Принцип работы

Принцип работы СКА основан на окислительных свойствах четырехвалентного свинца и его переходе в более устойчивое двухвалентное состояние. СКА в простейшем случае можно рассмотреть как две решетчатые свинцовые пластины, ячейки которых заполняются тестообразной смесью окиси свинца с водой. Пластины погружаются в разбавленную серную кислоту плотностью 1,15-1,20 г.см3(22-28% H2SO4). Вследствие реакции

PbO + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O

Окись свинца превращается через некоторое время в сернокислый свинец. Если теперь попустить через эти пластины постоянный ток, то аккумулятор будет заряжаться, причем у электродов будут происходить следующие процессы:

ЗАРЯД

КАТОД PbSO 4 + 2е - = Pb + SO 4

АНОД PbSO 4 - 2 е - + H2O = PbO 2 + 4H + SO 4 -2

Таким образом, по мере пропускания тока на катоде образуется рыхлая масса металлического свинца, а на аноде - темно-бурая окись свинца. По окончанию зарядки аккумулятора начнется энергетичное разложение воды: у катода выделяется водород, у анода - кислород.

При соединении пластин проводником с платины покрытой свинцом, часть ионов двухвалентного свинца переходит в раствор, освобождающиеся при этом электроны по проводнику переходят к PbO 2 и восстанавливают четырехвалентный свинец в двухвалентный. В результате у той и другой пластины образуются ионы двухвалентного свинца, которые соединяются с находящимися в растворе ионами SO 4 в нерастворимый сернокислый свинец, и аккумулятор разряжается.

РАЗРЯД

ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДPb 0 - 2е - + SO 4 -2 = PbSO 4

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД PbSO 4 + 2е - + 4 H + SO 4 -2 = PbSO 4 + 2H 2 O

При разрядке аккумулятора концентрация серной кислоты уменьшается, так как расходуются сульфат - ионы и ионы водорода и образуется вода. Поэтому о степени разряженности аккумулятора можно судить по плотности кислоты.

Особенности свинцово-кислотных аккумуляторов.

Экономичнее СКА до сих пор ничего не изобретено. Широкое распространение они получили благодаря высокой надежности и низкой цене.

Первый СКА был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте, его конструкция представляла электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10% раствором серной кислоты. Первоначально у них была низкая емкость, и требовалось достаточно большое количество циклов заряда-разряда, чтобы увеличить емкость, для получения существенного результата требовалось до двух лет.

В 1880г. К. Фор предложил предложил технологию изготовления намазных электродов, путем нанесения на пластины окислов свинца. А в 1881 г. Э. Фолькмар предложил использовать в качестве электродов намазную решетку. В том же году Седлону был выдан патент на технологию изготовления решеток из сплавов свинца и сурьмы. Однако существовала проблема заряда батарей (для заряда применялисьпервичные элементы конструкции Бунзена - один ХИТ заряжал другой). Ситуация кардинально изменилась с появлением генераторов постоянного тока.

К 1890 г был освоен серийный выпуск СКА, а в 1900г. Varta выпустила первый стартерный аккумулятор.

В настоящее время активно производятся и используются аккумуляторы трех поколений

Батареи первого поколения - батареи с жидким электролитом открытого или закрытого типа, имеющие емкость от 36 Ач до 5328 Ач и срок службы от 10 до 20 лет. Батареи открытого типа непосредственно соприкасается с открытым воздухом, и основные затраты связанны с обслуживанием (доливка дисцилиронанной воды) и расходы на содержание хорошо вентилируемых помещений. Батареи закрытого типа имеют специальные пробки, обеспечивающие задержку аэрозоли серной кислоты. Батареи закрытого типа могут быть необслуживаемые, т.е.они поставляются залитыми и заряженными, и в течение всего срока службы нет необходимости доливки воды (конструкция пробок обеспечивает удержание паров воды в виде конденсата).

Батареи второго поколения - герметизированные гелевые батареи (GEL). В них используется гелеобразный электролит, представляющий собой желе, полученное в результате смешивания раствора серной кислоты с загустителем (обычно двуокись кремния SiO 2 - селикагель). Благодаря своей вязкости он хорошо удерживается в порах и способствует эффективному использованию активных веществ электродов. Транспорт кислорода обеспечивается по трещинам, которые возникают при усадке твердеющего электролита. Гелевые батареи в течение всего срока эксплуатации не нуждаются в обслуживании, их нельзя вскрывать. Для их подзаряда необходимо использовать ЗУ, обеспечивающие стабильность напряжения заряда не хуже 1% для предотвращения обильного газовыделения. Такие аккумуляторы критичны к температуре окружающей среды.

Батареи третьего поколения - геметизированные батареи с абсорбированным сепараторами электролита (AGM - absorbed in glass mat).. Такой сепаратор из стекловалокна, представляет собой пористую систему, в которой капиллярные силы удерживают электролит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались свободными для свободной циркуляции выделяющихся газов. Благодаря тонкой структуре волокон обеспечивается высокая скорость переноса кислорода. Использование стекловолокнистого сепаратора и плотная сборка блока электродов способствует также уменьшению оплывания активной массы положительного электрода и разбуханию губчатого свинца на отрицательном электроде. Газообразование в них существенно меньше, чем в гелевых, меньше оказывает влияние на работу температура окружающей среды. Хотя требования к ЗУ такие же, как и для гелевых.

Для обозначения типа аккумуляторной батареи указывают ее маркировку, которая определяется конструкцией положительных пластин

В СКА электролитом является раствор серной кислоты, активным веществом положительных пластин - оксид свинца, отрицательных - свинец. В гелевых аккумуляторах жидкий электролит заменили гелеобразным абсорбированным сепараторами электролит, батареи герметизировали, а для отвода газа, выделяющегося при заряде или разряде, установили безопасные клапаны. Были разработаны новые конструкции пластин на основе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, на основе титановых, алюминиевых и медных решеток.

При изготовлении СКА применяют химические добавки. Например к свинцу добавляют сурьму (доля в сплаве 1-10%), которая обеспечивает более прочный электрический контакта активного материала с решеткой, предотвращает его осыпание, что позволяет увеличить срок службы батарей. Также используются свинцово-кальциевые сплавы, позволяющие сделать пластины более легкими и прочными при сохранении высоких электрических и механических характеристик.

Следует обратить внимание, что увеличить емкость свинцовой батареи можно сравнительно легко, например, добавив в батарею никель, при этом понизится также и себестоимость, но при этом ухудшится и безопасность.

Корпус для батареи изготавливают призматической формы из пластмассы. Хотя существуют батареи цилиндрической формы. Они обеспечивают более высокую стабильность в работе, больший ток разряда, лучшую температурную стабильность.

Основные проблемы при создании герметичного варианта СКА связаны с необходимостью обеспечения условий для уменьшения газовыделения и содействия рекомбинации выделяющегося газа.

Для этого предпринят ряд мер:

1. Использование иммобилизированного (обезвоженного) электролита, который сохраняет высокую электропроводность серной кислоты. Малое его количество позволяет обеспечить лучший транспорт кислорода от положительного электрода к отрицательному и высокий уровень его рекомбинации.

2. Для уменьшения вероятности выделения водорода свинцово-сурьмяные сплавы токоведущих решеток заменяют другими (сплав свинца и кальция до0,1 % Ca , иногда легированного алюминием, сплавы свинца с оловом 0,5-2,5 % Sn ), обеспечивающими более высокое перенапряжение выделения водорода.

3. В отрицательный электрод закладывается емкость больше, чам в положительный. В этом случае при полном заряде положительного электрода оставшаяся недозаряженной часть активной массы отрицательного электрода практически исключает возможность разряда ионов водорода. Кислород, выделяющийся на диоксиде свинца, достигает отрицательного электрода и окисляет губчатый свинец до оксида свинца, который в кислотном электролите переходит в сульфат свинца PbSO 4 и воду. Т.о. газы не выделяются и вода не теряется.

И все же варианты безуходного СКА снабжены аварийным клапаном. При нарушении режимов заряда, при повышенном токе, в батарее происходит активное газообразование (главным образом водорода). Когда давление газов достигнет величины 7,1 … 43,6 кПа откроется предохранительный клапан для обеспечения вентиляции батареи, и благодаря этому устраняется опасность ее взрыва. Поэтому аккумуляторы называются не герметичными, а герметизированными. Другая роль клапана - предотвращение попадания внутрь корпуса атмосферного кислорода во избежание его реакции с активным материалов негативных пластин.

Напряжение на элементе СКА - 2,2 В

Среди всех типов аккумуляторов СКА отличаются наименьшей энергетической плотностью. Это делает нецелесообразно их использование в переносных устройствах. Современные герметизированные СКА обладают следующими удельными характеристиками - 40 Втч/ч и 100 Втч/дм3. Они работают в буферном режиме до 10 лет, при циклировании они обеспечивают несколько сотен циклов до безвозвратной потери 20% емкости.

Их продолжительный заряд не станет причиной выхода из строя батареи.

Способность сохранять заряд у этих батарей наилучшая из всех типов аккумуляторных батарей (саморазряд - 40% в год). Они недороги, но эксплуатационные расходы на них выше, чем на те же НКА.

Время заряда СКА составляет 8…16 часов

Номинальной емкостью СКА считается емкость, полученная при разряде в течение 20 часов, т. е. током 0,05С.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры ресурс СКА может составлять от 1года до 20 лет. В значительной степени срок службы определяется конструкцией элементов батареи.

Главная опасность эксплуатации батареи с неоднородными аккумуляторами определяется тем, что при циклировании с большим количеством аккумуляторов отклонения электрических характеристик одного из них от стандартных незаметны. Но аккумулятор с повышенным сопротивлением будет разогреваться значительно больше остальных, что ведет к повышенным потерям воды и быстрой деградации всей батареи.

Преимущества СКА :

Дешевизна и простота производства - по стоимости 1 Вт ч энергии эта батарея является самой дешевой;

Отработанная, надежная и хорошо понятная технология обслуживания;

Малый саморазряд;

Низкие требования по обслуживанию (отсутствие «эффекта памяти»);

Допустимы высокие токи разряда.

Недостатки СКА :

Не допускается хранение в разряженном состоянии;

Низкая энергетическая плотность;

Допустимо лишь ограниченное количество циклов заряда/разряда;

Кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие на окружающую среду;

Новые разработки в области изготовления аккумуляторов, после проведения необходимых испытаний, сразу же внедряются в производство. Это связано с тем, что АКБ является расходной деталью автомобиля. Внутренние элементы батареи работают в условиях агрессивной среды, при этом, на тонкие пластины и сепараторы оказывают разрушительное воздействие вибрация и большой разброс рабочих температур.

Содрежание

Что такое VRLA аккумуляторы

В прошлом, постоянное испарение воды приводило к оголению металлических частей электродов и ещё более интенсивному разрушению свинцовых элементов. Чтобы уменьшить негативное влияние разрушительных факторов современные батареи делают , то есть открыть крышку и добавить дистиллированную воду в таких изделиях уже не получится. Наиболее передовой, в этом плане, является технология AGM VRLA.

Технология VRLA расшифровывается, как Valve Regulated Lead Acid, что в переводе означает кислотный аккумулятор со специальным регулировочным клапаном. Выпускаются такие батареи в полностью закрытом корпусе, но благодаря наличию предохранительной системе при возникновении большого внутреннего давления, разрушение аккумулятора не происходит.

Несмотря на наличие связи с атмосферой через клапанное отверстие, обслуживать такую батарею не требуется, ведь испарение жидкости происходит в исключительных случаях. Например, при ежедневной эксплуатации такой запорный механизм остаётся закрытым, но если забыть включённым зарядное устройство на длительный промежуток времени, то совсем незначительная часть воды из электролита может быть выйти через автоматически открывшееся отверстие.

Особенности технологии

Батареи с предохранительным клапаном могут быть изготовлены по различным технологиям.

AGM VRLA Battery

VRLA AGM представляют собой герметичные батареи с клапаном, пластины которых изготовлены по . Такие изделия обладают большим сроком годности благодаря абсорбирующему стекловолоконному слою, который впитывает в себя весь электролит и одновременно поддерживает свинцовые пластины, предохраняя их от осыпания.

VRLA GEL

Это , то есть внутри банки вместо жидкого раствора серной кислоты, находится желеобразное вещество, которое выполняет функцию электролита. VRLA Battery изготовленные по гелевой технологии также оснащаются клапаном.

Благодаря тому, что гель оказывает меньшее разрушительное воздействие на пластины, а при возникновении избыточного давления в таком аккумуляторе происходит открытие предохранительного устройства, срок эксплуатации изделия может достигать 10 лет.

Учитывая наличие таких важнейших качеств, как высокая надёжность, устойчивость к глубокому разряду и большой срок годности VRLA-аккумуляторы получили распространение во многих сферах хозяйственной деятельности, где требуется надёжный химический источник электроэнергии.

Где применяются VRLA АКБ

Самое широкое применение эта технология производства аккумуляторных батарей получила в машиностроении. Наличие клапана, который открывается только в момент возникновения избыточного давления, позволило отказаться от устаревшего типа корпуса, представляющий собой конструкцию, оснащённую ввинчиваемыми пробками. Отсутствие возможности со стороны водителя открыть доступ к банкам значительно повысило срок годности изделия.

VRLA-аккумуляторы устойчивы к глубоким разрядам, поэтому могут быть использованы не только в качестве стартерных батарей, но и для оснащения устройств бесперебойного питания. По этой же причине такие модели батарей применяются в качестве основного энергоаккумулятора для лодок, оснащённых электродвигателем, машин для гольфа и инвалидных колясок.

Как заряжать VRLA батареи

Зарядка VRLA-аккумулятора зависит от того, по какой технологии была изготовлена батарея. Если изделие этого типа имеет электролит в виде геля, то, несмотря на наличие предохранительного клапана, необходимо следить за тем, чтобы газообразование внутри изделия не стало образовываться слишком активно.

В случае, когда восстановление ёмкости такого аккумулятора осуществляется с подачей напряжения более 15 Вольт, произойдёт не только уменьшение объёма электролита, но и отделение желеобразной массы от пластин, что приведёт к неминуемому уменьшению ёмкости батареи и ее смерти. Чтобы уменьшить вероятность выхода из строя этого типа аккумуляторов при зарядке, рекомендуется использовать специальные ЗУ, которые подают электрический ток на клеммы в автоматическом режиме, подстраивая величину силы тока и напряжения в зависимости от заряженности АКБ и её температуры.

VRLA-аккумуляторы, сделанные по технологии AGM более устойчивы к погрешностям при зарядке, но чтобы максимально продлить срок службы такой батареи не рекомендуется превышать следующие показатели:

• Напряжение заряда - 14,8 В.
• Зарядный ток – 10% от ёмкости батареи.

При восстановлении работоспособности аккумуляторной батареи таким образом, продолжительность подключения к зарядному устройству должна составить около 10 часов.

Как и при зарядке гелевых изделий AGM-аккумуляторы, оснащённые предохранительным клапаном, можно восстанавливать с помощью автоматических ЗУ. Такие устройства потребуют минимального контроля со стороны человека.

У Вас был или есть Аккумулятор VRLA ? Тогда расскажите в комментариях о своих впечатлениях о нем, это очень поможет остальным автолюбителям и сделает материал более полным и точным.

Batteries caption=A valve regulated lead acid battery EtoW=30 40 Wh/kg EtoS=60 75 Wh/L PtoW=180 W/kg|CtoDE=70% 92% EtoCP=7(sld) 18(fld) Wh/US$ SDR=3% 20%/month… … Wikipedia

Battery (electricity) - For other uses, see Battery (disambiguation). Various cells and batteries (top left to bottom right): two AA, one D, one handheld ham radio battery, two 9 volt (PP3), two AAA, one C, one … Wikipedia

battery - /bat euh ree/, n., pl. batteries. 1. Elect. a. Also called galvanic battery, voltaic battery. a combination of two or more cells electrically connected to work together to produce electric energy. b. cell (def. 7a). 2. any large group or series… … Universalium

Battery - /bat euh ree/, n. The, a park at the S end of Manhattan, in New York City. Also called Battery Park. * * * Any of a class of devices, consisting of a group of electrochemical cells (see electrochemistry), that convert chemical energy into… … Universalium

Battery recycling - is a recycling activity that aims to reduce the number of batteries being disposed as municipal solid waste. It is widely promoted by environmentalists concerned about contamination, particularly of land and water, by the addition of heavy metals … Wikipedia

VRLA battery - A valve regulated (sealed) lead–acid battery A VRLA battery (valve regulated lead–acid battery) is a type of low maintenance lead–acid rechargeable battery. Because of their construction, VRLA batteries do not require regular addition of water to … Wikipedia

Nickel–cadmium battery - From top to bottom – Gumstick , AA, and AAA Ni–Cd batteries. specific energy 40–60 W·h/kg energy density 50–150 W·h/L specific power 150& … Wikipedia

Nickel-cadmium battery - Batteries caption=From top to bottom Gumstick , AA, and AAA NiCd batteries. EtoW = 40–60 Wh/kg EtoS = 50–150 Wh/L PtoW = 150W/kg CtoDE= 70%–90% [ ] EtoCP= ? US$… … Wikipedia

Automotive battery - 12 V, 40 Ah Lead acid car battery An automotive battery is a type of rechargeable battery that supplies electric energy to an automobile. Usually this refers to an SLI battery (starting, lighting, ignition) to power the starter motor … Wikipedia

Nickel–metal hydride battery - NiMH redirects here. For other uses, see NIMH (disambiguation). Nickel–metal hydride battery Modern, high capacity NiMH rechargeable cells specific energy 60–120 W·h/kg … Wikipedia

History of the battery - could only function in a certain orientation. Many used glass jars to hold their components, which made them fragile. These practical flaws made them unsuitable for portable appliances. Near the end of the 19th century, the invention of dry cell… … Wikipedia

Здравствуйте. А теперь зарядное устройство для кислотных аккумуляторов. Предназначено оно для зарядки батарей для байков, мотоциклов и прочих свинцовых аккумуляторов небольшой емкости. А подойдет ли оно для подзарядки автомобильного аккумулятора. Посмотрим.
Чтобы не закипел аккумулятор напряжение автомобильных генераторов ограничено 14,1-14,2 В. а полностью заряженный аккумулятор считается когда на клеммах 14,4-14,5 В. То есть в автомобиле аккумулятор постоянно остается недозаряженным. Поэтому рекомендуется, особенно зимой, периодически дозаряжать аккумулятор зарядным устройством. Вот с этой целью и куплен сабж.

Как видите по размерам зарядник не намного отличается от зарядок для телефонов
Характеристики
Input voltage: 100V - 240V AC 50/60HZ
Output voltage: 14.2-14.8V
Output current: 1300mA
Automatic charging without over charging
Short Circuit Protection
Over Current Protection
Battery Polarity Reversal
Multi Colored LED display for status indication
Red Led on when charging
Green Led on when fully charged
For Indoor and 12V only
Plug type: US Plug
Suit for 12V car and Motorcycle battery

Charging Time:
12V 5-7 Ah battery, charging time is more than 6 hours
12V 9Ah battery, charging time is more than 10 hours
12V 15-25Ah battery, charging time is more than 13-25 hours
Note: for the first use, please connect an battery to active it to get the voltage output,
or else there will be no output

Specifications:
Color:Black
Demension:Approx.7.5 x 5 x 3 cm
Net weight:115 g
Package weight:135 g143
Для начала внутренности.




Выходной электролит 470 мФ 16 В - небольшой запас. Надписи на транзисторах замазаны лаком - секрет фирмы.


Вроде на деталях не сэкономлено. Свободных дырочек нет.


Пользоваться прибором просто. Подключаешь к аккумулятору, светодиод загорается красным и отключаешь когда диод становится зеленым, то есть зарядка завершена. Время зарядки приблизительно равно емкости аккумулятора. 10 Ач - 10 часов, 25 Ач - 25 часов.
Ну а теперь перейду к испытаниям с автомобильным аккумулятором, правда далеко не новым.

Напряжение на контактах зарядки в холостом режиме 15,6 в
Напряжение на клеммах аккумулятора перед зарядкой 12,4 в, при подключении устройства пошел ток 1 А.
Где то через 12 часов.


Но светодиод все еще горит красным. Продолжаем зарядку. Но показания оставались без изменений несколько часов.Тут до меня дошло и я убрал из цепи амперметр- контакты недостаточно хороши и на них терялась энергия.


И действительно напряжение после этого достигло 14,49 вольта и на этом застыло. Еще подождал несколько часов, без изменений. То есть ток зарядки сравнялся с током саморазрядки аккумулятора (на этот момент 220 мА).
Нагрев корпуса прибора все время составлял около 45 градусов, радиатора транзистора и трансформатора 65 градусов.

Только на фотографии увидел, что полюса перепутаны, значит функция Battery Polarity Reversal работает.


Попытался зарядить убитый аккумулятор от лед лампы. напряжение на контактах 0,76 вольт, совершенно забыв, что здесь только 2 банки и напряжение 4 вольта. Тем не менее сабж попытался зарядить и ее, снижая напряжение, но сила тока оставалась большой, около 900 мА, батарейка нагрелась и рисковать дальше я не стал.

Учитывая силу тока это зарядное устройство не подходит для нормальной зарядки автомобильных аккумуляторов (можно конечно зарядить, но это будет очень долго - суток трое). Но с текущей подзарядкой вполне справляется. Мне кажется его можно смело оставлять подсоединенным к аккумулятору на несколько суток, зарядка таким малым током вреда аккумулятору не принесет. Еще одно достоинство- сабж может заряжать в хлам разряженные аккумуляторы, которые обычное автоматическое зарядное устройство просто не увидит.