Продление жизни необслуживаемых аккумуляторов SLA AGM. Sla аккумулятор


Все об аккумуляторах: Герметично свинцово-кислотные аккумуляторы

Свинцово-кислотный аккумулятор, изобретеный французским врачом Gaston Plantй в 1859, был самым 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) 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 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 уменьшаешься.

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.

Отрывок из книги “Batteries in a Portable World “by Isidor Buchmann.

battery-notes.blogspot.ru

Все что нужно знать об аккумуляторах

 

   Определяющим фактором для всех перечисленных элементов питания является не только портативность (т.е. небольшой объем и вес), но и высокая надежность, а также большое время работы. Основные параметры аккумулятора - это энергетическая плотность (или удельная энергия по массе), число циклов заряд/разряд, скорости зарядки и саморазряда. Cвинцово-кислотный аккумулятор состоит, как правило, из двух пластин (электродов), помещенных в электролит (водный раствор серной кислоты).  

   SLA-аккумуляторы. 

Это одни из самых дешевых аккумуляторов, характеризуются относительно невысокой энергетической плотностью - всего 30 Вт*ч/кг. Чаще всего их применяют там, где вес не является критичным параметром, а нужны большая мощность и низкая стоимость (источники бесперебойного питания, фонари, а теперь и электровелосипеды). Диапазон значений емкости для портативных приборов лежит в пределах от 1 до 30 А*час. Ранее этими аккумуляторами комплектовались некоторые ранние модели автомобильных спутниковых телефонов, но сейчас в современных мобильных устройствах они практически не применяются. 

 Достоинства герметичных свинцово-кислотных (SLA) аккумуляторных батарей:

  • относительно невысокая стоимость;
  • полное отсутствие <эффекта памяти>;
  • Низкий саморазряд;
  • в современных герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах, в зависимости от средней глубины разрядки, количество циклов может достигать 800-1000! 

Недостатки SLA-батарей:

  • среди перезаряжающихся батарей SLA имеют самую низкую удельную емкость, хотя во многих случаях это может быть и некритичным;
  • в отличие от Ni-Cd SLA страшны глубокие циклы разряда (это непосредственно ведет к сокращению количества циклов <заряда-разряда>). 

 

   Li-Ion-аккумуляторы 

Были изобретены еще в 1940 году, но промышленный выпуск начался лишь в 1991 г. Считаются одними из самых перспективных источников автономного питания, но при этом до сих пор остаются одними из самых дорогих. Они имеют высокую энергетическую плотность, порядка 100 Вт*ч/кг, и обеспечивают примерно 300-500 циклов заряд/разряд. Аккумуляторы имеют очень низкую скорость саморазряда (примерно 3-5% в первый месяц, затем уменьшение до 1-3% в месяц, дополнительно около 3% потребляет схема управления). Кроме того, при одинаковых габаритах литиевые работают втрое дольше, по сравнению с Ni-Cd-аккумуляторами, и у них абсолютно отсутствует эффект памяти. О недостатках: прежде всего - это высокая цена; эти батареи необходимо хранить в заряженном состоянии, и у них имеется эффект старения, даже если аккумулятор не используется. Он проявляется в том, что через год после изготовления ухудшается ёмкость, а через два года он иногда выходит из строя. Источники питания этого типа требуют использования исключительно "родных" зарядных устройств, а для обеспечения безопасности каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемой управления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время зарядки и предотвратить критичное понижение напряжения элемента при разряде. Кроме того, должен быть ограничен максимальный ток заряда/разряда, и должна контролироваться температура элемента. Также к минусам можно отнести зависимость емкости от температуры (при низких температурах время работы существенно уменьшается) .

Основные недостатки литиево-ионных (Li-Ion) аккумуляторных батарей:

высокая стоимость и малый диапазон рабочих температур, хотя это и не всегда является критичным фактором.

В конструкции современных литиево-ионных (Li-Ion) аккумуляторов присутствуют так называемые smart-микросхемы. 

Это позволяет управлять зарядным устройством таким образом, чтобы процесс зарядки был наиболее эффективным в зависимости от проработавшего количества циклов <заряда- разряда>. 

   Li-Polymer-аккумуляторы 

Это одна из последних разработок в литиевой технологии. Потенциально они дешевле, чем Li-Ion-аккумуляторы, но на сегодняшний день все же остаются самыми дорогими источниками питания, несмотря на то, что уже запущено их массовое производство. Производят этот тип аккумуляторов лишь несколько крупных фирм. По конструкции они подобны своим предшественникам, но используют гелиевый электролит, поэтому могут иметь нетрадиционную форму. Эти источники обладают еще более высокой энергетической плотностью (до 160 Вт*ч/кг) и малым током разряда, причем нынешние образцы имеют очень большое количество циклов заряд/разряд - около 1000. И кроме всего прочего, эти аккумуляторы весьма компактны и легки. 

Полимерно-литиевые аккумуляторы состоят из секций или стеков. Каждая из секций содержит три электрода и сепаратор с полимером, который действует как электролит и как связывающее вещество. Отрицательный электрод расположен между двумя положительными и с помощью термального воздействия все компоненты объединяют в стек. Толщина одной секции около 0,6 мм. В зависимости от количества стеков можно получить аккумулятор той или иной ёмкости. Снаружи источник питания запечатывают в полимерно-алюминиевую пленку. Принципиально ионо-литиевые и полимерно-литиевые аккумуляторы не различаются, но последние имеют одно важное преимущество. Так как их рабочим веществом является гель, состоящий из смеси полимера и электролита, то утечка жидкости становится просто невозможной. 

Недостаток литиево-полимерного аккумулятора в том, что он не может отдавать большие токи разряда и, так же, как и литиево-ионный (Li-Ion), не любит низких температур.

   Зарядное устройство для Li-ion аккумуляторов подобно зарядному устройству для свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA) в части ограничения напряжения на аккумуляторе. Основные различия между ними заключаются в том, что у зарядного устройства для Li-ion аккумуляторов - выше напряжение на элемент (номинальное напряжение элемента 3.6 V против 2 V для SLA), более жесткий допуск на это напряжение и отсутствие тонкоструйного или плавающего подзаряда по окончании полного заряда.

   В то время как для SLA аккумуляторов допустима некоторая гибкость в установке значения напряжения прекращения заряда, то для Li-ion аккумуляторов изготовители очень строго подходят к выбору этого напряжения. Порог напряжения прекращения заряда для Li-ion аккумуляторов с графитовым электродом - 4.10 V, с коксовым электродом - 4.20 V, допуск на установку для обоих типов + - 0.05 V на элемент. Для вновь разрабатываемых Li-ion аккумуляторов, вероятно, будут другие значения этого напряжения. Следовательно, зарядные устройства для них должны быть адаптированы к требуемому напряжению заряда.

Более высокое значение порога напряжения обеспечивает большее значение емкости, поэтому в интересах изготовителя выбрать максимально возможный порог напряжения без нарушения безопасности. Однако на величину этого порога влияет температура аккумулятора, и его устанавливают достаточно низким для того, чтобы допустить повышенную температуру при заряде. Вмешательство потребителя в любое Li-ion зарядное устройство не рекомендуется.

   В зарядных устройствах и анализаторах аккумуляторов, которые позволяют изменять порог напряжения, правильная установка этого порога должна соблюдаться при обслуживании любых аккумуляторов Li-ion типа. Однако большинство изготовителей не обозначают тип Li-ion аккумулятора. И если напряжение установлено неправильно, то коксовый аккумулятор выдаст более низкое значение емкости, а графитовый будет немного перезаряжен. При умеренной температуре, никакого повреждения не происходит, и более низкое напряжение разряда не повредит графитовому аккумулятору.

  Время заряда Li-ion аккумуляторов приблизительно 3 часа и аккумулятор остается прохладным во время заряда. Полный заряд достигается после того, как напряжение достигнет верхнего порога напряжения, и ток уменьшится до некоторого низкого уровня.

  Коммерческие Li-ion аккумуляторы содержат несколько встроенных устройств защиты. Обычно, плавкий предохранитель срабатывает, если напряжение заряда любого элемента достигает 4.30 V или температура элемента достигает 100° C (212° F). Переключатель давления в каждом элементе прекращает заряд, если превышен некоторый порог давления; а внутренняя схема управления отключает аккумулятор в нижней и верхней точках напряжения.

 Большинство изготовителей продают Li-ion элементы только в составе аккумулятора вместе с устройством защиты. Эта предупредительная процедура вызвана возможной опасностью взрыва и воспламенения в случае, если аккумулятор заряжается и разряжается вне безопасных ограничений.

 Li-ion аккумуляторы не могут быть восстановлены циклической тренировкой или какими-либо другими способами. Снижение емкости у них в процессе эксплуатации необратимо, потому что металлы, применяемые в их элементах разработаны для работы только в течение определенного времени. Это сделано, в частности, по причинам экологической безопасности, т.к. некоторые компоненты, используемые для увеличения емкости Li-ion аккумуляторов, высоко токсичны. В процессе работы уровень токсичности уменьшается до разумно низкого уровня.

 

   Несколько слов про восстановление аккумуляторов. Процент восстановленных аккумуляторов при использовании контролируемых циклов разряда / заряда зависит от типа электрохимической системы, количества уже отработанных циклов, метода обслуживания и возраста аккумулятора.

Наилучшие результаты достигаются при восстановлении NiCd аккумуляторов.

Обычно от 60 % до 70 % отвергнутых NiCd аккумуляторов может быть восстановлено для полноценной эксплуатации при использовании тренировочных циклов и восстановительных методов. Процент восстановления NiMH аккумуляторов оценивается примерно в 40 %. Более низкое значение обусловлено, частично, из-за сокращенного числа циклов разряда / заряда NiMH аккумуляторов по сравнению с NiCd.

Что же касается батарей, используемых для электровелосипедов, то информация следующая:

   SLA. Процент восстановления SLA аккумуляторов мал и составляет около 15 %. В отличие от основанных на никеле аккумуляторов, восстановление SLA аккумуляторов не базируется на разрушении кристаллических образований, а скорее на восстановлении химического процесса. Причиной низкого значения емкости SLA аккумуляторов является их длительное хранение в разряженном состоянии и недостаточном заряде.

   Li-ion. Уменьшение емкости Li-ion аккумуляторов складывается из восстанавливаемых и невосстанавливаемых потерь. Оптимальные способы восстановления восстанавливаемых потерь будут, вероятно, разработаны в ближайшем будущем. В настоящее время, надежных методов восстановления этих аккумуляторов нет.

При обслуживании Li-ion аккумуляторов с использованием анализатора аккумуляторов, цель обслуживания - не столько в восстановлении аккумуляторов, утративших емкость из-за эффекта памяти (Li-ion аккумуляторы не подвержены этому эффекту), сколько в проверке новых аккумуляторов на соответствие спецификациям изготовителя прежде, чем истечет гарантия, и прополке "сухостоя", как только емкость упала ниже приемлемого целевого значения. Обслуживание аккумуляторов также помогает в идентификации неисправных зарядных устройств.

Обычно задают вопрос - " Будет ли восстановленный аккумулятор таким же, как новый? " В этом случае уместно сравнение с заменой дефектной детали в машине. Только замененная деталь нова; остальная же часть машины остается в прежнем состоянии. Если аккумулятор содержит сепаратор, который был поврежден избыточной высокой температурой или испорчен неконтролируемыми кристаллическими образованиями, то эта часть аккумулятора естественно улучшаться не будет.

Эта информация - отрывок из книги “Batteries in a Portable World “by Isidor Buchmann.

Перевод и техническая редакция Владимира Васильева 

digimart.by

Продление жизни необслуживаемых аккумуляторов SLA AGM

419560Жизнь современного человека без химических источников тока просто немыслима так же, как невозможна она без питающихся их энергией портативных устройств. В отличии от фактически одноразовых первичных источников тока – батареек, аккумуляторные батареи могут возобновлять свои ресурсы многократно при подключении к электросети при помощи специальных зарядных устройств. В наше время в мире наблюдается глобальный переход от первичных химических источников тока к аккумуляторам. Аккумуляторные батарея значительно совершенствуются, в значительной степени облегчается их конструкция, продлевается срок их службы.

Однако, несмотря на целый ряд улучшений, ученым пока что так и не удалось создать вечных аккумуляторов, продолжинительность жизни которых бы не ограничивалась каким-то определенным числом циклов заряда/разряда. Количество этих циклов не безгранично, поскольку при циклировании наблюдается процесс необратимых деградационных изменений как в электродах, так и электролите аккумуляторных батарей. По этой причине, любому пользователю аккумуляторных батарей важно обладать информацией о способах оптимального продлении срока их службы. В данной статье мы попытаемся изложить базисные моменты, от которых может зависеть срок жизни такого вида аккумуляторных батарей, как необслуживаемые герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи SLA AGM. Аккумуляторы SLA AGM являются необслуживаемыми с точки зрения необходимости долива дистиллированной воды, однако, особенности их конструкции требуют внимательного отношения к условиям заряда/разряда.

akkymyliatoru bosman

Работоспособность аккумуляторной батареи в значительной степени зависит от правильно применяемого режима заряда. В процессе заряда могут меняться такие параметры, как: температура, напряжение, внутреннее давление, поэтому, при контроле уровня заряженности батарей ссылаются на изменения именно этих показателей. Наиболее часто, контролируя уровень восполнения заряда аккумуляторных батарей, применяют измерения их напряжения, реже – изменения температуры. Однако самым оптимальным вариантом контроля является наблюдение за показателями обеих параметров: температурой и напряжением.

Хотим обратить Ваше внимание, что безопаснее для аккумуляторной батареи будет её немного недозарядить, нежели перезарядить, поскольку длительный перезаряд приводит к выходу аккумулятора из строя. Прибегать к способу быстрого способа зарядки тоже не стоит, ибо это сократит срок службы аккумуляторов. Необслуживаемые AGM батареи имеют низкий потенциал перезаряда, что продиктовано потребностью снижения объема выделяемых газов. Вследствие особенностей конструктивного исполнения аккумуляторные AGM батареи никогда полностью не заряжаются, что способствует развитию такого негативного процесса в их структуре, как увеличение сульфатации пластин. Применение перезаряда уменьшит сульфатацию, однако, из-за особенностей конструкции аккумулятора AGM произойдет стимулирование коррозии положительного электрода, что приведет к гибели батареи. По этой причине, рекомендуем Вам строго придерживаться рекомендаций производителя в вопросе проведения заряда SLA AGM батарей.

На продолжительность жизни аккумуляторов также влияет их температура. Превышение температуры на 10°C сокращает продолжительность жизни аккумуляторных батарей в два раза. Вместе с тем, ограничен у аккумуляторов SLA AGM и нижний температурный предел.

Важным аспектом правильной эксплуатации аккумуляторных батарей SLA AGM является использование правильного зарядного устройства. Допустимая пульсация зарядного тока аккумуляторных батарей ограничивается 2,5 % от их номинального напряжения. Устройство подзарядки должно иметь регулировку по току и стабилизацию по выходному напряжению. Напряжение подзаряда не должно превышать 13,8 V при оптимальной температуре 25°C. Для предотвращения чрезмерного повышения температуры во время зарядного процесса, желательно обладать зарядным устройством с температурным датчиком. Контроль температуры особо важен при проведении зарядного процесса при температурах ниже +10°C и выше +30°C. Аккумуляторы SLA AGM относятся к тем видам батарей, процедура подзарядки которых предполагает использование только специальных зарядных устройств. Недопустимо применение для восполнения их заряда устройств, предназначенных для стартерных свинцово-кислотных батарей! Нельзя заряжать одновременно аккумуляторные батареи разных производителей, особенно совмещая аккумуляторы разных размеров.

Сравнительно большой ток используется на начальной стадии заряда аккумуляторов, при достижении же напряжения в батареях определенного, фиксируемого уровня, устройство подзарядки переключается с режима постоянного тока на режим постоянного напряжения. Показатель зарядного тока уменьшается до минимального, поддерживающего тока.

Желательно стараться поддерживать аккумуляторы в заряженном состоянии, избегая таких образом глубоких циклов разряда и длительного «простоя» батарей. Глубокие циклы разряда, а также систематический разряд большими токами существенно сокращают жизнь AGM батарей. Для аккумуляторов SLA AGM характерна зависимость внутреннего сопротивления и напряжения от глубины цикла. При многократном повторении разряда батарей практически в ноль срок службы аккумуляторов AGM не превысит 200-300 циклов. При 50% глубине циклов продолжительность жизни аккумуляторных батарей возрастает, достигая показателя 500 циклов. Хотелось бы обратить внимание читателей на то, что с так называемой «тренировкой» аккумуляторных батарей, представляющей собой двух-трехразовую полную разрядку и последующую зарядку, лучше не экспериментировать, поскольку для аккумуляторов SLA AGM она опасна.

Оставлять аккумуляторы SLA AGM на сезонное хранение можно только после предварительного подзаряда, не забывая потом периодически проверять степень их заряженности, и восполнять заряд хотя бы раз в месяц. Нельзя допускать падение напряжения в аккумуляторах ниже 1,8 V на банку.

Во избежание неприятных сюрпризов, лучше не испытывать судьбу перестановкой местами клемм.

sergey-volter

www.electra.com.ua

Все что нужно знать об аккумуляторах

аккумуляторная батарея SLA электровелосипеды flygearНа сегодняшний день распространены аккумуляторы пяти различных электрохимических схем никель-кадмиевые (Ni-Cd), никель-металлогидридные (Ni-MH), свинцово-кислотные (Sealed Lead Acid, SLA), литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Polymer).

Определяющим фактором для всех перечисленных элементов питания является не только портативность (т.е. небольшой объем и вес), но и высокая надежность, а также большое время работы. Основные параметры аккумулятора - это энергетическая плотность (или удельная энергия по массе), число циклов заряд/разряд, скорости зарядки и саморазряда. Cвинцово-кислотный аккумулятор состоит, как правило, из двух пластин (электродов), помещенных в электролит (водный раствор серной кислоты).  

SLA-аккумуляторы. 

Это одни из самых дешевых аккумуляторов, характеризуются относительно невысокой энергетической плотностью - всего 30 Вт*ч/кг. Чаще всего их применяют там, где вес не является критичным параметром, а нужны большая мощность и низкая стоимость (источники бесперебойного питания, фонари, а теперь и электровелосипеды). Диапазон значений емкости для портативных приборов лежит в пределах от 1 до 30 А*час. Ранее этими аккумуляторами комплектовались некоторые ранние модели автомобильных спутниковых телефонов, но сейчас в современных мобильных устройствах они практически не применяются. 

 Достоинства герметичных свинцово-кислотных (SLA) аккумуляторных батарей:

  • относительно невысокая стоимость;
  • полное отсутствие <эффекта памяти>;
  • Низкий саморазряд;
  • в современных герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах, в зависимости от средней глубины разрядки, количество циклов может достигать 800-1000! 

Недостатки SLA-батарей:

  • среди перезаряжающихся батарей SLA имеют самую низкую удельную емкость, хотя во многих случаях это может быть и некритичным;
  • в отличие от Ni-Cd SLA страшны глубокие циклы разряда (это непосредственно ведет к сокращению количества циклов <заряда-разряда>). 

 

Li-Ion-аккумуляторы 

Были изобретены еще в 1940 году, но промышленный выпуск начался лишь в 1991 г. Считаются одними из самых перспективных источников автономного питания, но при этом до сих пор остаются одними из самых дорогих. Они имеют высокую энергетическую плотность, порядка 100 Вт*ч/кг, и обеспечивают примерно 300-500 циклов заряд/разряд. Аккумуляторы имеют очень низкую скорость саморазряда (примерно 3-5% в первый месяц, затем уменьшение до 1-3% в месяц, дополнительно около 3% потребляет схема управления). Кроме того, при одинаковых габаритах литиевые работают втрое дольше, по сравнению с Ni-Cd-аккумуляторами, и у них абсолютно отсутствует эффект памяти. О недостатках: прежде всего - это высокая цена; эти батареи необходимо хранить в заряженном состоянии, и у них имеется эффект старения, даже если аккумулятор не используется. Он проявляется в том, что через год после изготовления ухудшается ёмкость, а через два года он иногда выходит из строя. Источники питания этого типа требуют использования исключительно "родных" зарядных устройств, а для обеспечения безопасности каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемой управления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время зарядки и предотвратить критичное понижение напряжения элемента при разряде. Кроме того, должен быть ограничен максимальный ток заряда/разряда, и должна контролироваться температура элемента. Также к минусам можно отнести зависимость емкости от температуры (при низких температурах время работы существенно уменьшается) .

Основные недостатки литиево-ионных (Li-Ion) аккумуляторных батарей:

высокая стоимость и малый диапазон рабочих температур, хотя это и не всегда является критичным фактором.

В конструкции современных литиево-ионных (Li-Ion) аккумуляторов присутствуют так называемые smart-микросхемы. 

Это позволяет управлять зарядным устройством таким образом, чтобы процесс зарядки был наиболее эффективным в зависимости от проработавшего количества циклов <заряда- разряда>. 

Li-Polymer-аккумуляторы 

Это одна из последних разработок в литиевой технологии. Потенциально они дешевле, чем Li-Ion-аккумуляторы, но на сегодняшний день все же остаются самыми дорогими источниками питания, несмотря на то, что уже запущено их массовое производство. Производят этот тип аккумуляторов лишь несколько крупных фирм. По конструкции они подобны своим предшественникам, но используют гелиевый электролит, поэтому могут иметь нетрадиционную форму. Эти источники обладают еще более высокой энергетической плотностью (до 160 Вт*ч/кг) и малым током разряда, причем нынешние образцы имеют очень большое количество циклов заряд/разряд - около 1000. И кроме всего прочего, эти аккумуляторы весьма компактны и легки. 

Полимерно-литиевые аккумуляторы состоят из секций или стеков. Каждая из секций содержит три электрода и сепаратор с полимером, который действует как электролит и как связывающее вещество. Отрицательный электрод расположен между двумя положительными и с помощью термального воздействия все компоненты объединяют в стек. Толщина одной секции около 0,6 мм. В зависимости от количества стеков можно получить аккумулятор той или иной ёмкости. Снаружи источник питания запечатывают в полимерно-алюминиевую пленку. Принципиально ионо-литиевые и полимерно-литиевые аккумуляторы не различаются, но последние имеют одно важное преимущество. Так как их рабочим веществом является гель, состоящий из смеси полимера и электролита, то утечка жидкости становится просто невозможной. 

Недостаток литиево-полимерного аккумулятора в том, что он не может отдавать большие токи разряда и, так же, как и литиево-ионный (Li-Ion), не любит низких температур.

Зарядное устройство для Li-ion аккумуляторов подобно зарядному устройству для свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA) в части ограничения напряжения на аккумуляторе. Основные различия между ними заключаются в том, что у зарядного устройства для Li-ion аккумуляторов - выше напряжение на элемент (номинальное напряжение элемента 3.6 V против 2 V для SLA), более жесткий допуск на это напряжение и отсутствие тонкоструйного или плавающего подзаряда по окончании полного заряда.

В то время как для SLA аккумуляторов допустима некоторая гибкость в установке значения напряжения прекращения заряда, то для Li-ion аккумуляторов изготовители очень строго подходят к выбору этого напряжения. Порог напряжения прекращения заряда для Li-ion аккумуляторов с графитовым электродом - 4.10 V, с коксовым электродом - 4.20 V, допуск на установку для обоих типов + - 0.05 V на элемент. Для вновь разрабатываемых Li-ion аккумуляторов, вероятно, будут другие значения этого напряжения. Следовательно, зарядные устройства для них должны быть адаптированы к требуемому напряжению заряда.

Более высокое значение порога напряжения обеспечивает большее значение емкости, поэтому в интересах изготовителя выбрать максимально возможный порог напряжения без нарушения безопасности. Однако на величину этого порога влияет температура аккумулятора, и его устанавливают достаточно низким для того, чтобы допустить повышенную температуру при заряде. Вмешательство потребителя в любое Li-ion зарядное устройство не рекомендуется.

В зарядных устройствах и анализаторах аккумуляторов, которые позволяют изменять порог напряжения, правильная установка этого порога должна соблюдаться при обслуживании любых аккумуляторов Li-ion типа. Однако большинство изготовителей не обозначают тип Li-ion аккумулятора. И если напряжение установлено неправильно, то коксовый аккумулятор выдаст более низкое значение емкости, а графитовый будет немного перезаряжен. При умеренной температуре, никакого повреждения не происходит, и более низкое напряжение разряда не повредит графитовому аккумулятору.

 Время заряда Li-ion аккумуляторов приблизительно 3 часа и аккумулятор остается прохладным во время заряда. Полный заряд достигается после того, как напряжение достигнет верхнего порога напряжения, и ток уменьшится до некоторого низкого уровня.

 Коммерческие Li-ion аккумуляторы содержат несколько встроенных устройств защиты. Обычно, плавкий предохранитель срабатывает, если напряжение заряда любого элемента достигает 4.30 V или температура элемента достигает 100° C (212° F). Переключатель давления в каждом элементе прекращает заряд, если превышен некоторый порог давления; а внутренняя схема управления отключает аккумулятор в нижней и верхней точках напряжения.

 Большинство изготовителей продают Li-ion элементы только в составе аккумулятора вместе с устройством защиты. Эта предупредительная процедура вызвана возможной опасностью взрыва и воспламенения в случае, если аккумулятор заряжается и разряжается вне безопасных ограничений.

 Li-ion аккумуляторы не могут быть восстановлены циклической тренировкой или какими-либо другими способами. Снижение емкости у них в процессе эксплуатации необратимо, потому что металлы, применяемые в их элементах разработаны для работы только в течение определенного времени. Это сделано, в частности, по причинам экологической безопасности, т.к. некоторые компоненты, используемые для увеличения емкости Li-ion аккумуляторов, высоко токсичны. В процессе работы уровень токсичности уменьшается до разумно низкого уровня.

 

Несколько слов про восстановление аккумуляторов. Процент восстановленных аккумуляторов при использовании контролируемых циклов разряда / заряда зависит от типа электрохимической системы, количества уже отработанных циклов, метода обслуживания и возраста аккумулятора.

Наилучшие результаты достигаются при восстановлении NiCd аккумуляторов.

Обычно от 60 % до 70 % отвергнутых NiCd аккумуляторов может быть восстановлено для полноценной эксплуатации при использовании тренировочных циклов и восстановительных методов. Процент восстановления NiMH аккумуляторов оценивается примерно в 40 %. Более низкое значение обусловлено, частично, из-за сокращенного числа циклов разряда / заряда NiMH аккумуляторов по сравнению с NiCd.

Что же касается батарей, используемых для электровелосипедов, то информация следующая:

SLA. Процент восстановления SLA аккумуляторов мал и составляет около 15 %. В отличие от основанных на никеле аккумуляторов, восстановление SLA аккумуляторов не базируется на разрушении кристаллических образований, а скорее на восстановлении химического процесса. Причиной низкого значения емкости SLA аккумуляторов является их длительное хранение в разряженном состоянии и недостаточном заряде.

Li-ion. Уменьшение емкости Li-ion аккумуляторов складывается из восстанавливаемых и невосстанавливаемых потерь. Оптимальные способы восстановления восстанавливаемых потерь будут, вероятно, разработаны в ближайшем будущем. В настоящее время, надежных методов восстановления этих аккумуляторов нет.

При обслуживании Li-ion аккумуляторов с использованием анализатора аккумуляторов, цель обслуживания - не столько в восстановлении аккумуляторов, утративших емкость из-за эффекта памяти (Li-ion аккумуляторы не подвержены этому эффекту), сколько в проверке новых аккумуляторов на соответствие спецификациям изготовителя прежде, чем истечет гарантия, и прополке "сухостоя", как только емкость упала ниже приемлемого целевого значения. Обслуживание аккумуляторов также помогает в идентификации неисправных зарядных устройств.

Обычно задают вопрос - " Будет ли восстановленный аккумулятор таким же, как новый? " В этом случае уместно сравнение с заменой дефектной детали в машине. Только замененная деталь нова; остальная же часть машины остается в прежнем состоянии. Если аккумулятор содержит сепаратор, который был поврежден избыточной высокой температурой или испорчен неконтролируемыми кристаллическими образованиями, то эта часть аккумулятора естественно улучшаться не будет.

Эта информация - отрывок из книги “Batteries in a Portable World “by Isidor Buchmann.

Перевод и техническая редакция Владимира Васильева  

 

evelo.by

Как продлить жизнь тяговой необслуживаемой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи

Эта статья создана в помощь ищущим информацию о продлении срока эксплуатации необслуживаемых свинцово-кислотных аккумуляторов. В статье затрагиваются базисные моменты, знание и практическое использование которых позволит получить больший срок жизни вашей батареи. Основой для написания статьи послужила страница How to restore and prolong SLA and VRLA lead-acid batteries, batteryuneversity.com , а также информация с сайтов компаний-производителей необслуживаемых батарей и немного личного опыта.

VRLA (Valve Regulated Lead Acid batteries) - батареи с регулируемыми клапанами, или SLA (Sealed Lead Acid batteries) – герметизированные свинцово-кислотные батареи, являются технически индентичными. В англоязычных ресурсах имеется некоторая путаница с применением данных аббревиатур, однако использование аббревиатур SLA и VRLA для необслуживаемых свинцово-кислотных батарей отличаются в них только областью применения и емкостью (SLA – для батарей емкостью до 30А*ч, VRLA – для более емких батарей).

Для понимания процессов старения в герметизированных свинцово-кислотных батарей необходимо помнить о том, что необслуживаемые свинцово-кислотные батареи разработаны с низким потенциалом перезаряда (диктуется необходимостью снижения объема газов, выделяемых в фазу интенсивного газовыделения, "добивки"). Следствием данного конструктивного решения является сложность выбора алгоритма заряда – поскольку батарея никогда полностью не заряжается, то постепенно увеличивается сульфатация пластин. С другой стороны при применении перезаряда уменьшается сульфатация, но из-за конструкции SLA батареи происходит повышенная коррозия положительного электрода, что приводит к выходу аккумулятора из строя. В следствие этого требуется придерживаться рекомендаций производителя по поводу алгоритма заряда SLA батареи, поэтому не обижайтесь, если в процессе чтения статьи я буду часто отсылать вас к информации производителя вашего аккумулятора.

Следует помнить, что температура аккумулятора сильно влияет на срок его жизни. Превышение температуры, при которой аккумулятор длительно работает, на каждые 10°C приводит с сокращению времени жизни в 2 раза. Справедливо также обратное замечание. Также следует отметить, что нижний температурный предел у SLA батарей также ограничен, и чем больше разряжена батарея, тем хуже ее рабочие характеристики при низких температурах.

При использовании VRLA батарей необходимо, чтобы все элементы имели очень близкие характеристики. Поскольку при использовании батареи возникает разбалансировка напряжений на различных элементах, необходима процедура эквализации аккумуляторов в батарее. Эквализация достигается путем увеличения напряжения на каждой ячейке до 2,5В в течение двух часов. Процедура эквализации проводится раз в 6 месяцев, или чаще, если указано производителем батареи.

Всвязи с повышенным требованием к точности соблюдения параметров заряда для необслуживаемых батарей необходимо правильно выбирать зарядное устройство. Допустимая пульсация зарядного тока ограничена, обычно в пределах до 2,5% от номинального напряжения (измеряется при нагрузке зарядного устройства максимальным током для данного зарядного при отключенном аккумуляторе). Это означает, что необслуживаемые аккумуляторы необходимо использовать совместно с импульсными зарядными устройствами, работающими на частоте в десятки килогерц и обеспечивающими постоянное напряжение (не пульсирующее в такт с напряжением в сети 220В 50Гц). Производитель может требовать более жестких параметров зарядного устройства.

Также желательно иметь зарядное устройство с температурным датчиком, поскольку при заряде повышается температура аккумулятора, вместе с температурой растет емкость, с ростом емкости зарядный прибор может перезарядить батарею свыше необходимого уровня, что приводит к еще большему росту температуры и, как минимум, к ухудшению параметров батареи. Подобная ситуация существует и при заряде батареи при низких температурах. Температурный датчик позволяет сдвинуть параметры заряда в зависимости от температуры аккумулятора, что позволяет избежать указанного нежелательного эффекта. В качестве иллюстрации необходимости термодатчика в зарядном могу привести пример двухмесячной давности заряда никель-кадмиевой батареи для профессионального шуруповерта (в плане поведения, в зависимости от повышения температуры, данные аккумуляторы схожи со свинцово-кислотными) на зарядном без термодатчика, позволяющего заряжать бататею ускоренным темпом – за час. В то время была температура в квартире около 30°C, зарядное автоматически должно заряжать аккумулятор до достижения целевого напряжения и автоматически отключаться, что английским по-белому было сказано в инструкции в разделе безопасность. Утром первый аккумулятор из комплекта был заряжен без всяких эксцессов – через 50 минут зарядное отключилось, ближе к вечеру второй аккумулятор при заряде преподнес сюрприз: из-за отсутствия термодатчика в зарядном, батарея вошла в рекурсивный цикл повышения емкости, в зависимости от температуры. Так как заряд был ускоренным проблема была замечена поздно – когда аккумулятор пошел дымом и стал разбрызгивать горячий электролит. Быстро отключенный от сети зарядник удалось спасти. Аккумулятор же еще долго сопел в агонии, пытаясь причинить как можно больше вреда при отходе в мир иной, однако ему это не удалось и вред ограничился стоимостью самого аккумулятора – 15USD. С тех пор зарядное подключается к сети через таймер.

Желательно поддерживать батарею в заряженном состоянии и избегать глубоких циклов разряда. Для нивелирования глубины разряда применяются более емкие батареи. Разряд VRLA батареи меньше чем 2,1В на аккумуляторную банку приводит к сульфатации пластин. Для уменьшения уровня сульфатации в конце заряда рекомендуется применять заряд постоянным напряжением 2,4В на элемент в течение 2х часов. Длительность заряда желательно расчитывать, исходя из 14 часов, увеличение времени заряда с 8 до 14 часов увеличивает время жизни батареи при соблюдении алгоритма заряда, рекомендуемого производителем.

Для заряда некоторых VRLA батарей производители рекомендуют реверсивный метод заряда – в котором зарядное устройство, в процессе заряда, циклично на короткое время переключается в режим разряда батареи. Использование реверсивного метода заряда позволяет уменьшить сульфатацию пластин при сохранности анода, что продляет жизнь батареи.

Надеюсь, что эта статья помогла вам оценить объем проблемы продления жизни необслуживаемым свинцово-кислотным аккумуляторам. VRLA (SLA) аккумуляторные батареи являются необслуживаемыми с точки зрения отсутствия необходимости долива дистилированной воды, эта же конструктивная особенность диктует более жесткие требования к условиям их разряда/заряда, что требует строгого соблюдения рекомендаций производителя для продления жизни необслуживаемой свинцово-кислотной батареи.

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.

sdisle.com


Смотрите также