Аккумуляторные батареи

     Рассмотрим основные моменты, на которые следует обратить внимание, если возникла необходимость купить АКБ для источника бесперебойного питания или системы автономного электроснабжения.

     Итак, благодаря ряду преимуществ и удобству использования, широкое распространение на рынке получили свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, изготовленные по технологии AGM и GEL.

Как работает свинцово-кислотная аккумуляторная батарея?

     Свинцово-кислотная АКБ, - это источник электрической энергии, принцип действия которого основан на электрохимической реакции свинца и диоксида свинца в электролите (водном растворе серной кислоты).

     В корпусе свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, расположены решетчатые свинцовые пластины - электроды, погруженные в электролит. При этом, в решетках электродов катода (+) и анода (-), находится порошок свинца и диоксида свинца соответственно. Когда к батарее подключают нагрузку и она разряжается, серная кислота электролита, вступает в реакцию со свинцом и диоксидом свинца, образуя при этом воду и белую творогообразную массу - сульфат свинца. Во время же зарядки аккумуляторной батареи, процессы протекают в обратном направлении и восстанавливается состояние которое было до разрядки - появившаяся вода и сульфат свинца исчезают, образуя свинец, диоксид свинца и серную кислоту.

     Так работает аккумуляторная батарея, высвобождая электрическую энергию во время электрохимической реакции под нагрузкой и возвращаясь в исходное состояние под воздействием тока зарядки.

     Теоретически, циклы разрядки и зарядки батареи, могут повторяться почти бесконечно. На практике же, не весь сульфат свинца вступает в обратную химическую реакцию во время зарядки. Чаще всего это происходит потому, что образуются комки и кристаллы сульфата свинца, если батарея долго оставалась незаряженной, или же после глубокой разрядки. Этот процесс называется сульфатацией.

     Кроме того, когда ток зарядки завышен, или если батарея заряжена, но процесс зарядки продолжается, происходит так называемое кипение электролита , - вода в электролите начинает разлагаться на водород (на катоде - положительно заряженном электроде) и кислород (на аноде - отрицательно заряженном электроде). Газообразные кислород и водород при этом безвозвратно испаряются, объем электролита уменьшается, оголяя электроды, что приводит к осыпанию их активной массы и окислению. Плотность серной кислоты при этом увеличивается, уменьшая тем самым электрическую проводимость электролита.

     Чтобы минимизировать влияние этих факторов на емкость и срок службы аккумулятора, используются технологии AGM и GEL давайте рассмотрим их подробнее.

Аккумуляторная батарея AGM

     В аккумуляторной батарее AGM, пространство между электродами, заполнено сепаратором из стекловолокна, в порах которого, как в губке, находится электролит. При этом, водород и кислород, выделяющиеся в процессе эксплуатации, не испаряются, как в обычном аккумуляторе, а заполняют свободное пространство пор, затем снова преобразуясь в воду.

     Технология AGM позволяет добиться не только полной рекуперации газов внутри батареи, но и значительно улучшает обратимость химических процессов, препятствуя образованию кристаллов и плотных масс сульфата свинца при разрядке. Кроме того, в аккумуляторной батарее AGM, электроды никогда не оголяются, и как следствие, - отсутствует их окисление и осыпание активной массы, что значительно сокращает емкость и срок службы обычных свинцово кислотных аккумуляторов.

     Аккумуляторная батарея AGM, - необслуживаемая и может свободно использоваться в жилых помещениях. К ее основным преимуществам, можно отнести высокую токотдачу при при подключении нагрузки, непривередливость к качеству зарядки и меньшую цену чем у АКБ GEL.

     Основной ее недостаток заключается в том, что батарею AGM не рекомендуется разряжать более чем на 70%, - глубокие разряды будут снижать ее емкость и срок службы.

Аккумуляторная батарея GEL

     Аккумуляторная батарея GEL - это свинцово-кислотная АКБ, электролит которой сгущен специальными добавками до гелеобразного состояния. Заполняя внутреннее пространство между свинцовыми пластинами (электродами), гелеобразный электролит участвует в протекании электрохимических реакций так же эффективно как и жидкий, имея при этом важные преимущества. Также, как и пропитанный электролитом сепаратор из стекловолокна в батарее AGM, гелеобразный электролит не только обеспечивает полную рекуперации газов внутри АКБ, но и обволакивая электроды, делает невозможным осыпание их активной массы и окисление.

     Образующиеся при использования АКБ газы, сохраняются в гелеобразной массе электролита в виде пузырьков, а затем полностью исчезают в процессе обратных химических реакций. Поэтому, батарея GEL является герметизированной и необслуживаемой,  точно также как и батарея AGM. Однако, благодаря свойствам гелеобразного электролита, обратимость электрохимических процессов после глубокой разрядки, в гелевом аккумуляторе, происходит эффективнее, чем в АКБ изготовленной по технологии AGM.

     Главным преимуществом аккумуляторной батареи GEL, является ее способность выдерживать глубокие разряды. Сульфатация электродов, а следовательно, постепенное снижение емкости и срока службы аккумулятора, при этом, происходит медленнее чем в батарее AGM. Это делает гелевый аккумулятор более подходящим вариантом, для работы в режиме периодической полной разрядки.

     Если говорить о недостатках, то аккумуляторная батарея GEL чувствительна к качеству и правильности зарядки, способна на меньшую, чем батарея AGM, токоотдачу и имеет большую цену.

Емкость аккумулятора

     Емкость аккумуляторной батареи измеряется в Ампер-часах, от ее величины, зависит время работы подключаемой нагрузки, при питании от аккумулятора. Чем выше емкость АКБ и меньше нагрузка, тем, соответственно больше время автономной работы.

     Приблизительный расчет времени работы потребителей при питании от аккумулятора, можно получить, воспользовавшись формулой, - для этого, емкость АКБ в Ампер-часах, необходимо умножить на напряжение батареи в Вольтах и разделить на мощность подключаемой техники в Ваттах.

     Например, при использовнии аккумуляторной батареи 100 Ач, напряжением 12 В, для питания компьютера, мощностью 1000 Вт, расчет будет выглядеть следующим образом: 100Ач*12В/1000Вт=1,2 часа.

     Полученный результат умножаем на КПД инвертора или бесперебойника, которые преобразуют постоянный ток аккумулятора в переменный, для питания техники. Показатель КПД можно найти в технических характеристиках инвертора или ИБП, если же он не указан, обычно используют значение 0,85.

     Таким образом, полученные 1,2 часа умножаем на 0,85, в результате, приблизительное время автономной работы составит: 1,2*0,85=1 час.

     Рассмотрим другой пример, при использовании двух АКБ, емкостью 100 Ач, 12 В, для питания той же нагрузки, расчетное время автономной работы, составит: (100Ач+100Ач)*12В/1000Вт=2,4 часа. 2,4 часа*0,85=2 часа.

     На практике, время работы потребителей при питании от АКБ, будет меньшим, чем полученное в результате расчетов. Это обусловлено влиянием ряда факторов, которые не охватывает формула, но которые необходимо учесть, скорректировав полученный результат на влияние этих факторов. Рассмотрим главные из них:

- при разряде большими токами, аккумулятор не способен отдать все энергию заряда полностью, для учета этого фактора, используются разрядные характеристики АКБ. Для грубого же расчета, можно допустить, что, если, по вышеуказанной формуле, время автономной работы составит 30 мин, то его следует сократить на 40%, если 2 часа, следует сократить на 30%, 4 часа, - на 20%, если в расчете получилось 8 часов, - время автономной работы следует уменьшить на 10%;

- аккумуляторы AGM не рекомендуется разряжать более 70%. Для эксплуатации АКБ в щадящем режиме, часто используют защиту от полного разряда, которая предусмотрена во многих ИБП и инверторах, в таком случае, батарея сможет разряжаться только до установленного уровня;

- в процессе эксплуатации, со временем, емкость аккумуляторной батареи как AGM, так и GEL, будет понемногу снижаться. На величину и скорость снижения, оказывают влияние, интенсивность эксплуатации, глубокие разряды батареи и хранение в разряженном состоянии, правильность зарядки, температурный режим эксплуатации и хранения АКБ;

Напряжение АКБ

     Наиболее распространенным и широко использующимся напряжением для аккумуляторной батареи, являются 12 Вольт. Также встречаются аккумуляторы напряжением 4 В, 6 В и др. Если в характеристиках, источника бесперебойного питания например, указано напряжение цепи постоянного тока 24 Вольта, это значит, что для его работы необходимы 2 аккумуляторные батареи напряжением 12 В, или 4 АКБ напряжением 6 В, или 6 аккумуляторов по 4 В. Если в характеристиках указано, например, 36 Вольт, используются соответственно 3 АКБ по 12 Вольт и т.д. Аккумуляторы при этом подключаются последовательно.

Какая аккумуляторная батарея лучше, AGM или GEL?

     Аккумулятор AGM удобен для работы в буферном режиме, - т.е. когда батарея постоянно находится на подзарядке и глубокие разряды происходят относительно редко. В буферном режиме, аккумуляторные батареи работают, например, в источниках бесперебойного питания с двойным преобразованием (on-line).

     Буферный режим для АКБ AGM предпочтительнее циклического по одной причине, - отсутствии частых глубоких разрядов. Однако, многие инверторы и ИБП, имеют защиту от глубокого разряда батареи, когда устанавливается величина, ниже которой заряд опускаться не будет, - произойдет отключение нагрузки от АКБ. В таких условиях, аккумулятор AGM может активно эксплуатироваться и в циклическом режиме работы, - когда, при пропадании напряжения сети, аккумуляторная батарея разряжается, питая нагрузку, а затем, снова заряжается, при появлении сетевого напряжения. Также, аккумуляторная батарея AGM, может использоваться в циклическом режиме работы и без защиты от глубокого разряда, если ситуации, когда батарея полностью разряжается, случаются относительно редко.

     Гелевый аккумулятор, хорошо подходит для эксплуатации в циклическом режиме, однако может использоваться и в буферном. Он выносливее AGM при глубоких разрядах и дольше прослужит при работе в таких условиях, однако имеет меньшую токоотдачу при принятии нагрузки и прихотлив к качеству зарядки. При этом, использование защиты от глубокого разряда в циклическом режиме, при частых глубоких разрядах, если это позволяет емкость, сделает режим работы более щадящим и продлит срок его службы.

     Поэтому, ответ на вопрос, какая аккумуляторная батарея лучше, AGM или GEL, зависит главным образом от условий в которых она будет работать и от задач которые на нее возлагаются.

     Кроме этого, важную роль играет качество аккумуляторной батареи, изготовлена ли она по технологии GEL или AGM. На рынке имеется тенденция к удешевлению аккумуляторных батарей, некоторые марки гелевых аккумуляторов, например, на практике, при работе с глубокими разрядами, изнашиваются быстрее, чем  более качественные модели AGM.

Аккумулятор для ИБП (бесперебойника)

     В источнике бесперебойного питания on-line, аккумуляторная батарея будет работать в буферном режиме, в бесперебойнике off-line или line-interactive, - в циклическом. В зависимости от режима работы, предполагаемой интенсивности использования, соответствия особенностей аккумулятора условиям эксплуатации, а также его цены, с ИБП может быть использована батарея как AGM, так и GEL.

     Кроме типа аккумулятора, при выборе батареи для бесперебойника, важно учитывать параметры тока заряда, на которые он рассчитан. Дело в том, что если с источником бесперебойного питания, использовать аккумулятор слишком большой емкости, тока заряда ИБП может не хватить для нормальной зарядки батареи. В то же время, если емкость АКБ окажется слишком маленькой, - высокий ток заряда приведет к ее преждевременному выходу из строя, а при критических превышениях, к деформации корпуса и разрушению батареи.

     Оптимальным для АКБ, считается ток зарядки, численно равный 1/10 его емкости. Так, например, для аккумуляторной батареи 75 Ач, значение оптимального тока зарядки составит 75/10 =7,5 Ампер.

     Оптимальные ток и напряжение зарядки, обычно указываются на корпусе АКБ или в ее технической документации.

     Кроме того, для работы бесперебойника, может понадобиться несколько аккумуляторных батарей. Дело в том, что источник бесперебойного питания, в зависимости от мощности, может быть рассчитан на напряжение постоянного тока не только 12 В, но и 24, 36, 72, 96, 192 В и выше. Это значит, что для его работы используется соответствующее количество аккумуляторных батарей 12 Вольт, подключаемых, при этом, последовательно. Также, важно чтобы аккумуляторы были обязательно одинаковой емкости.

     Если у Вас возникли вопросы при выборе аккумуляторной батареи, опытные специалисты нашей компании, помогут найти оптимальное решение.