Закрытые стационарные свинцовые аккумуляторы с жидким электролитом

Стационарные аккумуляторные батареи этого типа до начала 90-х годов прошлого столетия на энергообъектах, в основном, были представлены моделями типа СН производства СОРЮ. Их доля в общем количестве не превышала 30%. Положительные и отрицательные электроды изготавливались по намазной технологии и размещались в прозрачных сосудах из полистирола. Паспортный срок службы таких батарей определялся 15 годами. В большинстве случаев такой срок службы достигнут не был.

Главные причины этого — несовершенство конструкции и неудовлетворительное качество материала сосудов. Основной причиной снятия таких батарей с эксплуатации явилась течь сосудов в результате появления трещин. Этот дефект начинал проявляться уже после 6-9 лет эксплуатации и далее шёл по нарастающей. В настоящее время в эксплуатации остаются единицы таких батарей и идет интенсивный процесс их замены на более совершенные модели мировых производителей.

Современные стационарные аккумуляторные батареи

На мировом рынке предлагается широкая гамма стационарных аккумуляторов закрытого исполнения с жидким электролитом различных конструкций. Их принципиальное отличие друг от друга заключается в конструкции положительного электрода. Прослеживается общая тенденция применения мало- и бессурьмянистых сплавов при изготовлении токоотводов (решёток), что резко снижает саморазряд таких АКБ.

Необходимо отметить, что для применения на энергообъектах батареи скрытого исполнения с жидким электролитом наиболее предпочтительны. Они не являются «черным ящиком». Благодаря прозрачности сосудов есть возможность визуального контроля состояния электродов (выпадания шлама). Обеспечивается возможность измерения плотности электролита и визуального контроля его уровня.

Эти аккумуляторы имеют приемлемый срок службы, который в зависимости от конструкции положительного электрода и его «упаковки»» колеблется в пределах 15÷25 лет. Они менее чем герметичные критичны к качеству зарядных агрегатов и температурным условиям эксплуатации.

Типы стационарных АКБ закрытого исполнения

В зависимости от конструкции положительных электродов производятся следующие типы АКБ закрытого исполнения с жидким электролитом:

  1. OGI, OSP — с намазным положительным электродом;
  2. OPzS — с панцирным положительным электродом.
  3. GrOE — с поверхностным положительным электродом (электрод Plante)

Во всех случаях отрицательные электроды изготовлены по намазной технологии.

Аккумуляторы типа OGI, OSP

Батареи этого типа выпускаются практически всеми европейскими фирмами. Имеют намазные положительные электроды. Серии OGi и OSP незначительно отличаются конструкцией и материалом токоотвода (решетки). Кроме того, серия OSP обеспечена конвертацией положительных электродов, что снижает унос активной массы положительного электрода, тем самым, приближая срок службы к типу OPzS, имеющему панцирные положительные электроды. При этом электрические параметры остаются характерными для типа OGI.

Стационарные аккумуляторные батареи типа OGI

Аккумуляторы этого типа, благодаря применению намазной технологии изготовления электродов, имеют минимальную трудоемкость в сравнении с OPzS и GrOE, соответственно, имеют и более низкую стоимость.

Электрические параметры наиболее высокие при коротких режимах разряда и толчковых нагрузках. При таких режимах разряда установленная емкость аккумуляторных батарей может быть ниже на 30% в сравнении с батареями других типов.

Рекомендуемая плотность электролита 1,24г/см3. При этом обеспечивается максимальный срок службы и оптимальные электрические параметры аккумуляторов этого типа.

Аккумуляторы типа OGi могут работать в диапазоне температур -30÷+50°С. Рекомендуемые температуры эксплуатации +10÷+30°С.

Оптимальной является температура 20÷5°С.

Режимы заряда

Оптимальным напряжением поддерживающего заряда при работе в буферном режиме, при температуре 20÷5°С является U = 2,23÷0,02 В/элемент.

Повторные заряды могут проводиться одним из следующих режимов:

  1.  Без ограничения тока, напряжением 2.33-2,40 В/элемент в течение 12 часов.
  2.  При напряжении 2,23 В/элемент в течение 50 часов при отключенной нагрузке.
  3.  При максимальном токе 5А на каждые 100А/ч емкости батареи до достижения конечного напряжения заряда 2,60÷2,75 В/элемент.

Выбор режима заряда зависит от характеристик установленного зарядного агрегата.

Уравнительный заряд проводится после глубоких разрядов или при недостаточном повторном заряде, что определяется по сниженной плотности электролита. Режимы следующие:

  1.  При напряжении 2,33-2,40 В/элемент до достижении и стабилизации плотности электролита на уровне нормативной в течение 2 часов.
  2.  До достижения конечного напряжения 2,60-2,75 В/элемент и нормативной плотности электролита со стабилизацией в течении 2 часов при максимальном токе заряда 5 А на 100 А/ч емкости батареи.

При любом заряде не допускается повышение температуры электролита выше 45°С. При превышении указанной температуры делается перерыв в заряде или вдвое снижается его ток. Температурная корректировка напряжения поддерживающего заряда в диапазоне температур 10-30°С не требуется.

Основные европейские производители аккумуляторов типа OGi

  1.  Фирма «Varta» серия Vb (Германия).
  2.  Фирма «ВАЕ», серия OGi (Германия),
  3.  Фирма «Hoppecke», серия OSP, OGi (Германия).

Основной емкостный ряд включает аккумуляторы емкостью от 200 до 3500 А/ч. В блочном исполнении минимальная емкость — 20 А/ч, максимальная — 260 А/ч при напряжении моноблока — 4 В.

В таблице 1 и 2 приведены основные характеристики и допустимые токи разряда для аккумуляторов типа OGi. Отклонения параметров отдельных аккумуляторов незначительны.

Таблица 1

Стационарные аккумуляторные батареи таблица 1

Таблица 2

Стационарные аккумуляторные батареи таблица 2

Аккумуляторы типа OPzS

Аккумуляторы этого типа разрабатывали для исключения или уменьшения оплывания активной массы (диоксида свинца) с поверхности положительного электрода. Целью являлось увеличение срока службы аккумуляторов.

Конструктивно такой электрод представляет собой токоотвод в виде гребенки, каждый стержень которого помещен в перфорированный чехол с активной массой положительного электрода (диоксидом свинца). Чехол, выполняющий защитную роль панциря, определил название такой конструкции электрода — панцирной.

Аккумуляторы этого типа при незначительном увеличении трудоемкости изготовления, в сравнении с использующими намазную технологию, обеспечили увеличение срока службы на 10-20%, Негативной ценой этого положительного фактора явилось затруднение диффузии электролита к активной массе положительного электрода. Как следствие, возросло внутреннее сопротивление аккумулятора и ухудшилась его работа при кратковременных режимах разряда и «толчковых» нагрузках.

Стационарные аккумуляторные батареи типа OPZS

При сроке службы таких аккумуляторов 15-18 лет произошло значительное ухудшение электрических параметров. Соответственно, их преимущество может быть реализовано на объектах, где необходимы длительные или циклические режимы разряда. В других случаях требуется установка аккумуляторных батарей повышенной ёмкости.

Рекомендуемая плотность электролита ρ=1,24 г/см3 при температуре 20°С, при этом обеспечивается максимальный срок службы и оптимальные электрические параметры аккумуляторов.

Серийные аккумуляторы типа OPzS снабжены лабиринтными вентиляционными пробками, предотвращающим» вынос аэрозолей электролита, что обеспечивает работу батарей в режиме постоянного подзаряда до 3 лет без доливки воды.

По дополнительному заказу батареи могут комплектоваться рекомбинирующей пробкой Aqua Gen, при этом доливка воды исключается в течение всего срока службы и снижаются требований к вентилируемости аккумуляторного помещения.

Напряжение поддерживающего заряда при работе в буферном режиме при температуре 20±5°С равно 2,23÷0.02 В/элемент. Проведение повторных и уравнительных обеспечивается режимами рекомендованными для батарей OGi.

Емкостной ряд выпускаемых батарей в прозрачных корпусах включает элементы от 150А/ч до 3000А/ч. Элементы ёмкостью от 3500 до 12000А/ч выпускаются в непрозрачных сосудах из эбонита или других пластмасс.

Основные европейские производители те же, что и для типа OGi.

Аккумуляторная батарея GrOE

Аккумуляторы типа GrOE имеют наиболее низкое внутреннее сопротивление и наиболее длительный срок службы из всех рассмотренных типов. В аккумуляторных батареях GrOE устанавливаются поверхностные положительные электроды (электрод Plante). Электроды Plante изготовлены из рафинированного свинца и представляют собой ламель с весьма высокой эффективной поверхностью.

В то же время масса этого электрода значительно превосходит необходимую для протекания токообразующего процесса, в результате удельные показатели таких АКБ ниже, чем у ранее рассмотренных.

Низкое внутреннее сопротивление аккумуляторов GrOE обуславливает стабильное напряжение разряда, особенно при больших токах. Благодаря высоким электрическим параметрам такие батареи используются для электроснабжения практически всех важнейших объектов, где требуется бесперебойное питание.

Стационарные аккумуляторные батареи типа GROE

Корпуса (сосуды) элементов изготавливаются из прозрачного ударопрочного стиролакридонитрила, что обеспечивает возможность визуального контроля. Сепараторы изготовлены из микропористого поливинилхлорида. Высокая пористость обеспечивает низкое электрическое сопротивление и хорошую диффузию электролита.

Рекомендуемая плотность электролита при температуре 20°С равна 1,22 г/см3.

Оптимальная температура эксплуатации 20±5°С, указанная плотность электролита и оптимизация зарядно-разрядных режимов может обеспечить срок службы до 25 лет.

Поддерживающий заряд при работе в буферном режиме осуществляется при напряжении 2,23÷0.02 В на элемент. Повторный и уравнительный заряды производятся режимами как для аккумуляторов типа OGi.

При выборе аккумуляторных батареи для замены отслуживших свой срок или для вновь строящимся объектов необходимо учитывать, что стоимость батарей типа GrOE в 1,6-2,0 раза выше, чем OGi, OSP или OPzS. Часто указываемый срок их службы в 25 и даже 30 лет сомнителен по уже изложенным причинам.

Ёмкостный ряд производимых аккумуляторов типа GrOE включает элементы от 75 до 2600 А/ч.

Разрядные характеристики аккумуляторов закрытого исполнения с жидким электролитом

В зависимости от типа аккумуляторов, различающихся конструкцией положительных электродов, их разрядные характеристики разные.

Соответственно, разные и рекомендуемые режимы и условия эксплуатации.

Основным параметром являются максимально допустимые токи при различных по времени режимах разряда до одного и того же конечного напряжения. Для проведения сравнительного анализа в табл. 1 и 2 приведены максимальные токи для коротких и длительных режимов разряды аккумуляторов разных типов одинаковой емкости. Для примера приняты элементы емкостью 200 А/ч и 1000 А/ч.

Из анализа табличных параметров аккумуляторов закрытого типа исполнения с жидким электролитом следует, что для коротких режимов разряда и обеспечения «толчковых» нагрузок предпочтительно применять АКБ типа OGi с намазными положительными или типа GrOE с поверхностными электродами.

Значительная величина максимально допустимых токов разряда свидетельствует о низком внутреннем сопротивлении батарей и, соответственно, их способности обеспечить пологость разрядных кривых, т.е. постоянство разрядного напряжения.

В случае рассматриваемых в таблицах аккумуляторов принято конечное напряжение разряда, равное 1,8 В. которое рекомендуется для длительных режимов разряда. Такое напряжение не наносит вреда дальнейшей работоспособности АКБ. В то же время для различных типов аккумуляторов допустимы следующие конечные напряжения разряда:

  •  OGi до 1,7 В
  •  OSP до 1,б В
  •  GrOE до 1,7 В
  •  OPzS до 1,7 В

При таких конечных напряжениям токи разряда при «толчках» длительностью до 1 мин 6удут значительно выше, чем указана в таблицах для аккумуляторов емкостью 200 А/ч:

  •  OGi I max = 472 A
  •  OSP I max = 472 А
  •  GrOE, J max =472 A

Применение АКБ типа OPzS для коротких режимов и наличии толчковых нагрузок требует увеличения их емкости на 30-40%.

При выборе батарей для их установки и в процессе эксплуатации необходимо учитывать, что стоимость типа GrOE в 1,6-2,0 раза выше, чем других типов. При жестких режимах эксплуатации поверхностные электроды склонны к короблению, что может значительно уменьшить их паспортный срок службы. С учетом экономического фактора, применение АКБ типа OGi будет дешевле, чем аккумуляторов типа GrOE на 25-40%, а типа OPzS — на 10-15 % при любых эксплуатационных режимах.

Статья о открытых стационарных аккумуляторах.

Ссылка на основную публикацию