Промышленные аккумуляторы EXIDE. Повышение энергоэффективности объектов. ЗАО «Акку-Фертриб» Руководитель ПТД Макаренко Сергей Владимирович (495) , доб. 162, моб: 8 (916)

Технологии CLASSIC Малообслуживаемые аккумуляторы с жидким электролитом GEL Герметизированные аккумуляторы с желеобразным электролитом AGM Герметизированные аккумуляторы с абсорбированным электролитом

ЗУ -+ H2H2 H 2 SO 4 жидкость O2O2 H 2 SO 4 в стекловолокне или ГЕЛЬ H2H2 O2O2 +- МалообслуживаемыеГерметизированные Газообразование - Рекомбинация

Положительная пластина: PbO 2 (двуокись свинца) Отрицательная пластина: Pb (свинец) Электролит: H 2 SO 4 (водный раствор серной кислоты) Уравнения реакций на электродах Положительный электрод: PbO 2 +H 2 SO 4 + 2e - PbSO 4 + 2OH - Отрицательный электрод: Pb + H 2 SO 4 PbSO 4 + 2H + + 2e - 2H + + 2OH - 2H 2 O Уравнение общих реакций в аккумуляторе PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2H 2 O Химические реакции в процессе разряд-заряд

«Открытая» система Положительная пластина : H 2 O = 1/2 O H e - Отрицательная пластина: 2 H e - = H 2 Полная реакция: 2H 2 O = 2H 2 + O 2 VRLA - система Положительная пластина : H 2 O = 1/2 O H e - Отрицательная пластина : 1. 1/2 O 2 + Pb = PbO 2. PbO + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O 3. PbSO H e - = Pb + H 2 SO 4 Полная реакция : 2 e - + 1/2 O H + = H 2 O + DELTA W Газообразование - Рекомбинация Коэффициент рекомбинации Gel-батарей 98%, AGM-батарей 99%

Две технологии Загущенный электролит – гель – Патент от 1957 года фирмы Sonnenschein под названием dryfit Электролит впитан в стекловолоконном сепараторе – AGM – Технология развивается с конца 1970-х годов

Побочные химические реакции. Электролиз воды Электролиз воды проявляется при протекании электрического тока через полностью заряженный аккумуляторный элемент – На положительном электроде: – На отрицательном электроде: – Итоговая реакция: – Отрицательный эффект: потеря воды, выделение водорода На 1 Ампер-час электричества разлагается 0,336 гр воды (H 2 O) с образованием 0,45 литра водорода (H 2 ) и 0,22 литра кислорода (O 2 ) для н.у.

Ток разряда свинцово-кислотного элемента

Семейство разрядных характеристик

Зависимость емкости от температуры

Процессы, ограничивающие срок службы коррозия решеток положительных пластин: –Увеличение внутреннего сопротивления аккумулятора, –Деформация (рост) положительных пластин и выводов. Старение (осыпание) активного материала положительных пластин; Необратимая сульфатация активной массы; Прорастание дендритов свинца и короткие замыкания между разноименными пластинами; Расход воды в VRLA батареях.

Циклы и непрерывный подзаряд. Разный характер износа АКБ. Коррозия решеток; Дендриты; Сульфатация; Осыпание активной массы. Осыпание активной массы; Сульфатация из- за неполного заряда между циклами; Дендриты; Коррозия. ПодзарядЦиклы

Коррозия – определяющий фактор окончания срока службы батарей, работающих в режиме непрерывного подзаряда Условия, вызывающие коррозию: –Сернокислотный электролит; –Высокий потенциал анода; –Выделение кислорода при заряде. В процессе эксплуатации необходимо контролировать и управлять: –Температурой; –Режимом заряда (напряжением подзаряда); –Плотностью электролита (для классических технологий). В случае свинцово-кислотного аккумулятора коррозия проявляется как процесс медленного превращения свинца в его двуокись.

Факторы, влияющие на скорость коррозии решетки положительной пластины Для каждого ХИТ существует оптимальный режим содержания (T/U), обеспечивающий его максимальный срок службы. Повышенная температура (U фиксировано) –приводит к росту остаточного зарядного тока; –увеличивает количество выделяемого кислорода; –ускоряет коррозию положительных пластин и саморазряд; –вызывает более частое срабатывание клапанов в батареях VRLA. Влияние режима заряда (T фиксирована) –Под действием напряжения через ХИТ протекает ток подзаряда, который поддерживает активные материалы в заряженном состоянии; –Недозаряд и перезаряд ускоряет коррозию; –Напряжением заряда определяется величина газообразования и частота срабатывания клапанов в батареях VRLA.

Напряжение подзаряда и срок службы Напряжение подзаряда выбирается из условия поддержания состояния заряженности 100% Перезаряд ускоряет коррозию решёток положительных пластин, сокращает срок службы Недозаряд ускоряет коррозию и приводит к сульфатации пластин и снижению ёмкости

Температурные влияния на срок службы Основано на соотношении K(T 0 +ΔT)/K(T 0 )=2 (ΔT/10) Удваивается с повышением температуры на каждые 10ºC выше +25ºC Срок службы сокращается многократно при температуре выше +30ºC Срок службы незначительно увеличивается при температуре ниже +25ºC Коэффициент сокращения срока службы (ускорения процессов деградации) Температура (С)

Примеры влияния температуры (для батареи со сроком службы 20 лет при температуре 25 0 С) Температура = 34 o C Коэффициент ускорения = 2 {(34-25)/10} = Срок службы 20 / = 10.7 лет Температура = 44 o C Коэффициент ускорения = 2 {(44-25)/10} = Срок службы 20 / 3.732= 5.4 лет

Зависимость емкости от температуры Температура, °С Доступная емкость в % от С норм. темп.

Работа в условиях низких температур Низкие температуры увеличивают сопротивление электролита, следовательно: Вызывают эффект «кажущейся» потери емкости из-за увеличенного падения напряжения на внутреннем сопротивлении батареи; Требуют повышенного напряжения содержания батареи; Электролит может замерзнуть!!! Полностью заряженную батарею можно хранить до минус ºC; Разряд снижает плотность электролита; Замерзание электролита может привести к разрушению корпуса и пластин;

Контроль температуры батареи Классическая конструкция требует измерения температуры электролита; Герметичная конструкция с загущенным электролитом требует измерения: –Температуры вывода элемента (отрицательного); –Температуры поверхности элемента или корпуса блока; Избегайте дополнительного нагрева или прямых солнечных лучей; Пользуйтесь результатом измерения температуры –Корректируйте напряжение заряда.

Требования к заряду батарей Заряжайте батарею сразу после разряда; Храните батарею в полностью заряженном состоянии; Содержите батарею в полностью заряженном состоянии для оптимизации ее электрических параметров и реализации максимального срока службы – Это предотвращает паразитный саморазряд – Даёт энергию другим реакциям Выделение кислорода и водорода Рекомбинация кислорода в батареях VRLA Коррозия решёток положительных пластин

Время полного восстановления заряда Зависит от: Графика (профиля) заряда; Значения тока в фазе I=const; Значения напряжения в фазе U=const; Глубины предшествующего разряда (DOD);

Заряд АКБ - 1 Емкость, % от номинала После разряда: 25% - 10 минут 50% - 1 час 75% - 3 часа 100% - 10 часов Параметры заряда: I=1I 10, U=2,23В/эл

Заряд АКБ - 2 Параметры заряда: I=1I 10, U=2,40В/эл Время заряда, часы Емкость, % от номинала

Заряд АКБ - 3 Параметры заряда: I=2I 10, U=2,40В/эл Время заряда, часы Емкость, % от номинала

Фактор заряда q=Qзаряда/Qразряда q=1,05 при разряде за 10 часов q=1,10 при разряде за 1 час q=1,20 при разряде за 10 минут

Выравнивающий заряд Выравнивающий заряд проводится после глубокого разряда и/или после заряда с несоответствующими параметрами. если напряжение на отдельных элементах/блоках находится за пределами допуска. Режим: U=2,4В/эл, Imax=35A/100Ah, время – не более 48 часов, температура аккумуляторов – не более +45°С Выравнивающий заряд – это заряд, который позволяет достичь наиболее полного преобразования активного материала во всех элементах батареи

Выводы Расчетный срок службы батареи определён для эталонных условий эксплуатации (25ºC и напряжении подзаряда 2.23В – классика, 2.25В - VRLA); Срок службы батареи, предназначенных для параллельно-резервного режима эксплуатации, определяется в основном коррозией решёток положительных пластин; Срок службы снижается с повышением температуры; Срок службы снижается при повышении напряжения подзаряда; Повышенный ток подзаряда уменьшает срок службы из-за ускорения коррозии, газообразования, усиления разогрева; Недостаточный ток подзаряда приводит к ускорению коррозии, сульфатации, потере емкости.