Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Введение

Сегодня существует широкий выбор способов хранения энергии для стационарных систем электроснабжения. В их числе — суперконденсаторы, сжатый воздух, гидроаккумулирующие станции, маховики и заряжаемые аккумуляторные батареи. Каждая технология имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют области их применения. В этой статье рассматриваются 2 технологии аккумуляторных батарей, использующих химическое преобразование для хранения энергии: свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы. Основный вывод исследования: определить наиболее эффективные аккумуляторы можно только после изучения ряда факторов, и уже сейчас есть огромный сегмент рынка, где литий-ионные аккумуляторы показывают меньшую стоимость хранения энергии, чем свинцово-кислотные. На рисунке ниже показаны 11 факторов, которые должны рассматриваться при выборе типа аккумуляторной батареи для данной конкретной системы электроснабжения.

Рис 1: Факторы, влияющие на решение о выборе типа аккумуляторной батареи. С вершины по часовой стрелке: начальная стоимость, срок службы, стоимость инженерных работ, стоимость обслуживания , стоимость установки, стоимость сопутствующих элементов, стоимость утилизации, стоимость доставки, влияние на окружающую среду, надежность, безопасность.

В системах автономного электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии до недавнего времени доминировали свинцово-кислотные и никелевые (щелочные) аккумуляторные батареи. Никелевые батареи (NiCd, NiMH) практически ушли с рынка ввиду высокой цены и вреда окружающей среде. Свинцово-кислотные аккумуляторы используются более 100 лет и будут одними из основных в обозримое время вследствие их низкой цены и массового производства.

Литиевые аккумуляторы — это также хорошо проработанная технология и они широко используются в гаджетах и портативных электронных устройствах. Им еще предстоит завоевать свое место в больших системах электроснабжения. Они уже широко применяются в системах, где объем, вес, чувствительность к температуре и малое обслуживание более важны, чем начальная стоимость. На диаграмме ниже показаны типы аккумуляторов, применяемых в системах с возобновляемыми источниками энергии.

Рис 2: Типы перезаряжаемых аккумуляторных батарей

Подготовка батареи к зарядке

К зарядке необходимо подготовить батарею. Во-первых, важна температура окружающей среды. При температуре ниже нуля заряжать аккумулятор не рекомендуется. Низкая температура приводит к потере воды в электролите.

Шаги подготовки АКБ касаются только обслуживаемой батареи. Необслуживаемый аккумулятор снимается с машины и ставится на зарядку автоматическим или неавтоматическим зарядным устройством.

Если заряжается аккумулятор перед зимой, то требуется долить электролит, чтобы повысить плотность, если же – летом, то требуется залить дистиллированную воду. Жарким и знойным летом АКБ не нужна высокая плотность, которая может только разрушить свинцовые стенки.

Шаги процедуры подготовки обслуживаемого АКБ

1. Снять АКБ с машины. Предварительно открутить болты клемм и отсоединить их с выводов электродов.
2. Занести в теплое помещение, если дело происходит зимой. Дать ему время на приобретение температуры окружающей среды.
3. Зачистить выводы электродов до блеска, если есть видимый налет окислов.
4. Протереть поверхность АКБ тряпкой, смоченной в 10 процентном растворе нашатырного спирта.
5. Открыть пробки на банках. Чтобы не допустить переизбытка давления внутри корпуса.
6. По необходимости долить дистиллированную воду в банки.

Теперь аккумулятор готов для подзарядки. Правильная зарядка также имеет большое значение.

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.

Вторичная переработка

Кодовый символ, указывающий на то, что свинцовые батареи могут быть вторично переработаны

См. также: Вторичная переработка отходов

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничьей дроби или гирь. Для безопасности из аккумулятора следует слить электролит, для нейтрализации его остатков банки заливаются раствором пищевой соды, после чего корпус батареи разрушают и извлекают свинцовые электроды, клеммы и перемычки банок. У электродов в переплавку годится только их каркас в виде решётки, прессованная в них рассыпчатая масса — смесь соединений Pb, а не металл. Перемычки и клеммы аккумулятора могут быть переплавлены целиком.[источник не указан 629 дней] Кустарное извлечение свинца из аккумуляторов серьезно вредит как окружающей среде, так и здоровью плавильщиков, поскольку свинец и его соединения с парами и дымом разносятся по всей округе.

Эксплуатационные характеристики

• Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч).
• Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты.
• Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008.

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.

Эксплуатационные характеристики

• Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч).
• Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты.
• Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008.

Как происходит зарядка аккумуляторной батарей?

Не забывайте перед уходом из автомобиля выключать все электроприборы, иначе можете прийти к авто, а аккумулятор сел. Например, включенные габариты полностью разрядят аккумулятор примерно за 30 часов.

Зарядка автомобильного аккумулятора осуществляется двумя разными способами:

1. Аккумулятор стоит непосредственно в автомобиле, двигатель работает и генератор в рабочем состоянии, зарядка идет автоматически (чем больше держите обороты, а электроприборы по возможности не включаете, тем быстрее идет зарядка).

2. Вынимается аккумулятор и берется зарядное устройство, подключаются контакты минус к минусу, плюс к плюсу. Чем меньше зарядный ток, тем больше заряда получит батарея. Только не перегибайте, а то аккумулятор не «закипит» и через «месяц». Далее читаем инструкцию зарядного устройства, т.к. сейчас зарядное устройство – это настоящий миникомпьютер с кучей кнопок и свойств. Зарядных устройств великое множество, и тяжело выделить кого либо из производителей, отличаются они друг от друга, как ценой так и свойствами (сглаживание поступающего напряжения, гашение «скачков»).

Аккумулятор считается полностью заряженным, когда электролит «закипел». В среднем зарядка идет около 8-10 часов, но время может сильно варьироваться, все зависит от изначального заряда батареи. После закипания нужно подождать минут 10-15 и отключить зарядное устройство, после чего аккумулятор считается полностью заряженным.

После зарядки аккумулятора желательно его тщательно промыть и просушить, т.к. на корпус батареи может попасть кислота или грязь. Это может привести к своевременному разряду АКБ, т.к. его корпус пропускает напряжение. Это можно легко проверить — нужно измерить напряжение крышки аккумулятора. Если оно отлично от нуля, то батарея пропускает напряжение и ее нужно промыть раствором соды. Только следите, чтобы данный раствор не попал в банки аккумулятора.

История применения аккумуляторных батарей

Свинцово-кислотная батарея – первая перезаряжаемая батарея, разработанная для коммерческого использования в 1850-х годах. Несмотря на довольно приличный возраст в более чем 150 лет, они по-прежнему активно применяются в современных устройствах. Более того, они активно применяются в приложениях, где, казалось бы, вполне возможно обойтись современными технологиями. Некоторые распространенные устройства вполне активно применяют СКБ, такие как источники бесперебойного питания (ИБП), гольфкары или вилочные погрузчики. Удивительно, но рынок свинцово-кислотных аккумуляторов по-прежнему растет для определенных ниш и проектов.

Первое, довольно ощутимое нововведение в свинцово-кислотную технологию пришло в 1970-е годы, когда были изобретены герметичные СКБ или необслуживаемые СКБ. Данная модернизация состояла в появлении специальных клапанов для стравливания газов при зарядке/разрядке аккумуляторов. Кроме того, применение увлажнённого сепаратора сделало возможным эксплуатировать аккумулятор в наклонном положении без протеканий электролита.

СКБ, или англ. SLA, часто классифицируют по типу или применению. В настоящее время наиболее распространенными являются два типа: гель, известный также как свинцово-кислотная батарея с регулируемым клапаном (valve-regulated lead acid (VRLA)) и абсорбирующий стеклянный мат (absorbent glass mat AGM). Аккумуляторы AGM используются для небольших ИБП, аварийного освещения и инвалидных колясок, в то время как VRLA предназначается для приложений более крупного формата, таких как резервное питание для сотовых ретрансляционных мачт, интернет-центров и вилочных погрузчиков. Свинцово-кислотные аккумуляторы также можно классифицировать по следующим признакам: автомобильные (стартер или SLI — запуск, освещение, зажигание); тяговые (тяга или глубокий цикл); стационарные (источники бесперебойного питания). Основным недостатком SLA во всех этих приложениях является жизненный цикл — если они многократно разряжаются, они сильно повреждаются.

Удивительно, но свинцово-кислотные аккумуляторы были бесспорными лидерами рынка аккумуляторных батарей в течении многих десятилетий, вплоть до появления литий-ионных батарей в 1980-х годах. Литий-ионная батарея представляет собой перезаряжаемую ячейку, в которой ионы лития движутся от отрицательного электрода к положительному во время разряда, и наоборот во время заряда. Литий-ионные аккумуляторы используют интеркалированные литиевые соединения, но не содержат металлического лития, который используется в одноразовых батареях.

Литий-ионный аккумулятор впервые был изобретен в 1970-х годах. В 1980-х на рынок была выпущена первая коммерческая версия батареи с катодом на основе оксида кобальта. Данный тип устройств  имел значительно большие возможности по весу и емкости, по сравнению с системами на никелевой основе. Новые литий-ионные аккумуляторы способствовали огромному росту рынка мобильных телефонов и ноутбуков. Первоначально, из-за соображений безопасности, вводились более безопасные варианты, которые включали добавки на основе никеля и марганца в кобальт-оксидный материал катода, в дополнение к инновациям в строительстве клеток.

Первые литий-ионные элементы, представленные на рынке, были в жестких алюминиевых или стальных банках, и, как правило, имели только несколько форм-факторов цилиндрической или призматической (форма кирпича) формы. Однако, с расширением спектра применения литий-ионной технологии начали изменяться и их габаритные размеры.

Например, менее дорогие версии более старой технологии применяются в ноутбуках и сотовых телефонах. Современные тонкие литий-полимерные элементы используются в смартфонах, планшетах и носимых устройствах. В настоящее время литий-ионные аккумуляторы используются в электроинструментах, электрических велосипедах и других устройствах. Такая вариация предвещает полную замену свинцово-кислотных устройств во все новых и новых приложениях, направленных на улучшение габаритных и силовых показателей.

Какой тип аккумулятора выбрать — AGM, гелевый или с жидким электролитом?

Применение автомобильных стартерных батарей в системах электроснабжения может быть оправдано только в низко-бюджетных системах, которые будут под пристальным контролем обслуживающего персонала (необходимо следить за уровнем и плотностью электролита, регулярно проводить выравнивающий заряд АБ, и т.п.). Необходимо также помнить, что для эксплуатации такого типа батарей необходимо отдельное, хорошо вентилируемое помещение.

В связи с этим, в системах на базе возобновляемых источников энергии, а также в системах бесперебойного питания, целесообразно использовать, хотя и более дорогие, герметичные, необслуживаемые АБ. Солнечная батарея, термоэлектрический генератор и небольшой мощности ветроэлектрическая установка вырабатывают сравнительно небольшой ток, поэтому заряд АБ длится много часов и в этом случае подходят даже самые дешевые из необслуживаемых АБ.

Такие АБ имеют большую, по сравнению со стартерными батареями, толщину пластин электродов, поэтому срок их службы в режиме длительного разряда намного превышает срок работы стартерных батарей.

Сравнение AGM, OPzV и OPzS аккумуляторов*

N	Параметр	AGM	Гелевые трубчатые OPzV	Трубчатые с жидким электролитом OPzS
1	Газовыделение	Нет газовыделения, может быть установлена в любом месте	Нет газовыделения, может быть установлена в любом месте	Высокое газовыделение, нужно отдельное помещение с вытяжной вентилляцией для размещения батарей
2	Обслуживание электролита	Нет	Нет	Требуется часто
3	Уровень зарядного тока	высокий	средний	низкий
4	Требования к размещению	малый размер элемента, малые занимаемые площади	малый размер элемента, малые занимаемые площади	большой размер элемента, большие занимаемые площади
5	Установка	обычно горизонтально или вертикально	горизонтально или вертикально	только вертикально. Установка друг над другом обычно невозможна для больших батарей
6	Транспортировка	Может транспортироваться в заряженном состоянии	Может транспортироваться в заряженном состоянии	Транспортировка только разряженными и без электролита
7	Саморазряд и восстановление	50% саморазряд за 6 месяцев. Легкое восстановление	50% саморазряд за 6 месяцев. Легкое восстановление	Очень высокий саморазряд. Восстановить трудно
8	Срок службы (при 80% глубине разряда), циклов	500	более 1200	теоретически до 1500
9	Срок хранения при подзаряде	средний	большой	большой
10	Работа при высокой температуре	удовлетворительно, рекомендуется 20±5°С. Более высокие температуры резко снижают срок службы	Хорошо, особенно в полевых условиях	Хорошо, но требуется обслуживание
11	Работа при низкой температуре	удовлетворительно, обычно температура не должна быть ниже -15°С	хорошо, до -25°С	плохо, обычно до -5°С
12	Стратификация (разделение плотности электролита по высоте)	пренебрежимо мала, не требуется выравнивающий заряд	пренебрежимо мала, не требуется выравнивающий заряд	заметная, требуется частый выравнивающий заряд для ее предотвращения
13	Емкость при очень малых токах разряда	хорошо	очень хорошо	удовлетворительно
14	Восстановление после глубокого разряда	удовлетворительно	хорошо	плохо, сильная сульфатация препятствует восстановлению
15	Скорость заряда	Отлично, 6-8 часов для 90% восстановления	Удовлетворительно, 8-10 часов для 90% восстановления	Плохо, 12-15 часов для 90% восстановления
16	Работа при недоразряде	удовлетворительно	хорошо	плохо
17	Влияние перезаряда	плохо, выводит из строя батарею (тепловой пробой)	хорошо	хорошо
18	Работа при недозаряде	удовлетворительно, приводит к сокращению срока службы	хорошо	плохо
19	Тепловой пробой	возможен, хотя и редко	невозможен	не наблюдался
20	Цена	средняя	высокая	низкая

Как правильно заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Принцип зарядки состоит в том, что нужно изменить направление тока. Из-за этого электролит и материя двух пластин восстанавливает свой прежний химический состав. Данный процесс именуется циклом, и он может быть многократным. Но чтобы не повредить и продлить срок службы батареи, надо знать, как правильно заряжать свинцово-кислотный аккумулятор.

Прежде всего, нужно знать параметры аккумулятора, которые можно посмотреть на самой коробке устройства. Производители часто указывают информацию на английском языке. Обозначается всё это следующим образом:

На английском	На русском
12V	12 вольт
7.2Ah	7.2 ампер-часов

Также производитель может указывать напрямую, :

На английском	На русском
Standby use – 13.5-13,8V	Если вы используете батарею, как резервный источник электричества – 13,5-13,8 вольт
Cycle use – 14.4V	Если вы его применяете в качестве стартёра, то есть циклическое использование – 14.4 вольт
2.16A MAX	При любой зарядке ток не должен превышать 2.16 ампера

А что если производитель не указал, каким током заряжать аккумулятор? В этом случае можно пользоваться простым правилом – напряжение не должно превышать 10% от его номинальной ёмкости. То есть если у батареи указан параметр 7.2Ah, то заряжать надо при 0.72A.

После того как разобрались с основными параметрами, нужно сделать прибор, которым можно . Для этого потребуется крепкая коробка (лучше пластиковая) с отверстиями для вентиляции, блок питания от ноутбука, плата для регулировки тока и напряжения.

Дополнительно можно встроить многооборотистые переменные резисторы для более тонкой настройки, а также вольтамперметр. Для зарядки автомобильных аккумуляторов потребуется понижающий преобразователь напряжения и более мощный блок питания.

Собрав конструкцию, можно переходить непосредственно к главной процедуре. Для начала на неподключенном к аккумулятору устройстве нужно выставить напряжение, которым надо . Далее необходимо убавить силу тока до минимума, в результате чего сразу же упадёт напряжение. После этого подключаем устройство к аккумулятору (плюс к плюсу, минус к минусу).

В этот момент вольтамперметр будет показывать напряжение, которое есть на батарее. Включаем устройство в розетку и поднимаем силу тока до необходимой величины (метод её расчёта описан выше). В этот момент возможно незначительное снижение напряжения, говорящее о том, что ток уходит на прогрев электролита и преодоление сопротивления аккумулятора. Это нормально.

К концу сила тока на вольтамперметре будет практически равна нулю.

Устройство необслуживаемого аккумулятора автомобиля

Данный вид АКБ имеет устройство, благодаря техническим особенностям которого требует к себе минимум внимания. Корпус абсолютно герметичен. В батарее используются пять основных составляющих:

• герметичный корпус;
• крышка корпуса;
• полюсные выводы;
• гальванические элементы (пластины);
• прослойки-сепараторы.

1. Корпус (моноблок) изготавливается из синтетического полипропилена. Рассчитан выдерживать вибрацию и перепады температур. Не восприимчив к контакту с химическими составляющими. Устойчив к механическим повреждениям.
2. Крышка плотно закрывает и фиксирует межэлементные соединения. В отличие от обслуживаемых аккумуляторов, на которых установлены пробки, здесь их нет вовсе или они плотно закрыты. Газы выводятся при помощи вентиляционной системы. В крышку встроен газоотвод и система защиты от воспламенения газов.
3. Полюсные выводы изготовлены из свинца. Для защиты от неправильного подключения они имеют разный размер. Плюсовой вывод больше минусового. Это исключает потерю активных масс и помогает избежать сокращения рабочего ресурса из-за неверного подсоединения.
4. Пластины при помощи перемычек соединены между собой. Они расположены в отдельном корпусе разделенном перегородками. Гальванические элементы — это обратимый источник электрического тока, что значит цикл «заряд-разряд» можно повторять многократно.
   Устройство аккумулятора состоит из двух полублоков разной полярности, свинцовых пластин в форме решеток. Между которыми находится диэлектрик. Расположены они в электролите — веществе способном проводить ток.
5. Разработанные в форме конверта сепараторы позволили прийти производителям к необслуживаемым и мало обслуживаемым аккумуляторам. Диэлектрическая прослойка сепаратора сделана из микропористой пластмассы или стекловолокна. В виде конверта в котором находятся элементы положительного заряда. Это помогает массе с положительно заряженных пластин не оседать на дне корпуса. Располагается между электродами для предотвращения короткого замыкания. Не допускает контакта разнополярных электродов, не нарушая электропроводимость батареи.

Устройство аккумулятора

В автомобилях обычно применяют свинцово-кислотные аккумуляторы. 

Все элементы располагаются в корпусе, который изготавливают из полипропилена. Корпус состоит из емкости, разделенной на шесть ячеек, и крышки, оснащенной дренажной системой для стравливания давления и отвода газа. На крышку выводится два полюса (клеммы) – положительный и отрицательный.

Содержимое каждой ячейки представляет собой пакет из 16 свинцовых пластин, полярность которых чередуется. Восемь положительных пластин, объединенных бареткой, являются плюсовым электродом (катодом), восемь отрицательных – минусовым (анодом). Каждый электрод выводится к соответствующей клемме аккумулятора.

Между пластинами электродов, для предотвращения замыкания, вставлены сепараторы – пористые пластины, которые не препятствуют циркуляции электролита и не взаимодействуют с ним.

Отдельная пластина электрода – это решетка из металлического свинца, в которую впрессован (намазан) реагент. Активная масса катода – диоксид свинца (PbO2), анода – губчатый свинец.

Эксплуатационные характеристики

• Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч).
• Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты.
• Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008.

Порядок заливки и доливки кислотного электролита в АКБ

Составляющие компоненты электролита – кислоту и дистиллированную воду, нужно смешать в разных пропорциях. Так, если необходимо получить электролит с уровнем плотности 1,29 г/см³, то к 1 литру необходимо добавить 0,36 л кислоты, то есть в соотношении 1:3.

Заливку электролита производят стеклянной или полиэтиленовой трубочкой до уровня 10-15 мм над свинцовыми пластинами. После этого аккумулятор оставляют на два часа, однако в некоторых случаях плотность при этом падает. Далее АКБ заряжают током в десять раз меньшим его емкости в течение 4 часов.

Проверять плотность АКБ необходимо раз в 2-3 месяца. Для этого используется специальный прибор – ареометр.

Важно! В целях техники безопасности необходимо знать, что заливать нужно именно серную кислоту в дистилированную воду, но не наоборот, поскольку высока вероятность возникновения химической реакции данной смеси с выделением брызг и тепла

Когда нужно ставить аккумулятор на зарядку

Если при повороте ключа зажигание стартер испытывает трудности, а напряжение на клеммах упало до 12-12.2 V, то батарея считается разряженной и ее необходимо поставить на зарядку. При дальнейшей эксплуатации батарея может полностью разрядиться и случится глубокий разряд.

На самом деле, чем чаще заряжать батарею, не допуская глубокого разряда, тем больше жизненный ресурс. Если автовладелец покупает качественный аккумулятор у прямого поставщика завода-производителя, такой батарее не страшны постоянные частые подзарядки.

Наоборот, для качественных АКБ постоянное присутствие буферного заряда является излюбленным режимом. Батарея постоянно пребывает под правильным напряжением. Характеристики АКБ не изменяются по истечении времени службы. Если допустить полный разряд свинцово-кислотного АКБ, то при температуре ниже нуля, корпус раздуется, пластины погнутся и замкнутся между собой.

Особенности зарядки и разрядки

Энергия, используемая для восстановления ёмкости АКБ, поступает из зарядных устройств, подключённых к электрической сети. Чтобы заставить ток протекать внутри элементов, напряжение источника должно быть выше, чем у батареи. Значительное превышение расчётного зарядного напряжения может привести к выходу АКБ из строя.

Алгоритмы зарядки напрямую зависят от того, как устроен аккумулятор и к какому типу он относится. Например, некоторые батареи могут безопасно пополнять свою ёмкость от источников постоянного напряжения. Другие работают только с регулируемым источником тока, способными менять параметры в зависимости от уровня заряда.

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.

Пример 1

Номер батареи	Установлена на погрузчик	Поставлена на заряд
Дата	Время	Плотность (средняя по трем элементам выборочно)	Показания счетчика, машино-ч	Дата	Время	Плотность (средняя по трем элементам выборочно)	Показания счетчика, машино-ч
1а
1б
2а
и т.д.

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.