Герметичные свинцово-кислотные (SLA) аккумуляторы

О восстановлении SLA аккумуляторов

Свинцово-кислотный аккумулятор, изобретеный французским врачом Gaston Plantй в 1859, был первым заряжаемым аккумулятором для коммерческого использования. Сегодня заливаемые свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобилях и оборудовании, требующих отдачи большой мощности. В более портативном приборах используются герметичные аккумуляторы или аккумуляторы с клапаном давления, некоторые из которых продаются под торговой маркой "gelcell".

В отличие от обычного (негерметичного, примеч. Переводчика) свинцово-кислотного аккумулятора, SLA аккумулятор разработан с низким потенциалом перезаряда для предохранения аккумулятора от достижения потенциала, при котором во время заряда происходит выделение газа и начинается водное истощение. Поэтому SLA аккумулятор имеет длительный срок хранения, но никогда не заряжается до своего полного потенциала. Среди заряжаемых аккумуляторов, SLA имеет самую низкую плотность энергии.

SLA аккумуляторы обычно используется в случаях, когда требуется большая мощность, вес не критичен, а стоимость должна быть низкой. Диапазон значений емкости для портативных приборов лежит в диапазоне от 1 до 30 A*час, а область применения - инвалидные кресла, блоки бесперебойного питания и резервное освещение. SLA аккумуляторами также комплектуются некоторые переносные сотовые телефоны и видеокамеры. Из-за низкого саморазряда и минимальных требований по обслуживанию, SLA аккумуляторы – наиболее предпочтительный выбор для медицинских инструментов. Большие SLA аккумуляторы для стационарных применений имеют емкость от 50 до 200 A*час.

SLA аккумуляторы не подвержены эффекту памяти. Без всякого вреда допускается оставлять аккумулятор в зарядном устройстве на плавающем заряде в течение длительного времени. Сохранение заряда - лучшее среди заряжаемых аккумуляторов. Принимая во внимание, что NiCd аккумуляторы саморазряжаются за три месяца на 40 % от запасенной энергии, SLA аккумуляторы саморазряжаются на то же самое количество за один год. Эти аккумуляторы недороги, но стоимость их эксплуатации может быть выше, чем у NiCd, если в течение срока эксплуатации требуется большое количество циклов разряда / заряда.

Для SLA аккумуляторов не приемлем режим быстрого заряда. Типовое время заряда - от 8 до 16 часов. SLA аккумулятор должен всегда храниться в заряженном состоянии. Хранение его в разряженном состоянии вызывает сульфатацию, которая делает их заряд трудным, если не невозможным (Заряд SLA Аккумулятора).

В отличие от NiCd, SLA аккумуляторы не любят глубокие циклы разряда. Глубокий разряд вызывает дополнительное напряжение, подобное напряжению механического устройства. Фактически, каждый цикл разряда / заряда отнимает у аккумулятора небольшое количество емкости. Эта потеря очень небольшая, если аккумулятор находится в хорошем состоянии, но становится более ощутима, как только емкость понижается ниже 80 % от номинальной. Это справедливо и для аккумуляторов других электрохимических систем, но в различной степени. Чтобы ослабить влияние глубокого разряда, можно использовать SLA аккумулятор немного большего размера.

В зависимости от глубины разряда и температуры эксплуатации, SLA аккумулятор обеспечивает от 200 до 500 циклов разряда / заряда. Основная причина относительно небольшого количества циклов разряда / заряда - расширение положительных пластин, которое является результатом химической реакции внутри аккумулятора. Это явление наиболее сильно проявляется при более высоких температурах. Применение циклов заряда / разряда не устраняет этот процесс. Однако, имеются методы улучшения состояние SLA аккумуляторов.

SLA аккумуляторы обладают относительно низкой плотностью энергии по сравнению с другими аккумуляторами, и вследствие этого непригодны для компактных устройств. Это становится особенно критичным при низких температурах, так как способность отдавать большой ток в нагрузку при низких температурах значительно уменьшеньшается. Как это ни парадоксально, SLA аккумулятор весьма хорошо заряжается с чередующимися импульсами разряда. В течение этих импульсов, ток разряда может достигать значения более, чем 1C.

Из-за высокого содержания свинца, SLA аккумуляторы при неправильной утилизации экологически вредны, но в меньшей степени, чем NiCd.

• Что такое аккумулятор? Аккумулятор является обратимым источником тока.
Он способен отдавать потребителям электроэнергии ранее запасенное в нем электричество. Аккумуляторы бывают разной емкости и с разным номинальным напряжением.
Емкость - это количество электричества, которое он может накопить или отдать, и выражается в ампер-часах. Например, во многих мотороллерах с рабочим объемом до 50 см3 установлены батареи с напряжением 12В и емкостью 4 А.ч. (ампер-часа).

Зачем нужен аккумулятор в мотороллере? А нужен он для его запуска (заводки) с помощью стартера, а также для работы поворотов, звукового сигнала, стоп-сигнала, датчиков уровня топлива и масла тогда, когда скутер еще не заведен, но ключ зажигания повернут в положение ON. Аккумулятор не участвует в искрообразовании практически во всех скутерах, и может заводиться кикстартером и ехать без него.
Срок эксплуатации аккумуляторов ограничен, и при правильном уходе и токах заряда-разряда, составляет в среднем от 3 до 5 лет и даже больше.
Существует три основных типа аккумуляторов: обслуживаемый, малообслуживаемый и необслуживаемый. Хотя и за необслуживаемым нужно следить
Аккумулятор, требующий обслуживания - это кислотный аккумулятор, поставляющийся заводом изготовителем в продажу сухозаряженный. Почему сухозаряженный, мы расскажем ниже.
Такие аккумуляторы применялись в более старых типах мотороллеров и могут устанавливаться в более новые в случае замены отслужившего свое и пришедшего в негодность штатного. Данный тип аккумулятора относительно недорогой, но довольно привередливый в обслуживании.
Возьмем для примера аккумулятор с рабочим напряжением 12 В. Он состоит из 6 отдельных и изолированных между собой аккумуляторчиков (так называемых банок), и напряжением по 2 В каждый. Все 6 банок соединены между собой последовательно (смотрите рис. 1).
Отсюда и 12 В. Так, если аккумулятор имеет рабочее напряжение 6 В (такие установлены на некоторых моделях скутеров Ямаха), то таких банок 3.
Каждая из банок аккумуляторной батареи имеет для этого два электрода -
положительный и отрицательный. Положительный электрод представляет собой
пакет свинцовых решеток (пластин) с активной массой из двуокиси свинца, а
отрицательный - решетки (пластины) с активной массой из губчатого свинца.
Оба пакета вставляются друг в друга, а чтобы между пластинами не произошло короткого замыкания, ставят пластины из диэлектрического материала (рис. 2). Далее каждый набор таких пластин помещается в отдельную банку, наполненную электролитом.
Электролит - это смесь дистиллированной воды (ни в коем случае не из-под крана!) и серной кислоты в определенной пропорции.
Такой раствор можно приобрести в авто магазине или приготовить самому.
Пропорции для смешивания воды и кислоты для приготовления 1 л. электролита показаны в таблице 1.

Плотность
к-во кислоты л.
(плотность 1,83)
к-во воды л.

1,21
0,204
0,836

1,22
0,215
0,826

1,23
0,227
0,814

1,24
0,237
0,808

1,25
0,248
0,798

1,26
0,253
0,793

1, 27
0,268
0,780

1,28
0,280
0,768

1,29
0,291
0,758

1,30
0,302
0,748

1,31
0,313
0,738

1.34
0,347
0,704

ВНИМАНИЕ! При смешивании кислоты и воды нужно обязательно вливать кислоту в воду тонкой струйкой! При растворении серной кислоты в воде выделяется теплота, которая при резком вливании всей кислоты, может вызвать либо плавление пластиковой посуды либо разрушение стеклянной!
Операция приготовления должна проводиться в проветриваемом помещении и в резиновых перчатках. Попавшую кислоту или электролит на участки кожи, быстро смойте большим количеством теплой воды с применением мыла!!! Смешивать раствор можно только в стеклянной или пластиковой посуде. Ни в коем случае не железной!
После смешивания, плотность следует проконтролировать специальным прибором - ареометром.

Плотность электролита при эксплуатации скутера в разных климатических условиях отличается, но так как на скутерах катаются в весенне – летне - осенний период, то плотность раствора, залитого в аккумулятор должна составлять 1,25 - 1,26 г/см3.
Если же вы любите экстрим и планируете гонять круглый год, плотность нужно довести до 1,27 - 1,28 г/см3. Заметьте, что плотность измеряется при температуре раствора 20оС. Если при ее измерении, температура электролита отличается от 20оС, то в показания нужно вносить поправку. А зачем вам это надо? :о)
Еще плотность, измеренная ареометром прямо из банки аккумулятора, зависит от разряда батареи. Чем она ниже, тем глубже аккумулятор разряжен. В таблице 3 показано, какая плотность электролита соответствует какому ее разряду.
Плотность электролита в г/см3 заряд:

Уровень заряда
100%
75%
50%

Плотность
1,25
1,23
1,19

Новый обслуживаемый аккумулятор идет сухозаряженный, т.е. с не залитым электролитом, и после наполнения им банок, аккумулятор можно уже через пару часов начинать эксплуатировать. Заряд после этой операции становится хоть и не максимальный, но уже достаточный для установки в мотороллер. Хотя, все же, после наполнения электролитом, его желательно зарядить.
В данном типе аккумулятора нужно обязательно следить за уровнем электролита и его плотностью хотя бы раз в 2-3 месяца. Уровень нужно контролировать по двум меткам, нанесенным на батарею. Раствор должен быть между ними. Если уровень ниже нормы, нужно найти причину почему. При выплескивании электролита, просто добавляем свежую порцию с номинальной плотностью. При перезаряде аккумулятора, электролит кипит и вода испаряется, в таком случае - просто добавь воды! :-) Плотность проверяется, когда аккумулятор полностью заряжен и должна быть номинальной. Если она отличается от номинальной, добавляем или дистиллированной воды - чтобы уменьшить плотность или электролит с увеличенной плотностью (1,34 г/см3) - чтобы увеличить. Затем, ставим аккумулятор на десятиминутную подзарядку, для хорошего смешивания долитой воды или электролита, замеряем плотность и, если уровень раствора выше нормы, отсасываем ареометром лишнее из банок.
Что касается малообслуживаемого аккумулятора, то он отличается от обслуживаемого тем, что поставляется заводом изготовителем с уже залитым электролитом. Уход за ним нужен почти такой же как и за обслуживаемым.
Необслуживаемый - это аккумулятор, не требующий дополнительного обслуживания. Поставляется заводом изготовителем заряженный, не требует контроля или доливки электролита. Есть и аккумуляторы построенные немного по иной схеме. В их банках нет бултыхающегося в разные стороны электролита и они могут принимать любое положение в пространстве, т.е. его можно ставить хоть вверх тормашками :-). У таких аккумуляторов низкий саморазряд, т.е. если его оставить заряженным и принудительно не разряжать, он очень долго остается заряженным. Основной уход за ним - это держать в чистоте и соблюдать правильный цикл заряд-разряд.
Как правильно заряжать аккумулятор? Во первых, его зарядный ток не должен превышать 1/10 от его емкости. Например, если емкость аккума равна 4 А.ч. то оптимальный ток заряда равен 0,4 А. Следует учесть, что чем меньше ток заряда, тем меньше нагрузка на аккумулятор и тем дольше он прослужит.
Если зарядный ток принять как 1/20 емкости батареи, то он будет составлять 0,2 Ампера. Сколько времени нужно заряжать аккумулятор? Так как КПД заряда составляет максимум 85%, остальные 15% уходят на сопротивление, нагрев аккумулятора при заряде, химические реакции, то время заряда можно высчитать по формуле (при условии, если батарея разряжена полностью):

Tз = Qa/(0.85*Iз)*(Qр/100)

Где: Tз - Время до полного заряда в часах;
Qa - Емкость аккумулятора в Ампер часах;
Iз - Ток заряда;
Qр - Разряженность аккумулятора в процентах;
Если в формулу подставить данные из примера выше, с учетом что ток заряда равен 1/10 и батарея разряжена полностью, т.е. на 100%, то получится:

4/(0.85*0.4)*(100/100) = 11.6 часа

При эксплуатации аккумулятора, его износ увеличивается и КПД падает. Поэтому пропорционально с его старением растет и время до достижения полного заряда. Об окончании заряда свидетельствует интенсивное газовыделение в виде бульбашек, что хорошо видно когда аккумулятор сделан из полупрозрачного пластика. Сильное кипение какой либо одной или нескольких банок сразу после начала подзарядки, свидетельствует о том, что аккумулятор серьезно неисправен. Это может быть обрыв одного из контактов кипящей банки внутри батареи, сильная засульфатированность, осыпание пластин, их замыкание и другие причины. Эти неисправности сопровождаются пониженным напряжением на контактах аккумулятора и (или) низким пусковым током. Исправить все это практически невозможно и скорее всего вам придется заменить батарею.
Как правильно зарядить аккумулятор скутера, если у вас есть зарядное устройство к автомобильному, которое дает очень большой зарядный ток?
Ведь многие из них не позволяют его регулировать в больших пределах.
Самый простой способ его ограничить - последовательно с зарядным устройством и аккумулятором подключаем лампочку на 12В в разрыв любого из проводов.

Все что нужно подобрать, это мощность лампочки. Ее можно вычислить по формуле:

Pл = Iз * 12

Где: Pл - мощность лампочки, которую требуется рассчитать;
Iз - рассчитанный оптимальный зарядный ток;
Опять таки, из примера с аккумулятором 4 А.ч. и оптимальным зарядным током 0.4 А нужна лампочка:

0.4 * 12 = 4,8 Ватта

Значит ставим стандартную лампочку на 12В и 5 Ватт, так как на 4,8 Вата лампочки
мне не встречались.
Если у вас аккумулятор на 6 Вольт, то таким образом и его можно заряжать
от 12-ти вольтового зарядного устройства. Но в данном случае вам нужно особо
строго следить за временем заряда.
И последнее, следите за тем, что бы аккумулятор был чистым. С ним и приятно работать и много других преимуществ!

Гелевые AGM (Absorption Glass Matt) и GEL (Gelled Electrolite) аккумуляторные батареи, были разработаны в конце 50-х годов, владеют немалым количеством преимуществ перед обыкновенными жидкостными.
В гелевых аккумуляторах кислота связана веществом силикагелем и обыкновенный электролит доведен до состояния густой массы в виде желе, а в AGM кислотой насыщены микропористые стекловатные маты, расположенные промеж пластин (для того чтобы электролит не вытекал и не плескался). Обычно в составе гелевого электролита присутствует пирогенизированная кремниевая кислота, разведенная серной кислотой, и стабилизирующие добавки. Жидкий гель разливается по корпусам аккумуляторных батарей и достигает состояния густой массы в заводских условиях, после чего на протяжении нескольких суток проистекает усадка гелевой массы, формирование в ней трещин и микропор, необходимых для осуществления процессов рекомбинации.

AGM по сравнению с гелевыми выглядят надежнее – если случилось что гелевая батарея закипела, то недалеко и до разбухания и взрыва. Дело заключается в том, что в геле появляются разрывы (пузыри газа) и очень быстро повышается внутреннее сопротивление. Из стекловаты пузыри могут пропасть, а разрывы в геле от газовых пузырей восстанавливаются довольно долго.

Гелевые аккумуляторные батареи были построены специально для военной и авиационной индустрии. В состоянии выдержать частичное повреждении корпуса (возможность попадания пули или осколков), гелевые АКБ генерируют ток даже при повреждении электролит из корпуса не выливается. Также гелевые аккумуляторные батареи годятся для авиации с ее значительными перегрузками (батареи не разливаются и имеют возможность работать в любом положении).
При равной емкости АКБ эффективность отдачи от гелевого будет больше, чем от обыкновенного. Нужно только не забывать, что гелевые аккумуляторные батареи требуют очень точного поддержания тока подзарядки. Для этого даже могут понадобиться контроллеры зарядки на основе микропроцессоров.

Самая современная технология AGM (Absorption Glass Matt) снова возвратилась к жидкой кислоте, только теперь электролит находится в порах пластин, свитых из очень тонких стеклянных волокон. Применение стекловолокна позволяет не только использовать герметичный корпус, но и сберечь работоспособность аккумулятора даже в случае частичного разрушения внешней оболочки.
AGM-батареи малочувствительны к нестабильным температурам, обладают повышенной устойчивостью к глубоким разрядам, имеют большой срок службы, виброустойчивы и могут использоваться даже в положении на боку, но боятся перезаряда. AGM аккумуляторы по стоимости дешевле гелевых, но по использованию желательнее гелевый, поскольку он допускает разрядку малыми токами почти до нуля без возникновения опасности появления необратимых процессов (в отличие от обыкновенного).
Гелевый АКБ по сути являет собой силовой (тяговой) аккумулятор, наиболее подходящим для погрузчиков, электромобилей и прочей тяговой техники, а также для систем резервного электроснабжения.