичные свинцово-кислотные
Циклический ресурс: 300–500 циклов
Рабочий цикл: 50% глубины разряда
Стандартное напряжение зарядки: 14,2–14,3 вольт

Гелевые аккумуляторы были разработаны как необслуживаемая версия жидкостных. Внутри они имеют похожее строение за исключением того, что сурьма в свинцовых пластинах заменена кальцием, а в электролит для образования неподвижного раствора добавляются соединения кремния. В отличие от жидкостных аккумуляторов, гелевые можно устанавливать практически в любом положении. Они обеспечивают меньшее испарение электролита, увеличенный циклический ресурс и повышенную устойчивость к ударам, вибрациям и стратификации кислоты. Гелевые аккумуляторы все еще имеют коммерческое применение, однако используются ограничено из-за развития технологии AGM-аккумуляторов.

Обслуживание: не требуется
Тип: герметичные свинцово-кислотные
Циклический ресурс: 400–600 циклов
Рабочий цикл: 80% глубины разряда
Стандартное напряжение зарядки: 14,7–14,8 вольт

AGM — самая новая технология непроливаемых аккумуляторов. Вместо геля в AGM-аккумуляторах используются разделители из стекловолокна, абсорбирующего электролит, что повышает их эффективность по сравнению с жидкостными и гелевыми. AGM-аккумуляторы имеют более низкое внутреннее сопротивление (что позволяет обеспечивать сильный ток), рабочий цикл на 80% глубины разряда и заряжаются в 5 раз быстрее. Как и все герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, AGM-аккумуляторы чувствительны к неправильной зарядке.

AGM+ (advanced AGM)

Обслуживание: не требуется
Тип: герметичные свинцово-кислотные
Циклический ресурс: 800–1200 циклов
Рабочий цикл: 80% глубины разряда
Стандартное напряжение зарядки: 15,2–15,3 вольт

AGM+ или улучшенные AGM-аккумуляторы подобны традиционным AGM-акккумуляторам, однако имеют увеличенный циклический ресурс и уменьшенное внутреннее сопротивление, благодаря чему подходят для микрогибридных автомобилей с системами старт-стоп.

Источник

Типы кислотно-свинцовых аккумуляторных батарей

Без подготовки разобраться в разновидностях кислотно-свинцовых аккумуляторов не так просто: неспециалист, к примеру, редко знает, что означают аббревиатуры SLA, AFG, AGM и прочие.

Кислотно-свинцовый аккумулятор, как система пластин в растворе серной кислоты между двумя свинцовыми электродами – довольно популярная и надежная конструкция автономного источника питания, известная с начала XX века. В настоящее время существует несколько основных типов кислотно-свинцовых аккумуляторов.

Подразделение типов свинцовых батарей по конструкции и состоянию электролита

По конструкции кислотно-свинцовые аккумуляторы можно разделить на:

• Тип WET — батареи с жидким электролитом, которые, в свою очередь, подразделяются на батареи со свободным электролитом и аккумуляторы модификации AFG. Герметичные аккумуляторы в международной классификации обозначаются SLA (от английского «seal» — уплотнение).
• Батареи с регулируемым клапаном (VRLA). В этих АКБ электролит содержится не в жидком состоянии, а в желеобразном (гелевом) или абсорбированном.

Батареи со свободным электролитом подразделяются на обслуживаемые и необслуживаемые (есть ещё промежуточный тип – «малообслуживаемые»). Их особенности:

• Необслуживаемые модели не предоставляют владельцу машины или автомеханику возможности вскрывать АКБ и добавлять электролит или измерять его плотность. Некоторые отечественные и зарубежные производители сохраняют при этом в конструкции окошко для наблюдения за уровнем электролита.
• Обслуживаемые аккумуляторы, которые считаются уже устаревшими (на сегодняшний день они по-прежнему производятся, но в небольших количествах), позволяют вручную открывать «банки» и добавлять электролит, измеряя его плотность.

Батареи VRLA, в которых электролит имеет гелевую (тип GEL) или абсорбированную консистенцию (тип AGM), более устойчивы к низким температурам и способны долго держать зарядку. При их зарядке обеспечение вентиляции в помещении не требуется. На энергетических объектах могут применяться также аккумуляторы AGM глубокого разряда (обеспечивающие 200-400 циклов разряда до 100 %).

Аббревиатура AGM расшифровывается как «абсорбирующие маты из стекла». Отсеки корпуса такого аккумулятора заполняются пористой субстанцией из стекловолокна, пропитываемой раствором серной кислоты. В такой конструкции электролит находится в батарее в «связанном» состоянии. При этом поры заполняются электролитом не полностью, есть свободный объём, в котором должен рекомбинироваться газ.

Подразделение по функциональному назначению. Области применения

С точки зрения области применения свинцово-кислотные аккумуляторы можно разделить на:

• Стартерные, которые и используются в автомобилях. Стартерные батареи с жидким электролитом достаточно быстро разряжаются, могут требовать вентиляции в процессе зарядки, а иногда и обслуживания. На современных моделях машин известных производителей уже устанавливаются батареи AGM, в том числе для запитывания системы «Старт – Стоп».
• Общепромышленного назначения. Для обеспечения бесперебойного питания (к примеру, электрических транспортных средств) часто применяется батарея типа VRLA (с регулируемым клапаном).
• Тяговые, применяемые для нагруженных цикличных режимов в энергетике и машиностроении, на испытательных стендах (например, при испытаниях газотурбогенераторов на разных режимах нагрузки). В качестве тяговых часто применяются аккумуляторы типа WET (с жидким электролитом).
• Солнечные (для особо нагруженных режимов).

Поскольку свинцово-кислотные аккумуляторы используются с начала XX века, связанная с ними теория очень развита. Совершенствуются химические процессы, разрабатываются технологии, которые позволяют электролиту держать заряд дольше. Чтобы купить аккумулятор для автомобиля, покупателю не нужно разбираться в технологиях изготовления батарей, которые со временем усложняются. Однако знание типов аккумуляторов и их особенностей поможет при выборе. Если вам сложно разобраться в многообразии батарей, вы можете воспользоваться помощью наших консультантов.

Источник

Кислотные аккумуляторы и их характеристики

Аккумулятор — источник питания, в котором при разряде энергия химической реакции преобразовывается в электрическую, а при заряде — наоборот. Главное отличие от обычной батареи – это возможность восстановления энергии методом повторной зарядки. Для заряда нужно подключить постоянный ток в направлении, обратном разряду.

Кислотные аккумуляторы были изобретены в 19 веке, но до сих пор являются самыми востребованными в мире благодаря невысокой стоимости и высокой степени эффективности. Устройство состоит из корпуса, двух разнополярных электродов, помещенных в электролит – раствор кислоты, от этого получено название – кислотные батареи (АКБ — Аккумуляторные Кислотные Батареи). По материалу, из которого изготовлены электроды, их еще называют свинцово-кислотные.

Как работают?

Основой работы аккумулятора является электрохимический процесс взаимодействия свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты. При включении нагрузки на электроды происходит химическая реакция диоксида свинца с серной кислотой H₂SO₄, а также реакция окисления свинца до сульфата свинца. В процессе разряда на катоде («-») идет восстановление диоксида свинца, на аноде («+») — окисление свинца. Во время зарядки происходят обратные химические реакции и электролиз воды с выделением кислорода на аноде, водорода на катоде.

Реакции взаимодействия, протекающие в аккумуляторе, можно описать двумя формулами:

При разрядке идет процесс образования сульфата свинца в активных массах анода и катода, расходование серной кислоты H₂SO₄ и снижение плотности электролита. Во время зарядки происходят обратные реакции, идет образование серной кислоты, повышается плотность электролита. Окончание процесса заряда характеризуется завершением преобразования веществ на электродах, прекращением изменения электролита. Если продолжать зарядку, то возникает нежелательная реакция разложения воды (электролиз), идет выделение кислородных и водородных пузырьков в электролите, происходит иллюзия закипания. Если это произошло, необходимо добавить в аккумулятор дистиллированной воды для восстановления ее в электролите.

Конструкция

Кислотные батареи уже более ста лет не меняются по своему основному внутреннему устройству.

В конструкцию аккумуляторных батарей входят:

1. Электроды – в виде плоских решеток из свинца, в ячейки запрессован порошок диоксид свинца (PbO₂) на аноде, порошок металлического свинца (Pb) — на катоде.
2. Сепаратор — пористый диэлектрик, разделяет между собой электроды, препятствуя замыканию.
3. Электролит — разбавленная водой (дистиллированной) серная кислота H₂SO₄, в нее помещены электроды и сепаратор. Максимальная электропроводность достигается при температуре 20 о С, концентрации серной кислоты – 35 %, что означает плотность электролита 1,26 г/см³. Внутренне сопротивление при этом минимально, потери внутри устройства существенно малы. В местах с низкотемпературным климатом возможно повышение плотности раствора до 1,29 г/см³ – 1,31 г/см³. Увеличение концентрации кислотного раствора препятствует замерзанию электролита, образованию льда внутри корпуса, который может повредить электроды и разорвать аккумулятор.

Основные характеристики, параметры

1. Емкость (номинальная) — количество электрической энергии, которое могут дать кислотные батареи, измерение происходит в момент разряда, при нагрузке маленьким током потребления, единицы измерения— А*ч.
2. Стартерный ток – показывает способность АКБ отдавать большие токи при температуре — 18 о С на протяжении половины минуты.
3. Емкость(резервная) — показывает временной промежуток, на протяжении которого кислотные батареи отдают ток 25 А до величины напряжения 10,5 В.
4. Нижнее значение напряжения разряженной АКБ — 1,75 — 1,8 V.
5. Температурный рабочий диапазон — – 40 о с — + 40 о С.

Разновидности

По режиму работы кислотные батареи можно разделить на три группы:

1. Циклический — принцип работы происходит по циклу – полный разряд — полный заряд, периодически отключается от источника питания. Считается наиболее жестким режимом, количество циклов стопроцентной разрядки ограничено.
2. Буферный — широко используемый режим, щадящий для АКБ, при нем не допускается полного разряда, характерно постоянное подключение к источнику питания.
3. Смешанный — комбинация буферного и циклических режимов, но большая часть времени работы проходит в буферном.

Самые распространенные кислотные батареи, представленные на рынке, можно разделить на виды:

Источник

Типы аккумуляторных батарей

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.

Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов.

Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта

Виды аккумуляторных батарей

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Рабочая температура, ºC

Напряжение элемента, В

Удельная энергия, Вт∙ч/кг

Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный)

Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д.

Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)

Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии

Электрокары, речные и морские суда, авиация

Источник