Можно заряжать sealed acid battery зарядным устройством. Особенности применения свинцово-кислотных аккумуляторов. Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Изобретенный французским физиком Рэймондом Луи Гастоном Планте в 1859 году, свинцово-кислотный аккумулятор был первым аккумулятором для коммерческого использования. Сегодня, заливные свинцово-кислотные аккумуляторы широко используется в автомобилях, электропогрузчиках, источниках бесперебойного питания (ИБП).

Заливные свинцово-кислотные батареи состоят из свинцовых пластин, выступающих в качестве электродов, погруженных в воду и серную кислоту. Эти батареи требуют некоторого технического обслуживания за счет потери водорода с течением времени.

В середине 1970-х годов, исследователи разработали необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, которые могут работать в любом положении в пространстве. Жидкий электролит был заменен увлажненными сепараторами и была решена проблема изоляции. Были добавлены предохранительные клапаны, которые сделали возможным удаление воздуха во время заряда и разряда. Тем не менее, необслуживаемые батареи стоят дороже и имеют более короткий срок эксплуатации, чем заливные батареи.

Свинцово-кислотные батареи могут иметь жидкий или гелеобразный электролит.

В зависимости от областей применения, появились два обозначения свинцово-кислотно батарей. Это небольшие герметичные свинцово-кислотные (SLA , sealed lead acid ) батареи и большие клапанные регулируемые свинцово-кислотные (VRLA , valve regulated lead acid ) батареи . Конструктивно, обе батареи одинаковы. (Некоторые могут возразить, что название «герметичная свинцово-кислотная батарея » является неправильным, потому что свинцово-кислотный аккумулятор не может быть полностью герметичен. Я соглашусь — это действительно так, название не совсем корректное, но это не мешает ему быть широкораспространенным). Я сделаю акцент на портативных батареях, поэтому буду ориентироваться на SLA .

В отличие от заливной свинцово-кислотной батареи, как SLA , так и VRLA имеют низкий потенциал перенапряжения, чтобы исключить выделение газа во время зарядки. Перезаряд вызывает газообразование и обезвоживание батареи. Следовательно, эти батареи не могут быть заряжены до их полного потенциала.

Свинцово-кислотные батареи не имеют эффекта памяти. Если оставить аккумулятор на подзарядке в течение длительного времени, то это не вызывает его повреждения. Время удержания заряда свинцово-кислотным аккумулятором является лучшим среди различных типов аккумуляторных батарей. В то время, как никель-кадмиевая батарея саморазряжается примерно на 40 процентов от ее накопленной энергии за три месяца, SLA саморазряжается на ту же величину в течение одного года. SLA являются относительно недорогими источниками энергии.

SLA не поддается быстрой зарядке — типичный цикл заряда длится 8-16 часов.

SLA всегда должны храниться в заряженном состоянии. Оставив батарею в разряженном состоянии, вы запустите в ней процесс под названием сульфатация (по сути, это окисление и кристаллизация), что может привести к невозможности ее последующей перезарядки.

В отличие от никель-кадмиевых аккумуляторов, SLA не любит глубокого разряда. Полный разряд вызывает дополнительную деформацию, и каждый цикл лишает батарею небольшого количества мощности. Эта спадающая характеристика износа относится и к другим химическим батареям в той или иной степени. Для того, чтобы предотвратить частые глубокие разряды батареи, лучше использовать SLA несколько большей, чем требуется емкости.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры, SLA обеспечивает от 200 до 300 циклов заряда/разряда. Основной причиной столь относительно короткого жизненного цикла является коррозия сетки положительного электрода, истощение активного материала и расширение плюсовых пластин. Эти изменения более ярко выражены при более высоких рабочих температурах.

Оптимальной рабочей температурой для батарей SLA и VRLA , является температура в 25°C . Как правило, повышение температуры на 8°C сокращает срок службы батареи в два раза. VRLA , работающая в течение 10 лет при 25°C проработает только 5 лет при 33°C, и чуть более года при температуре 42°C.

Среди современных аккумуляторных батарей, семейство свинцово-кислотных аккумуляторов имеет самую низкую плотность энергии, которая измеряется в Ватт/кг, что делает его непригодным для портативных устройств, которым требуется компактный источник питания. Кроме того, КПД таких аккумуляторов при низких температурах оставляет желать лучшего.

Свинцово-кислотные батареи хорошо работают на высоких импульсных токах. Полная мощность может быть выдана в нагрузку за короткое время. Это делает их идеальными для использования там, где может внезапно понадобиться большое количество энергии. Именно поэтому они используются для электрического запуска двигателей внутреннего сгорания в большинстве транспортных средств.

С точки зрения утилизации, SLA является менее вредными, чем никель-кадмиевые батареи, но высокое содержание свинца делает SLA неэкологичными.

Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов

• Недорогие и простые в изготовлении — с точки зрения затрат на Вт·ч, SLA является наименее дорогими. Например, аккумулятор 12В емкостью 3.2 А·ч, имеющий размеры 134x67x60мм, стоит порядка 400 рублей.
• Зрелая, надежная и хорошо освоеная технология — при правильном использовании, SL A достаточно долговечны
• Низкий саморазряд — скорость саморазряда является одной из самой низких в аккумуляторных системах (3-20% в месяц)
• Низкие требования к обслуживанию — нет эффекта памяти, нет необходимости доливать электролит
• Способность к большой токоотдаче. Для упомянутого выше аккумулятора с C = 3.2 А·ч токоотдача составляет не менее 16А. Аккумулятор отдает большой пусковой ток в нагрузку, при этом не просаживая напряжение питания.

Недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

• Не могут храниться в разряженном состоянии
• Высокая чувствительность к изменению температуры — влияет и на продолжительность работы и на срок жизни аккумулятора
• Низкая плотность энергии — слабая весо-энергетическая плотность аккумулятора ограничивает область применения стационарными и колесными приложениями, поэтому их целесообразно использовать только в больших и средних по размерам роботах (если уж говорить о роботах)
• Позволяет только ограниченное количество полных циклов разряда — хорошо подходит для резервных приложений, в которых происходят только случайные глубокие разряды
• Экологически вредные — электролит и содержание свинца делают их небезопасными для окружающей среды
• Транспортные ограничения для заливных свинцово-кислотных батарей — в случае аварии может произойти утечка кислоты

Типичные характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Приведу типичные значения параметров, встречающиеся для необслуживаемых 6 и 12 вольтовых батарей с емкостью порядка 0.8-7 А·ч:

• Теоретическая энергоемкость: 135 Вт·ч/кг
• Удельная энергоемкость: 30-60 Вт·ч/кг
• Удельная энергоплотность: 1250 Вт·ч/дм 3
• ЭДС заряженного аккумулятора: 2.11В
• Рабочее напряжение: 2.1В (3 или 6 секций дают стандартные 6.3 или 12.6В)
• Напряжение полностью разряженного аккумулятора: 1.75-1.8В (на одну секцию). Более низкий заряд не допускается

• Рабочая температура: от -40 до +40ºС
• КПД: 80-90%

2 sealed lead acid battery

3 SLA battery

предназначается для широкого использования в качестве источника электропитания как в портативных устройствах и приборах, так и в стационарных системах различного назначения; возможная современная альтернатива - ионно-литиевая батарея (lithium-ion battery)

См. также в других словарях:

Lead-acid battery - Batteries caption=A valve regulated lead acid battery EtoW=30 40 Wh/kg EtoS=60 75 Wh/L PtoW=180 W/kg|CtoDE=70% 92% EtoCP=7(sld) 18(fld) Wh/US$ SDR=3% 20%/month… … Wikipedia

Battery recycling - is a recycling activity that aims to reduce the number of batteries being disposed as municipal solid waste. It is widely promoted by environmentalists concerned about contamination, particularly of land and water, by the addition of heavy metals … Wikipedia

Battery (electricity) - For other uses, see Battery (disambiguation). Various cells and batteries (top left to bottom right): two AA, one D, one handheld ham radio battery, two 9 volt (PP3), two AAA, one C, one … Wikipedia

battery - /bat euh ree/, n., pl. batteries. 1. Elect. a. Also called galvanic battery, voltaic battery. a combination of two or more cells electrically connected to work together to produce electric energy. b. cell (def. 7a). 2. any large group or series… … Universalium

Battery - /bat euh ree/, n. The, a park at the S end of Manhattan, in New York City. Also called Battery Park. * * * Any of a class of devices, consisting of a group of electrochemical cells (see electrochemistry), that convert chemical energy into… … Universalium

VRLA battery - A valve regulated (sealed) lead–acid battery A VRLA battery (valve regulated lead–acid battery) is a type of low maintenance lead–acid rechargeable battery. Because of their construction, VRLA batteries do not require regular addition of water to … Wikipedia

Automotive battery - 12 V, 40 Ah Lead acid car battery An automotive battery is a type of rechargeable battery that supplies electric energy to an automobile. Usually this refers to an SLI battery (starting, lighting, ignition) to power the starter motor … Wikipedia

Nickel–cadmium battery - From top to bottom – Gumstick , AA, and AAA Ni–Cd batteries. specific energy 40–60 W·h/kg energy density 50–150 W·h/L specific power 150& … Wikipedia

Nickel-cadmium battery - Batteries caption=From top to bottom Gumstick , AA, and AAA NiCd batteries. EtoW = 40–60 Wh/kg EtoS = 50–150 Wh/L PtoW = 150W/kg CtoDE= 70%–90% [ ] EtoCP= ? US$… … Wikipedia

History of the battery - could only function in a certain orientation. Many used glass jars to hold their components, which made them fragile. These practical flaws made them unsuitable for portable appliances. Near the end of the 19th century, the invention of dry cell… … Wikipedia

Car battery - A car battery is a type of rechargeable battery that supplies electric energy to an automobile [ Horst Bauer Bosch Automotive Handbook 4th Edition Robert Bosch GmbH, Stuttgart 1996 ISBN 0 8376 0333 1, pages 803 807 ] . Usually this refers to an… … Wikipedia

Принцип работы

Принцип работы СКА основан на окислительных свойствах четырехвалентного свинца и его переходе в более устойчивое двухвалентное состояние. СКА в простейшем случае можно рассмотреть как две решетчатые свинцовые пластины, ячейки которых заполняются тестообразной смесью окиси свинца с водой. Пластины погружаются в разбавленную серную кислоту плотностью 1,15-1,20 г.см3(22-28% H2SO4). Вследствие реакции

PbO + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O

Окись свинца превращается через некоторое время в сернокислый свинец. Если теперь попустить через эти пластины постоянный ток, то аккумулятор будет заряжаться, причем у электродов будут происходить следующие процессы:

ЗАРЯД

КАТОД PbSO 4 + 2е - = Pb + SO 4

АНОД PbSO 4 - 2 е - + H2O = PbO 2 + 4H + SO 4 -2

Таким образом, по мере пропускания тока на катоде образуется рыхлая масса металлического свинца, а на аноде - темно-бурая окись свинца. По окончанию зарядки аккумулятора начнется энергетичное разложение воды: у катода выделяется водород, у анода - кислород.

При соединении пластин проводником с платины покрытой свинцом, часть ионов двухвалентного свинца переходит в раствор, освобождающиеся при этом электроны по проводнику переходят к PbO 2 и восстанавливают четырехвалентный свинец в двухвалентный. В результате у той и другой пластины образуются ионы двухвалентного свинца, которые соединяются с находящимися в растворе ионами SO 4 в нерастворимый сернокислый свинец, и аккумулятор разряжается.

РАЗРЯД

ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДPb 0 - 2е - + SO 4 -2 = PbSO 4

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД PbSO 4 + 2е - + 4 H + SO 4 -2 = PbSO 4 + 2H 2 O

При разрядке аккумулятора концентрация серной кислоты уменьшается, так как расходуются сульфат - ионы и ионы водорода и образуется вода. Поэтому о степени разряженности аккумулятора можно судить по плотности кислоты.

Особенности свинцово-кислотных аккумуляторов.

Экономичнее СКА до сих пор ничего не изобретено. Широкое распространение они получили благодаря высокой надежности и низкой цене.

Первый СКА был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте, его конструкция представляла электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10% раствором серной кислоты. Первоначально у них была низкая емкость, и требовалось достаточно большое количество циклов заряда-разряда, чтобы увеличить емкость, для получения существенного результата требовалось до двух лет.

В 1880г. К. Фор предложил предложил технологию изготовления намазных электродов, путем нанесения на пластины окислов свинца. А в 1881 г. Э. Фолькмар предложил использовать в качестве электродов намазную решетку. В том же году Седлону был выдан патент на технологию изготовления решеток из сплавов свинца и сурьмы. Однако существовала проблема заряда батарей (для заряда применялисьпервичные элементы конструкции Бунзена - один ХИТ заряжал другой). Ситуация кардинально изменилась с появлением генераторов постоянного тока.

К 1890 г был освоен серийный выпуск СКА, а в 1900г. Varta выпустила первый стартерный аккумулятор.

В настоящее время активно производятся и используются аккумуляторы трех поколений

Батареи первого поколения - батареи с жидким электролитом открытого или закрытого типа, имеющие емкость от 36 Ач до 5328 Ач и срок службы от 10 до 20 лет. Батареи открытого типа непосредственно соприкасается с открытым воздухом, и основные затраты связанны с обслуживанием (доливка дисцилиронанной воды) и расходы на содержание хорошо вентилируемых помещений. Батареи закрытого типа имеют специальные пробки, обеспечивающие задержку аэрозоли серной кислоты. Батареи закрытого типа могут быть необслуживаемые, т.е.они поставляются залитыми и заряженными, и в течение всего срока службы нет необходимости доливки воды (конструкция пробок обеспечивает удержание паров воды в виде конденсата).

Батареи второго поколения - герметизированные гелевые батареи (GEL). В них используется гелеобразный электролит, представляющий собой желе, полученное в результате смешивания раствора серной кислоты с загустителем (обычно двуокись кремния SiO 2 - селикагель). Благодаря своей вязкости он хорошо удерживается в порах и способствует эффективному использованию активных веществ электродов. Транспорт кислорода обеспечивается по трещинам, которые возникают при усадке твердеющего электролита. Гелевые батареи в течение всего срока эксплуатации не нуждаются в обслуживании, их нельзя вскрывать. Для их подзаряда необходимо использовать ЗУ, обеспечивающие стабильность напряжения заряда не хуже 1% для предотвращения обильного газовыделения. Такие аккумуляторы критичны к температуре окружающей среды.

Батареи третьего поколения - геметизированные батареи с абсорбированным сепараторами электролита (AGM - absorbed in glass mat).. Такой сепаратор из стекловалокна, представляет собой пористую систему, в которой капиллярные силы удерживают электролит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались свободными для свободной циркуляции выделяющихся газов. Благодаря тонкой структуре волокон обеспечивается высокая скорость переноса кислорода. Использование стекловолокнистого сепаратора и плотная сборка блока электродов способствует также уменьшению оплывания активной массы положительного электрода и разбуханию губчатого свинца на отрицательном электроде. Газообразование в них существенно меньше, чем в гелевых, меньше оказывает влияние на работу температура окружающей среды. Хотя требования к ЗУ такие же, как и для гелевых.

Для обозначения типа аккумуляторной батареи указывают ее маркировку, которая определяется конструкцией положительных пластин

В СКА электролитом является раствор серной кислоты, активным веществом положительных пластин - оксид свинца, отрицательных - свинец. В гелевых аккумуляторах жидкий электролит заменили гелеобразным абсорбированным сепараторами электролит, батареи герметизировали, а для отвода газа, выделяющегося при заряде или разряде, установили безопасные клапаны. Были разработаны новые конструкции пластин на основе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, на основе титановых, алюминиевых и медных решеток.

При изготовлении СКА применяют химические добавки. Например к свинцу добавляют сурьму (доля в сплаве 1-10%), которая обеспечивает более прочный электрический контакта активного материала с решеткой, предотвращает его осыпание, что позволяет увеличить срок службы батарей. Также используются свинцово-кальциевые сплавы, позволяющие сделать пластины более легкими и прочными при сохранении высоких электрических и механических характеристик.

Следует обратить внимание, что увеличить емкость свинцовой батареи можно сравнительно легко, например, добавив в батарею никель, при этом понизится также и себестоимость, но при этом ухудшится и безопасность.

Корпус для батареи изготавливают призматической формы из пластмассы. Хотя существуют батареи цилиндрической формы. Они обеспечивают более высокую стабильность в работе, больший ток разряда, лучшую температурную стабильность.

Основные проблемы при создании герметичного варианта СКА связаны с необходимостью обеспечения условий для уменьшения газовыделения и содействия рекомбинации выделяющегося газа.

Для этого предпринят ряд мер:

1. Использование иммобилизированного (обезвоженного) электролита, который сохраняет высокую электропроводность серной кислоты. Малое его количество позволяет обеспечить лучший транспорт кислорода от положительного электрода к отрицательному и высокий уровень его рекомбинации.

2. Для уменьшения вероятности выделения водорода свинцово-сурьмяные сплавы токоведущих решеток заменяют другими (сплав свинца и кальция до0,1 % Ca , иногда легированного алюминием, сплавы свинца с оловом 0,5-2,5 % Sn ), обеспечивающими более высокое перенапряжение выделения водорода.

3. В отрицательный электрод закладывается емкость больше, чам в положительный. В этом случае при полном заряде положительного электрода оставшаяся недозаряженной часть активной массы отрицательного электрода практически исключает возможность разряда ионов водорода. Кислород, выделяющийся на диоксиде свинца, достигает отрицательного электрода и окисляет губчатый свинец до оксида свинца, который в кислотном электролите переходит в сульфат свинца PbSO 4 и воду. Т.о. газы не выделяются и вода не теряется.

И все же варианты безуходного СКА снабжены аварийным клапаном. При нарушении режимов заряда, при повышенном токе, в батарее происходит активное газообразование (главным образом водорода). Когда давление газов достигнет величины 7,1 … 43,6 кПа откроется предохранительный клапан для обеспечения вентиляции батареи, и благодаря этому устраняется опасность ее взрыва. Поэтому аккумуляторы называются не герметичными, а герметизированными. Другая роль клапана - предотвращение попадания внутрь корпуса атмосферного кислорода во избежание его реакции с активным материалов негативных пластин.

Напряжение на элементе СКА - 2,2 В

Среди всех типов аккумуляторов СКА отличаются наименьшей энергетической плотностью. Это делает нецелесообразно их использование в переносных устройствах. Современные герметизированные СКА обладают следующими удельными характеристиками - 40 Втч/ч и 100 Втч/дм3. Они работают в буферном режиме до 10 лет, при циклировании они обеспечивают несколько сотен циклов до безвозвратной потери 20% емкости.

Их продолжительный заряд не станет причиной выхода из строя батареи.

Способность сохранять заряд у этих батарей наилучшая из всех типов аккумуляторных батарей (саморазряд - 40% в год). Они недороги, но эксплуатационные расходы на них выше, чем на те же НКА.

Время заряда СКА составляет 8…16 часов

Номинальной емкостью СКА считается емкость, полученная при разряде в течение 20 часов, т. е. током 0,05С.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры ресурс СКА может составлять от 1года до 20 лет. В значительной степени срок службы определяется конструкцией элементов батареи.

Главная опасность эксплуатации батареи с неоднородными аккумуляторами определяется тем, что при циклировании с большим количеством аккумуляторов отклонения электрических характеристик одного из них от стандартных незаметны. Но аккумулятор с повышенным сопротивлением будет разогреваться значительно больше остальных, что ведет к повышенным потерям воды и быстрой деградации всей батареи.

Преимущества СКА :

Дешевизна и простота производства - по стоимости 1 Вт ч энергии эта батарея является самой дешевой;

Отработанная, надежная и хорошо понятная технология обслуживания;

Малый саморазряд;

Низкие требования по обслуживанию (отсутствие «эффекта памяти»);

Допустимы высокие токи разряда.

Недостатки СКА :

Не допускается хранение в разряженном состоянии;

Низкая энергетическая плотность;

Допустимо лишь ограниченное количество циклов заряда/разряда;

Кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие на окружающую среду;

Здравствуйте. А теперь зарядное устройство для кислотных аккумуляторов. Предназначено оно для зарядки батарей для байков, мотоциклов и прочих свинцовых аккумуляторов небольшой емкости. А подойдет ли оно для подзарядки автомобильного аккумулятора. Посмотрим.
Чтобы не закипел аккумулятор напряжение автомобильных генераторов ограничено 14,1-14,2 В. а полностью заряженный аккумулятор считается когда на клеммах 14,4-14,5 В. То есть в автомобиле аккумулятор постоянно остается недозаряженным. Поэтому рекомендуется, особенно зимой, периодически дозаряжать аккумулятор зарядным устройством. Вот с этой целью и куплен сабж.

Как видите по размерам зарядник не намного отличается от зарядок для телефонов
Характеристики
Input voltage: 100V - 240V AC 50/60HZ
Output voltage: 14.2-14.8V
Output current: 1300mA
Automatic charging without over charging
Short Circuit Protection
Over Current Protection
Battery Polarity Reversal
Multi Colored LED display for status indication
Red Led on when charging
Green Led on when fully charged
For Indoor and 12V only
Plug type: US Plug
Suit for 12V car and Motorcycle battery

Charging Time:
12V 5-7 Ah battery, charging time is more than 6 hours
12V 9Ah battery, charging time is more than 10 hours
12V 15-25Ah battery, charging time is more than 13-25 hours
Note: for the first use, please connect an battery to active it to get the voltage output,
or else there will be no output

Specifications:
Color:Black
Demension:Approx.7.5 x 5 x 3 cm
Net weight:115 g
Package weight:135 g143
Для начала внутренности.




Выходной электролит 470 мФ 16 В - небольшой запас. Надписи на транзисторах замазаны лаком - секрет фирмы.


Вроде на деталях не сэкономлено. Свободных дырочек нет.


Пользоваться прибором просто. Подключаешь к аккумулятору, светодиод загорается красным и отключаешь когда диод становится зеленым, то есть зарядка завершена. Время зарядки приблизительно равно емкости аккумулятора. 10 Ач - 10 часов, 25 Ач - 25 часов.
Ну а теперь перейду к испытаниям с автомобильным аккумулятором, правда далеко не новым.

Напряжение на контактах зарядки в холостом режиме 15,6 в
Напряжение на клеммах аккумулятора перед зарядкой 12,4 в, при подключении устройства пошел ток 1 А.
Где то через 12 часов.


Но светодиод все еще горит красным. Продолжаем зарядку. Но показания оставались без изменений несколько часов.Тут до меня дошло и я убрал из цепи амперметр- контакты недостаточно хороши и на них терялась энергия.


И действительно напряжение после этого достигло 14,49 вольта и на этом застыло. Еще подождал несколько часов, без изменений. То есть ток зарядки сравнялся с током саморазрядки аккумулятора (на этот момент 220 мА).
Нагрев корпуса прибора все время составлял около 45 градусов, радиатора транзистора и трансформатора 65 градусов.

Только на фотографии увидел, что полюса перепутаны, значит функция Battery Polarity Reversal работает.


Попытался зарядить убитый аккумулятор от лед лампы. напряжение на контактах 0,76 вольт, совершенно забыв, что здесь только 2 банки и напряжение 4 вольта. Тем не менее сабж попытался зарядить и ее, снижая напряжение, но сила тока оставалась большой, около 900 мА, батарейка нагрелась и рисковать дальше я не стал.

Учитывая силу тока это зарядное устройство не подходит для нормальной зарядки автомобильных аккумуляторов (можно конечно зарядить, но это будет очень долго - суток трое). Но с текущей подзарядкой вполне справляется. Мне кажется его можно смело оставлять подсоединенным к аккумулятору на несколько суток, зарядка таким малым током вреда аккумулятору не принесет. Еще одно достоинство- сабж может заряжать в хлам разряженные аккумуляторы, которые обычное автоматическое зарядное устройство просто не увидит.