Применение и эксплуатация кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов

Рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС)

* Все рисунки и технические характеристики, использованные в данной статье, приведены из документации для аккумуляторов фирмы Fiamm, а также полностью соответствуют техническим характеристикам параметров аккумуляторов, производимых фирмами Cobe и Yuasa.

Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные аккумуляторные батареи (далее - аккумуляторы), предназначенные для использования в качестве источников постоянного тока для электропитания или резервирования аппаратуры ОПС, связи и видеонаблюдения, в короткий срок завоевали популярность у пользователей и разработчиков. Наиболее широкое применение получили аккумуляторы, производимые фирмами: Power Sonic, CSB, Fiamm, Sonnenschein, Cobe, Yuasa, Panasonic, Vision.

Аккумуляторы такого типа имеют следующие достоинства:

• герметичность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу;

• не требуются замена электролита и доливка воды;

• возможность эксплуатации в любом положении;

• не вызывает коррозии аппаратуры ОПС;

• устойчивость без повреждений к глубокому разряду;

• малый саморазряд (менее 0,1%) от номинальной емкости в сутки при температуре окружающей среды плюс 20 °С;

• сохранение работоспособности при более чем 1000 циклов 30% разряда и свыше 200 циклов полного разряда;

• возможность складирования в заряженном состоянии без подзаряда в течение двух лет при температуре окружающей среды плюс 20 °С;

• возможность быстрого восстановления емкости (до 70% за два часа) при заряде полностью разряженного аккумулятора;

• простота заряда;

• при обращении с изделиями не требуется соблюдение каких-либо мер предосторожности (так как электролит находится в виде геля, отсутствует утечка кислоты при повреждении корпуса).

Одной из основных характеристик является емкость аккумулятора С (произведение тока разряда А на время разряда ч). Номинальная емкость (значение указано на батарее) равна емкости, которую отдает аккумулятор при 20-часовом разряде до напряжения 1,75 В на каждой ячейке. Для 12-вольтового аккумулятора, содержащего шесть ячеек, это напряжение равно 10,5 В. Например, аккумулятор с номинальной емкостью 7 Ач обеспечивает работу в течение 20 ч при токе разряда 0,35 А. При расчете времени работы аккумулятора при токе разряда, отличном от 20-часового, реальная емкость его будет отличаться от номинальной. Так, при более 20-часовом токе разряда реальная емкость аккумулятора будет меньше номинальной (рисунок 1).

Рисунок 1 - Зависимость времени разряда аккумулятора

Рисунок 2 - Зависимость емкости аккумулятора от температуры окружающей среды

Емкость аккумулятора также зависит от температуры окружающей среды (рисунок 2).

Все фирмы-производители выпускают аккумуляторы двух номиналов: 6 и 12 В с номинальной емкостью 1,2 ... 65,0 Ач.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ АККУМУЛЯТОРОВ

При эксплуатации аккумуляторов необходимо соблюдать требования, предъявляемые к их разряду, заряду и хранению.

1. Разряд аккумулятора

При разряде аккумулятора температура окружающей среды должна поддерживаться в пределах от минус 20 (для некоторых типов аккумуляторов от минус 30 °С) до плюс 50 °С. Такой широкий температурный диапазон позволяет устанавливать аккумуляторы в неотапливаемых помещениях без дополнительного подогрева.

Не рекомендуется подвергать аккумулятор глубокому разряду, так как это может привести к его порче. В таблице 1 приведены значения допустимого напряжения разряда для различных значений тока разряда.

Ток разряда, 0,2А и менее Допустимое напряжение разряда, 1,75 В/ячейка

Ток разряда, От 0,2А до 0,5А Допустимое напряжение разряда, 1,70 В/ячейка

Ток разряда, От 0,5А до 1,0А Допустимое напряжение разряда, 1,55 В/ячейка

Ток разряда, От 1,0А и более Допустимое напряжение разряда, 1,30 В/ячейка

Аккумулятор после разряда следует немедленно зарядить. Это особенно касается аккумулятора, который был подвергнут глубокому разряду. Если аккумулятор в течение длительного периода времени находится в разряженном состоянии, то возможна ситуация, при которой восстановить полностью его емкость будет невозможно.

Некоторые разработчики источников питания со встроенным аккумулятором устанавливают напряжение отключения батареи при ее разряде предельно низким (9,5...10,0 В), пытаясь увеличить время работы в резерве. На самом деле увеличение продолжительности ее работы в этом случае незначительно. Например, остаточная емкость батареи при ее разряде током 0,05 С до 11 В составляет 10% от номинальной, а при разряде большим током это значение уменьшается.

2. Соединение нескольких аккумуляторов

Для получения номиналов напряжений свыше 12 В (например, 24 В), используемых для резервирования приемно-контрольных приборов и извещателей для открытых площадок, допускается последовательное соединение нескольких аккумуляторов. При этом следует соблюдать следующие правила:

• Необходимо использовать одинаковый тип аккумуляторов, производимых одной фирмой-изготовителем.

• Не рекомендуется соединять аккумуляторы с разницей даты времени изготовления больше чем 1 месяц.

• Необходимо поддерживать разницу температур между аккумуляторами в пределах 3 °С.

• Рекомендуется соблюдать необходимое расстояние (10 мм) между батареями.

3. Хранение

Допускается хранить аккумуляторы при температуре окружающей среды от минус 20 до плюс 40 °С.

Аккумуляторы, поставляемые фирмами-изготовителями в полностью заряженном состоянии, имеют достаточно малый ток саморазряда, однако при длительном хранении или использовании циклического режима заряда возможно уменьшение их емкости (рисунок 3).

Во время хранения аккумуляторов рекомендуется перезаряжать их не реже 1 раза в 6 месяцев.

Рисунок 3 - Зависимость изменения емкости аккумулятора от времени хранения при различной температур

Рисунок 4 - Зависимость срока службы аккумулятора от температуры окружающей среды

4. Заряд аккумулятора

Заряд аккумулятора можно осуществлять при температуре окружающей среды от 0 до плюс 40 °С.

При заряде аккумулятора нельзя помещать его в герметично закрытую емкость, так как возможно выделение газов (при заряде большим током).

ВЫБОР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

Необходимость правильного выбора зарядного устройства продиктована тем, что чрезмерный заряд будет не только уменьшать количество электролита, а приведет к быстрому выходу из строя элементов аккумулятора. В то же время уменьшение тока заряда приводит к увеличению продолжительности заряда. Это не всегда желательно, особенно при резервировании аппаратуры ОПС на объектах, где часто происходят отключения электроэнергии,

Срок службы аккумулятора существенно зависит от методов заряда и температуры окружающей среды (рисунки 4, 5, 6).

Рисунок 5 - Зависимость изменения относительной емкости аккумулятора от срока службы в буферном режиме заряда

Рисунок 6 - Зависимость количества циклов разряда аккумулятора от глубины разряда* % показывает глубину разряда на каждый цикл номинальной емкости, взятой как 100%

Буферный режим заряда

При буферном режиме заряда аккумулятор всегда подключен к источнику постоянного тока. В начале заряда источник работает как ограничитель тока, в конце (когда напряжение на батарее достигает необходимого значения) - начинает работать как ограничитель напряжения. С этого момента ток заряда начинает падать и достигает величины, компенсирующей саморазряд аккумулятора.

Циклический режим заряда

При циклическом режиме заряда производится заряд аккумулятора, затем он отключается от зарядного устройства. Следующий цикл заряда осуществляется только после разряда аккумулятора или через определенное время для компенсации саморазряда. Характеристики заряда аккумулятора приведены в таблице 2.

Характеристики:

Напряжение, В/ячейка Тип заряда, режим Буферный 2,25…2,30 Циклический 2,40…2,45

Начальный ток заряда, А Тип заряда, режим Буферный 1/4 С, не более Циклический 1/4 С, не более

Минимальное время заряда, ч Тип заряда, режим Буферный 24 Циклический 10

Температурный коэффициент Тип заряда, режим Буферный -3 мВ/ С/ ячейка Циклический -5 мВ/ С/ ячейка

Температура окружающей среды, ° С Тип заряда, режим Буферный и Циклический от 0 до +40

Примечание - Температурный коэффициент не следует принимать во внимание, если заряд протекает при температуре окружающей среды 10…30° С.

На рисунке 6 показано количество циклов разряда, которым можно подвергнуть аккумулятор в зависимости от глубины разряда.

Ускоренный заряд аккумулятора

Допускается проведение ускоренного заряда аккумулятора (только для циклического режима заряда). Для данного режима характерно наличие цепей температурной компенсации и встроенных температурных защитных устройств, так как при протекании большого тока заряда возможен разогрев аккумулятора. Характеристики ускоренного заряда аккумулятора приведены в таблице 3.

Характеристики:

Начальный ток заряда, А Значения 1,0…1,5 С

Напряжение, В Значения 2,45…2,50 В/ячейка при 20° С

Время заряда (от 50% разряженного значения до полного заряда аккумулятора), ч Значения 1…3

Температурный коэффициент Значения -5 мВ/ С/ ячейка

Температура окружающей среды, ° С Значения от 0 до плюс 30

Примечание - следует использовать таймер, чтобы предотвратить перезаряд аккумулятора.

Для аккумуляторов, имеющих емкость более чем 10 Ач, начальный ток не должен превышать 1C.

Срок службы кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов может составлять 4...6 лет (при соблюдении требований, предъявляемых к заряду, хранению и эксплуатации аккумуляторов). При этом в течение указанного срока их эксплуатации никакого дополнительного обслуживания не требуется.

Автор: Журавлев О. В.