Акумуляторні батареї

     Розглянемо основні моменти, на які слід звернути увагу, якщо виникла потреба купити АКБ для джерела безперебійного живлення або системи автономного електропостачання.

     Отже, завдяки ряду переваг та зручності використання, широкого поширення на ринку набули свинцево-кислотні акумуляторні батареї, виготовлені за технологією AGM та GEL.

Як працює свинцево-кислотна акумуляторна батарея?

     Свинцево-кислотна АКБ - це джерело електричної енергії, принцип дії якого заснований на електрохімічній реакції свинцю та діоксиду свинцю у електроліті (водному розчині сірчаної кислоти).

     У корпусі свинцево-кислотної акумуляторної батареї, розташовані решітчасті свинцеві пластини - електроди, занурені у електроліт. При цьому, у решітках електродів катода (+) та анода (-), знаходиться порошок свинцю та діоксиду свинцю відповідно. Коли до батареї підключають навантаження та вона розряджається, сірчана кислота електроліту вступає у реакцію зі свинцем й діоксидом свинцю, утворюючи при цьому воду та білу сироподібну масу - сульфат свинцю. Під час заряджання акумуляторної батареї, процеси протікають у зворотному напрямку й відновлюється стан який був до розрядки - вода та сульфат свинцю, що з'явилися, зникають, утворюючи свинець, діоксид свинцю та сірчану кислоту.

     Так працює акумуляторна батарея, вивільняючи електричну енергію під час електрохімічної реакції під навантаженням та повертаючись у вихідний стан під впливом струму заряджання.

     Теоретично, цикли розрядки й зарядки батареї можуть повторюватися майже нескінченно. На практиці ж, не весь сульфат свинцю вступає у зворотну хімічну реакцію під час зарядки. Найчастіше це відбувається тому, що утворюються грудки та кристали сульфату свинцю, якщо батарея довго залишалася незарядженою, або після глибокої розрядки. Цей процес називається сульфатацією.

     Крім того, коли струм зарядки завищений, або якщо батарея заряджена, але процес зарядки продовжується, відбувається так зване кипіння електроліту, - вода в електроліті починає розкладатися на водень (на катоді - позитивно зарядженому електроді) та кисень (на аноді - негативно зарядженому електроді). Газоподібні кисень та водень при цьому безповоротно випаровуються, об'єм електроліту зменшується, оголюючи електроди, що призводить до обсипання їхньої активної маси та окислення. Щільність сірчаної кислоти при цьому збільшується, зменшуючи цим електричну провідність електроліту.

     Щоб мінімізувати вплив цих факторів на ємність та термін служби акумулятора, використовуються технології AGM та GEL, давайте розглянемо їх докладніше.

Акумуляторна батарея AGM

     В акумуляторній батареї AGM, простір між електродами, заповнений сепаратором зі скловолокна, у порах якого, як у губці, знаходиться електроліт. При цьому водень та кисень, що виділяються у процесі експлуатації, не випаровуються, як у звичайному акумуляторі, а заповнюють вільний простір пор, потім знову перетворюючись на воду.

     Технологія AGM дозволяє досягти не тільки повної рекуперації газів усередині батареї, але й значно покращує оборотність хімічних процесів, перешкоджаючи утворенню кристалів та щільних мас сульфату свинцю при розрядці. Крім того, у акумуляторній батареї AGM, електроди ніколи не оголюються, і як наслідок, - відсутнє їх окислення та осипання активної маси, що значно скорочує ємність та термін служби звичайних свинцево-кислотних акумуляторів.

     Акумуляторна батарея AGM - необслуговуєма й може вільно використовуватися у житлових приміщеннях. До її основних переваг можна віднести високу струмовіддачу при підключенні навантаження, невибагливість до якості зарядки та меншу ціну, ніж у АКБ GEL.

     Основний її недолік полягає в тому, що батарею AGM не рекомендується розряджати більш ніж на 70% - глибокі розряди будуть знижувати її ємність та термін служби.

Акумуляторна батарея GEL

     Акумуляторна батарея GEL – це свинцево-кислотна АКБ, електроліт якої згущений спеціальними добавками до гелеподібного стану. Заповнюючи внутрішній простір між свинцевими пластинами (електродами), гелеподібний електроліт бере участь у перебігу електрохімічних реакцій так само ефективно, як і рідкий, маючи при цьому важливі переваги. Так само як і просочений електролітом сепаратор зі скловолокна у батареї AGM, гелеподібний електроліт не тільки забезпечує повну рекуперацію газів усередині АКБ, а й огортаючи електроди, унеможливлює обсипання їхньої активної маси та окислення.

     Гази, що утворюються при використанні АКБ, зберігаються в гелеподібній масі електроліту у вигляді бульбашок, а потім повністю зникають у процесі зворотних хімічних реакцій. Тому, батарея GEL є герметизованою та необслуговуваною, так само як і батарея AGM. Однак, завдяки властивостям гелеподібного електроліту, оборотність електрохімічних процесів після глибокої розрядки у гелевому акумуляторі відбувається ефективніше, ніж у АКБ виготовленої за технологією AGM.

     Головною перевагою акумуляторної батареї GEL, є її здатність витримувати глибокі розряди. Сульфатація електродів, а отже, поступове зниження ємності та терміну служби акумулятора, при цьому, відбувається повільніше ніж у батареї AGM. Це робить гелевий акумулятор більш слушним варіантом для роботи у режимі періодичної повної розрядки.

     Якщо говорити про недоліки, то акумуляторна батарея GEL чутлива до якості та правильності зарядки, здатна на меншу, ніж батарея AGM, струмовіддачу та має більшу ціну.

Ємність акумулятору

     Ємність акумуляторної батареї вимірюється у Ампер-годинах, від її величини, залежить час роботи споживачів, при живленні від акумулятора. Чим вище ємність АКБ та менше навантаження, тим більше часу автономної роботи.

     Приблизний розрахунок часу роботи споживачів при живленні від акумулятора, можна отримати, скориставшись формулою, - для цього, ємність АКБ у Ампер-годинах, необхідно помножити на напругу батареї у Вольтах та розділити на потужність техніки, що підключається у Ватах.

     Наприклад, при використанні акумуляторної батареї 100 Ампер-годин напругою 12 В, для живлення комп'ютера, потужністю 1000 Вт, розрахунок буде виглядати наступним чином: 100Ah * 12В / 1000Вт = 1,2 години.

     Отриманий результат помножимо на ККД інвертора або безперебійника, що перетворюють постійний струм акумулятора на змінний, для живлення техніки. Показник ККД можна знайти у технічних характеристиках інвертора або ДБЖ, якщо він не вказаний, зазвичай використовують значення 0,85.

     Таким чином, отримані 1,2 години множимо на 0,85, у результаті, приблизний час автономної роботи становитиме: 1,2 * 0,85 = 1 година.

     Розглянемо інший приклад, при використанні двох АКБ, ємністю 100 Ампер-годин, 12 В, для живлення того ж навантаження, розрахунковий час автономної роботи, становитиме: (100Ah + 100Ah) * 12В / 1000Вт = 2,4 години. 2,4 години * 0,85 = 2 години.

     Насправді, час роботи споживачів під час живлення від АКБ, буде меншим, ніж отримані результати розрахунків. Це пов'язано з впливом низки чинників, які не охоплює формула, але які необхідно врахувати, скоригувавши отриманий результат на вплив цих факторів. Розглянемо головні з них:

- при розряді великим струмом, акумулятор не здатний віддати всю енергію заряду повністю, для врахування цього фактора, використовуються розрядні характеристики АКБ. Задля грубого розрахунку, можна припустити, що, якщо, за вищевказаною формулою, час автономної роботи складатиме 30 хв, то його слід скоротити на 40%, якщо 2 години, слід скоротити на 30%, 4 години, - на 20%, якщо у розрахунку вийшло 8 годин, - час автономної роботи слід зменшити на 10%;

- акумулятори AGM не рекомендується розряджати понад 70%. Для експлуатації АКБ у дбайливому режимі часто використовують захист від повного розряду, який передбачений у багатьох ДБЖ та інверторах, у цьому випадку, батарея зможе розряджатися лише до встановленого рівня;

- у процесі експлуатації, згодом, ємність акумуляторної батареї як AGM, так і GEL, потроху знижуватиметься. На величину та швидкість зниження впливають інтенсивність експлуатації, глибокі розряди батареї та тривалість знаходження у розрядженому стані, правильність зарядки, температурний режим експлуатації та зберігання АКБ.

Напруга АКБ

     Найбільш поширеною та розповсюдженою напругою для акумуляторної батареї, є 12 Вольт. Також зустрічаються акумулятори напругою 4 В, 6 В та ін. Якщо у характеристиках, джерела безперебійного живлення, наприклад, зазначено напругу ланцюга постійного струму 24 Вольта, це означає, що для його роботи потрібні 2 акумуляторні батареї напругою 12 В, або 4 АКБ напругою 6 В, або 6 акумуляторів по 4 В. Якщо у характеристиках зазначено, наприклад, 36 Вольт, використовуються відповідно 3 АКБ по 12 Вольт тощо. Акумулятори при цьому підключаються послідовно.

Яка акумуляторна батарея краща, AGM чи GEL?

     Акумулятор AGM зручний для роботи у буферному режимі, тобто коли батарея постійно знаходиться на підзарядці та глибокі розряди відбуваються відносно рідко. У буферному режимі акумуляторні батареї працюють, наприклад, у джерелах безперебійного живлення з подвійним перетворенням (on-line).

     Буферний режим для АКБ AGM краще циклічного з однієї причини, - відсутності частих глибоких розрядів. Однак, багато інверторів та безперебійників, мають захист від глибокого розряду батареї, коли встановлюється величина, нижче якої заряд опускатися не буде, - відбуватиметься відключення навантаження від АКБ. У таких умовах, акумулятор AGM може активно експлуатуватися і у циклічному режимі роботи - коли, при зникненні напруги у мережі, акумуляторна батарея розряджається, живлячи навантаження, а потім знову заряджається, при появі мережевої напруги. Також акумуляторна батарея AGM може використовуватися у циклічному режимі роботи і без захисту від глибокого розряду, якщо випадки, коли батарея повністю розряджається, трапляються відносно рідко.

     Гелевий акумулятор добре підходить для експлуатації у циклічному режимі, однак може використовуватися і у буферному. Він витриваліший за AGM при глибоких розрядах та довше прослужить при роботі у таких умовах, однак має меншу струмовіддачу при прийнятті навантаження та вибагливий до якості зарядки. При цьому використання захисту від глибокого розряду у циклічному режимі, при частих глибоких розрядах, якщо це дозволяє ємність, зробить режим роботи більш щадним та продовжить термін його служби.

     Тому, відповідь на питання, яка акумуляторна батарея краще, AGM чи GEL, залежить головним чином від умов, у яких вона буде працювати та від завдань що на неї покладаються.

     Окрім цього, важливу роль відіграє якість акумуляторної батареї, чи виготовлена ​​вона за технологією GEL, чи AGM. На ринку є тенденція до здешевлення акумуляторних батарей, деякі марки гелевих акумуляторів, наприклад, на практиці, при роботі з глибокими розрядами, зношуються швидше, ніж більш якісні моделі AGM.

Акумулятор для ДБЖ (безперебійника)

     У джерелі безперебійного живлення on-line, акумуляторна батарея буде працювати у буферному режимі, безперебійнику off-line або line-interactive, - у циклічному. В залежності від режиму роботи, інтенсивності використання що передбачається, відповідності особливостей акумулятора умовам експлуатації, а також його ціни, з ДБЖ може бути використана батарея як AGM, так і GEL.

     Крім типу акумулятора, при виборі батареї для безперебійника, важливо враховувати параметри струму заряду, на які він розрахований. Річ у тому, що якщо з джерелом безперебійного живлення використовувати акумулятор занадто великої ємності, струму заряду ДБЖ може не вистачити для нормальної зарядки батареї. Водночас, якщо ємність АКБ виявиться занадто маленькою, - високий струм заряду призведе до її передчасного виходу з ладу, а при критичних перевищеннях, деформації корпусу та руйнуванню батареї.

     Оптимальним для АКБ, вважається струм зарядки, чисельно дорівнюючий 1/10 його ємності. Так, наприклад, для акумуляторної батареї 75 Аг значення оптимального струму зарядки складатиме 75/10 =7,5 Ампер.

     Оптимальні струм й напруга зарядки, зазвичай вказуються на корпусі АКБ або в її технічній документації.

     Окрім того, для роботи безперебійника може знадобитися кілька акумуляторних батарей. Річ у тім, що джерело безперебійного живлення, залежно від потужності, може бути розраховано на напругу постійного струму не тільки 12 В, але і 24, 36, 72, 96, 192 В та вище. Це означає, що для його роботи використовується відповідна кількість акумуляторних батарей 12 Вольт, що підключаються, при цьому, послідовно. Також важливо щоб акумулятори були обов'язково однакової ємності.

     Якщо у Вас виникли питання при виборі акумуляторної батареї, досвідчені фахівці нашої компанії допоможуть знайти оптимальне рішення.