Виды аккумуляторов

Виды аккумуляторов

Аккумуляторная батарея предназначена для накопления электроэнергии и последующего использования ее в качестве источника питания.

Среди аккумуляторных батарей в настоящее время занимают лидирующее положение свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, т.к. выгодно отличаются от батарей с применением других химических процессов. Свинцово-кислотные батареи в сравнении с другими батареями имеют достаточно хорошие технические параметры при относительно невысокой цене.

В зависимости от функционального назначения различают 3 основных вида свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Это стартерные, тяговые и стационарные. К каждому из этих видов аккумуляторных батарей существуют различные требования.

Стартерные аккумуляторные батареи используются в основном для запуска двигателя, кроме того, как аварийный источник питания при выходе из строя генератора. При этом основное требование к батарее - это способность при относительно большом значении тока нагрузки (при пуске двигателя, нагрузка на аккумуляторную батарею может превышать 300А.), сохранить минимальное падение напряжения.

Тяговые аккумуляторные батареи предназначены для комплектования батарей, используемых в качестве источников энергии для электрических средств транспорта, электрических средств тяги, подъемно-транспортного оборудования и электрических дорожных машин. Особенность эксплуатации тяговых аккумуляторных батарей - это постоянная нагрузка, и зачастую батарея при использовании ежедневно проходит цикл заряд-разряд.

Стационарные аккумуляторные батареи используются в качестве источника постоянного тока на электрических станциях и подстанциях, телеграфных и телефонных узлах связи, в режимах постоянного подзаряда и заряда-разряда, в качестве источников постоянного тока на объектах энергетики и связи.

По конструкции свинцово-кислотные аккумуляторные батареи можно разделить на батареи с жидким электролитом - обслуживаемые и необслуживаемые - и батареи с регулируемыми клапанами (VLRA - Valve Regulated Lead Acid batteries) - с увлажненными сепараторами и с гелевым электролитом.

В различной технической литературе можно встретить такие названия батарей, как SLA - Sealed Lead Acid batteries - герметичные свинцово-кислотные батареи, относящиеся к VRLA батареям. Хотя это не вполне соответствует истине: абсолютно герметичных батарей не существует по той причине, что во всех них используется клапаны для снижения внутрикорпусного давления. Очень часто, подчеркивая это, вместо термина «герметичные батареи» употребляют термин «герметизированные батареи». Встречается также название Gelcell - торговая марка гелевых батарей. Стартерные батареи иногда сокращенно называют SLI, что расшифровывается как Start, Light, Ignition - пуск, освещение, зажигание.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи до сих пор остаются самыми надежными, долговечными и не требующими высоких эксплуатационных затрат химическими источниками тока.

В настоящее время производятся и активно эксплуатируются аккумуляторные батареи трех поколений:

1. Батареи первого поколения - батареи с жидким электролитом открытого или закрытого типа, имеющие емкость от 36 до 5328 Ач и срок службы от 10 до 20 и более лет. Батареи открытого типа не имеют крышек, и электролит непосредственно соприкасается с открытым воздухом.

Основные затраты при их эксплуатации - это затраты на обслуживание, связанные с необходимостью частой доливки дистиллированной воды, и расходы на содержание хорошо вентилируемых помещений, в которых их устанавливают. Батареи закрытого типа имеют специальные пробки, обеспечивающие задержку аэрозоли серной кислоты. Пробки для заливки электролита и добавления воды при эксплуатации вывинчиваются. Батареи закрытого типа могут быть и необслуживаемыми: от производителя они поставляются залитыми и заряженными, и в течение срока службы нет необходимости доливки воды, т.к. конструкция пробок таких батарей обеспечивает удержание ее паров в виде конденсата. Кроме использования в качестве стационарных, батареи закрытого типа являются основным типом батарей, используемых в автотракторной технике в качестве стартерных и тяговых.

2. Батареи второго поколения, которыми являются герметизированные гелевые батареи. В них вместо жидкого электролита используется гелеобразный, представляющий собой желе, полученное в результате смешивания раствора серной кислоты с загустителем (обычно это двуокись кремния SiO2 - силикагель). Технология производства гелевых батарей получила название GEL. Гелевые батареи в течение всего срока эксплуатации не нуждаются в обслуживании, их нельзя вскрывать. Для их подзаряда необходимо использовать зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не хуже +/- 1% для предотвращения обильного газовыделения. Такие аккумуляторные батареи критичны к температуре окружающей среды.

3. Батареи третьего поколения - это герметизированные батареи с абсорбированным сепараторами электролитом. Часто их называют батареями, собранными по AGM-технологии. AGM - Abrsorbed in Glass Mat, т.е. технология, при которой электролит абсорбирован в сепараторах из стекловолокна, размещенных между электродами. Такой сепаратор 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.

По своим свойствам AGM батареи подобны гелевым, за исключением того, что газообразование в них существенно меньше, и меньшее влияние на работу оказывает температура окружающей среды. Как и для гелевых аккумуляторных батарей, для них требуются зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не хуже +/-1%.

По типу электродов аккумуляторные батареи можно разделить на следующие основные виды:

  1. Аккумуляторные батареи с намазными электродами. К данному типу аккумуляторных батарей относятся такие аккумуляторные батареи как СН, ОР, ТБ, OGi и пр. Как положительные, так и отрицательные электроды состоят из свинцовых пластин, на поверхности которых электрохимическим способом формируется слой активной массы. Имеют небольшой срок службы. Наибольшее распространение технология получила в сфере производства автомобильных аккумуляторных батарей. Использование тяговых и стационарных аккумуляторных батарей с намазными платинами экономически нецелесообразно (за исключением отдельных случаев - батареи AGM, GEL и пр.).
  2. Аккумуляторные батареи с панцирными (трубчатыми) электродами. К данному типу аккумуляторных батарей относятся такие аккумуляторные батареи как PzS, OPzS, OPzV и пр. Особенностью исполнения батарей является изготовление положительного электрода по панцирной технологии, а отрицательного - по традиционной, намазной. Как известно, положительный электрод отвечает за отдаваемую емкость, и, как правило, при длительных режимах разрядов склонен к осыпанию активной массы, что в свою очередь приводит к уменьшению емкости, а также возникновению коротких замыканий, оголению решетки, нарушению электрического контакта и т.д. При использовании панцирной технологии (набивка активной массы в панцирь из стеклоткани, в который помещен токоотвод особой конструкции) исключается осыпание активной массы, увеличивается вибростойкость, результат этого - многократное увеличение ресурса батареи.
  3. Аккумуляторные батареи с электродами типа Планте. К данному типу аккумуляторных батарей относятся такие аккумуляторные батареи как СК, БП, Groe:

Пластины: Положительные пластины производятся по технологии Plante (GroE) из чистого свинца (99,9%), создавая максимально возможную рабочую поверхность пластины, и обеспечивая стабильную емкость батареи на протяжении всего срока службы без потерь. Отрицательные пластины - сверхпрочные решетчатые пастированные (намазные) со сроком службы, сравнимым с положительными пластинами.

      Сепараторы: Положительные пластины изолируются от отрицательных сепараторами из микропористого материала, обеспечивающего максимальное использование электролита.

 Длительный срок службы и максимальная надежность в ключевых системах безопасности являются отличительной особенностью этого типа батарей. Аккумуляторы данного типа выпускаются емкостью от 75 до 2600 А/ч. Аккумуляторы обладают очень низким внутренним сопротивлением, что обуславливает исключительно стабильное напряжение, особенно, при больших токах разряда. При средней окружающей температуре +20С и в условиях постоянного подразряда с нечастыми разрядами срок службы достигает максимального. В аккумуляторах применяются положительные электроды поверхностного типа (электроды Планте) и отрицательные намазные электроды. Электроды Планте изготовлены из чистого рафинированного свинца, имеют ламельную структуру и обладают очень большой поверхностью. В отрицательны электродах намазного типа активная масса находится в ячейках токопроводящей решетки, изготовленной из коррозионно-стойкого сплава. Саморазряд составляет приблизительно 0,1% в день.

Существуют и другие типы электродов, основанные на инновационных разработках отдельных компаний. В целом же к основным и наиболее распространенным типам электродом следует отнести электроды, приведенные выше.