Буфферная акумуляторна батарея

2 акумуляторна батарея

акумуляторна батарея
батарея
Електрично з'єднані між собою акумулятори, оснащені висновками і в'язні, як правило, в одному корпусі.
[ГОСТ 15596-82]

акумуляторна батарея
батарея
Два або більше акумуляторів, з'єднаних між собою і використовуються як джерела електричної енергії
[ОСТ 45.55-99]

джерела струму хімічні

Класифікація

accumulator battery
bank of accumulators
Bat
battery
battery energy storage
battery pack
electric battery
electric power storage
rechargeable battery
secondary battery
storage battery
storage-battery bank

3.8 акумуляторна батарея (battery pack): Єдиний механічний вузол, що складається з елементів акумуляторної батареї і кріпильних конструкцій і пристроїв управління.

9. Акумуляторна батарея

Електрично з'єднані між собою акумулятори, оснащені висновками і в'язні, як правило, в одному корпусі

Свинцево-кислотні акумулятори для стаціонарного обладнання зв'язку

О. Чекстер, І. Джосан

При організації електроживлення апаратури зв'язку широке застосування знаходять акумуляторні установки: їх застосовують для забезпечення безперебійності і належної якості електроживлення обладнання зв'язку, в тому числі при перервах зовнішнього електропостачання, а також для забезпечення запуску та роботи автоматики власних електростанцій та електроагрегатів. У переважній більшості акумуляторних установок використовуються стаціонарні свинцево-кислотні елементи і моноблоки.

Свинцево-кислотні акумулятори: за і проти

Переважне застосування свинцево-кислотних акумуляторів пояснюється цілою низкою їхніх переваг.

По-перше, діапазон ємностей акумуляторів знаходиться в межах від одиниць ампер-годин до десятків кілоампер-годин, що дозволяє забезпечувати комплектацію батарей будь-якого необхідного резерву.
По-друге, співвідношення між кінцевими зарядним і розрядним напругою при зарядах і розрядах свинцево-кислотних акумуляторів має найменше значення з усіх електрохімічних систем джерел струму, що дозволяє забезпечувати низький перепад напруги на навантаженні у всіх режимах роботи електроживлення установки.
По-третє, свинцево-кислотні акумулятори відрізняються низькою величиною саморазряда і можливістю збереження заряду (ємності) при тривалому підзаряді.
По-четверте, свинцево-кислотні акумулятори володіють порівняно низьким внутрішнім опором, що обумовлює достатню стабільність напруги живлення при динамічних змінах опору навантаження.

Разом з тим свинцево-кислотних акумуляторів притаманні недоліки, що обмежують сферу їх застосування і ускладнюють організацію їх експлуатації.

Через низьку питомої щільності енергії, що запасається свинцево-кислотні акумулятори мають досить великі масогабаритні параметри. Однак для стаціонарного застосування цей показник не має головного значення на відміну від застосування акумуляторів для живлення мобільних пристроїв.

Оскільки в установках свинцево-кислотних акумуляторів відбувається газоутворення, для забезпечення вибухобезпеки повинна бути налагоджена природна або примусова вентиляція - в залежності від умов застосування і типу акумуляторів. З цієї ж причини акумуляторні установки не можна розміщувати в герметичних шафах, відсіках та т.д.

Виряджені свинцево-кислотні акумулятори вимагають негайного заряду. В іншому випадку перехід мелкокристаллического сульфату свинцю на поверхні електродів в крупнокристалічного фазу може привести до безповоротної втрати ємності акумуляторів. У зв'язку з цим при тривалому зберіганні такі акумулятори (крім сухозаряженной) необхідно періодично дозаряджати.

типи акумуляторів

за виконання

Відкриті акумулятори - це акумулятори, що мають кришку з отвором, через яке можуть віддалятися газоподібні продукти, заливатися електроліт, проводитися завмер щільності електроліту. Отвори можуть бути забезпечені системою вентиляції.

Закриті акумулятори - це акумулятори, закриті в звичайних умовах роботи, але забезпечені пристроями, що дозволяють виділятися газу, коли внутрішній тиск перевищує встановлене значення. Додаткова долівка води в такі акумулятори неможлива. Ці акумулятори залишаються закритими, мають низьке газоутворення при дотриманні умов експлуатації, зазначених виробником, і призначені для роботи в вихідному герметизированном стані протягом усього терміну служби. Їх ще називають акумуляторами з регульованим клапаном, герметизованими або безуходнимі.

У свинцево-кислотних акумуляторах у всіх режимах їх роботи, в тому числі і при розімкнутому ланцюзі навантаження (холостий хід), відбувається сульфатация поверхні електродів і газоутворення з витратою на ці реакції води, що входить до складу електроліту. Це змушує при експлуатації звичайних відкритих акумуляторів виробляти періодичний контроль рівня і щільності електроліту, долівку дистильованої води з проведенням зрівняльних зарядів, що є досить трудомістким процесом.

За конструкцією електродів

Область застосування і особливості експлуатації свинцево-кислотних акумуляторів визначаються їх конструкцією. За типом конструкції позитивних електродів (пластин) розрізняють наступні типи акумуляторів:

з електродами великий поверхні (за класифікацією німецького стандарту DIN VDE 510 - GroE);
з панцирними (трубчастими) позитивними електродами (за класифікацією DIN - OPzS і OPzV);
з намазними і стрижневими позитивними електродами (за класифікацією DIN - Ogi).

Герметизовані акумулятори, як правило, мають намазні позитивні і негативні електроди (за винятком акумуляторів OPzV).

критерії вибору

При виборі типу стаціонарного свинцево-кислотного акумулятора, найбільш придатного для конкретної області застосування, необхідно керуватися наступними критеріями:

режим розряду і віддається при цьому ємність;
особливості розміщення;
особливості експлуатації;
строк служби;
вартість.

режим розряду

При виборі акумуляторів для певного режиму розряду слід враховувати, що при коротких режимах розряду коефіцієнт віддачі акумуляторів по ємності менше одиниці. При однаковій ємності віддача елементів з електродами великий поверхні вище в два рази, ніж для елементів з панцирними електродами, і в півтора рази - ніж для елементів з намазними електродами.

Вартість акумулятора залежить від його типу: як правило, акумулятори з електродами великий поверхні дорожче панцирних, а намазні - дешевше і тих і інших. Герметизовані акумулятори коштують більше, ніж відкриті.

Строк служби

Найдовговічнішими при дотриманні правил експлуатації є акумулятори з електродами великий поверхні, для яких термін служби складає 20 і більше років. Друге місце за терміном служби займають акумулятори з панцирними електродами - приблизно 16-18 років. Термін служби акумуляторів з намазними електродами досягає 10-12 років. Приблизно такі ж терміни експлуатації мають герметичні акумулятори.

Однак ряд виробників випускає герметизовані акумулятори та з меншим терміном служби, але більш дешеві. За класифікацією європейського об'єднання виробників акумуляторів EUROBAT ці герметизовані акумулятори поділяються на 4 класи за характеристиками і терміну служби:

Акумулятори з короткими термінами служби, як правило, дешевше інших і призначені в основному для використання в якості резервних джерел струму в установках безперебійного живлення змінним струмом (UPS) і на тимчасових об'єктах зв'язку.

Слід враховувати, що зазначені вище значення терміну служби відповідають середній температурі експлуатації 20 ° С. При збільшенні температури експлуатації на кожні 10 ° С за рахунок збільшення швидкості електрохімічних процесів в акумуляторах їх термін служби буде скорочуватися в 2 рази.

Розміщення

За величиною займаної площі при експлуатації перевагу мають герметичні акумулятори. За ними в порядку зростання займаної площі слідують акумулятори відкритих типів з намазними електродами, панцирними електродами і з електродами великий поверхні.

Розміщувати герметизовані акумулятори при експлуатації, як правило, допускається і в вертикальному, і в горизонтальному положенні - це дозволяє більш економно використовувати площу під розміщення електроустаткування. При горизонтальному розміщенні герметизованих акумуляторів, якщо немає інших приписів виробника, акумулятори встановлюються таким чином, щоб пакети електродних пластин займали вертикальне положення.

експлуатація

Мінімальних трудових витрат при експлуатації вимагають герметизовані акумулятори. Решта типів акумуляторів вимагають великих трудовитрат обслуговуючого персоналу, особливо ті пристрої, у яких величина домішки сурми в позитивних решітках перевищує 3%.

Якість збірки, а також закупорювання з'єднання кришки з транспортировочной пробкою (для акумуляторів відкритих типів) або запобіжним клапаном (для герметизованих акумуляторів) повинні забезпечувати герметизацію акумуляторів при надмірному або зниженому на 20 кПа (150 мм рт. Ст.) Атмосферному тиску і виключати попадання всередину атмосферного кисню і вологи, здатних прискорювати сульфатацію електродів і корозію токосборов і борнов у сухозаряженной акумуляторів при зберіганні, а також виключати вихід зсередини кислоти і аерозолів ри їх експлуатації. Для герметизованих акумуляторів, окрім того, якість закупорювання має забезпечувати нормальні умови рекомбінації кисню і обмежувати подачу газу при заданих виробником експлуатаційних режимах роботи.

електричні характеристики

Основним параметром, що характеризує якість акумулятора при заданих масогабаритних показниках, є його електрична ємність, яка визначається за кількістю ампер-годин електрики, одержуваного при розряді акумулятора певним струмом до заданого кінцевого напруги.

За класифікацією ГОСТ Р МЕК 896-1-95. номінальна ємність стаціонарного акумулятора (С10) визначається за часом його розряду струмом десятигодинного режиму розряду до кінцевого напруги 1,8 В / ел. при середній температурі електроліту при розряді 20 ° С. Якщо середня температура електроліту при розряді відрізняється від 20 ° С, отримане значення фактичної ємності (Сф) призводять до температурі 20 ° С, використовуючи формулу:

де z - температурний коефіцієнт ємності, що дорівнює 0,006 ° С -1 (для режимів розряду більше години) і 0,01 ° С -1 (для режимів розряду, рівних одній годині і менш); t - фактичне значення середньої температури електроліту при розряді, ° С.

Ємність акумуляторів при більш коротких режимах розряду менше номінальної і при температурі електроліту (20 ± 5) ° С для акумуляторів з різними типами електродів повинна бути не менше зазначених у таблиці значень (з урахуванням забезпечення прийнятних меж зміни напруги на апаратурі зв'язку).

Як правило, при введенні в експлуатацію акумуляторів з малим терміном зберігання на першому циклі розряду батарея повинна віддавати не менше 95% місткості, наведеної в таблиці для 10-, 5-, 3- і 1-годинного режимів розряду, а на 5-10- м циклі розряду (в залежності від приписи виробника) -не менше 100% місткості, наведеної в таблиці для 10-, 5-, 3-, 1 і 0,5-годинного режимів розряду.

Крім того, при оцінці акумулятора слід враховувати вихідне значення щільності електроліту, при якій задається ємність: якщо вихідна щільність підвищена, то досить імовірно, що термін служби акумулятора скоротиться.

Придатність до буферної роботі

Іншим параметром, що характеризує стаціонарні свинцево-кислотні акумулятори, є їх придатність до буферної роботі. Це означає, що попередньо заряджена батарея, підключена паралельно з навантаженням до випрямним пристроїв, повинна зберігати свою ємність при зазначеному виробником напрузі підзаряду і заданої його нестабільності. Зазвичай напруга підзаряду Uпз вказується для кожного типу акумулятора і знаходиться в межах 2,18-2,27 В / ел. (При 20 ° С). При експлуатації з іншими кліматичними умовами слід враховувати температурний коефіцієнт зміни напруги підзаряду.

Нестабільність підзарядного напруги для основних типів акумуляторів не повинна перевищувати 1%, що накладає певні вимоги на вибір випрямних пристроїв при проектуванні електроживлячих установок зв'язку.

При буферної роботі для досягнення прийнятного терміну служби свинцево-кислотних акумуляторів необхідно не перевищувати допустимий струм їх заряду, який задається різними виробниками в межах 0,1-0,3 С10. При цьому слід пам'ятати, що струм заряду акумуляторів з напругою, що перевершує 2,4 В / ел. не повинен перевищувати величину 0,05 С10.

Розкид напруги елементів

Відсутність тенденції до зниження величини розкиду напруги протягом першого року після введення в дію або збільшення різниці напруги при подальшій експлуатації свідчить про дефекти пристрою або про порушення умов експлуатації.

Особливо небезпечно тривале перевищення напруги на окремих елементах в складі батареї, що перевищує 2,4 В / ел. оскільки це може призвести до підвищеної витрати води в окремих елементах при заряді або підзаряді батареї і до скорочення терміну її служби або підвищення трудомісткості обслуговування (для акумуляторів відкритих типів це означає більш часті наповнення системи). Крім того, значний розкид напруги елементів в батареї може призвести до втрати її ємності внаслідок надмірно глибокого розряду окремих елементів при розряді батареї.

саморозряд

Якість технології виготовлення акумуляторів оцінюється також і по такій характеристиці, як саморозряд.

Саморозряд (за визначенням ГОСТ Р МЕК 896-1-95 - збереження заряду) визначається як відсоткова частка втрати ємності бездіяльним акумулятором (при розімкнутому зовнішньому ланцюзі) при зберіганні протягом заданого проміжку часу при температурі 20 ° С. Цей параметр визначає тривалість зберігання батареї в проміжках між черговими зарядами, а також величину підзарядного струму зарядженої батареї.

Величина саморазряда в значній мірі залежить від температури електроліту, тому для зменшення підзарядного струму батареї в буферному режимі її роботи або для збільшення часу зберігання батареї в бездіяльності доцільно вибирати приміщення зі зниженою середньою температурою.

Зазвичай середньодобовий саморазряд відкритих типів акумуляторів при 90-добовому зберіганні при температурі 20 ° С не повинен перевищувати 1% номінальної ємності, з ростом температури на 10 ° С це значення подвоюється. Середньодобовий саморазряд герметизованих акумуляторів при тих же умовах зберігання, як правило, не повинен перевищувати 0,1% номінальної ємності.

Внутрішній опір і струм короткого замикання

Для розрахунку ланцюгів автоматики і захисту акумуляторних батарей ГОСТ Р МЕК 896-1-95 регламентує такі характеристики акумуляторів як їх внутрішній опір і струм короткого замикання. Ці параметри визначаються розрахунковим шляхом за усталеними значеннями напруги при розряді батарей струмами досить великий величини (зазвичай рівними 4 С10 і 20 С10) і повинні приводитися в технічній документації виробника. За цими даними може бути розрахований такий вихідний динамічний параметр електроживлення установки (ЕПП), як нестабільність її вихідної напруги при стрибкоподібних змінах струму навантаження, оскільки в буферних ЕПУ вихідний опір установки в основному визначається внутрішнім опором батареї.

"Паперова" версія статті містить зведену таблицю характеристик акумуляторів (стор. 126-128). Так як формат таблиці дуже незручний для розміщення на сайті, тут ця таблиця не наводиться.

джерела струму хімічні