Основные области применения стартерных, стационарных и тяговых аккумуляторных батарей

23.11.2017

Кислотные свинцовые аккумуляторы по праву занимают лидирующие позиции в области хранения энергии. Они дешевы, долговечны, выносливы, позволяют получать большие токи в течение достаточно длительного времени, могут работать в широком температурном диапазоне. Независимо от назначения и количества накапливаемой энергии, химические процессы в них идентичны. На «выносливость» аккумулятора, его способность переносить циклические нагрузки, генерировать большие токи и выдерживать глубокие разряды основное влияние имеют конструктивные особенности. Ранее мы уже рассматривали классификацию аккумуляторов по состоянию электролита (жидкий, EFB, AGM, Gel) и характеру обслуживания (обслуживаемые, малообслуживаемые, герметизированные, необслуживаемые герметичные). Однако зачастую именно конструкция электродных пластин определяет срок службы аккумулятора. При этом конструктив положительного и отрицательного электрода в аккумуляторах часто различны.

Исторически первой конструкцией электродов были простые свинцовые пластины. На поверхности свинца в результате его контакта с воздухом всегда присутствует пленка оксида свинца PbO, которая при пропускании тока либо разлагается с образованием чистого свинца (на отрицательном электроде), либо окисляется дальше до диоксида свинца PbO2 (на отрицательном электроде). Такие процессы протекают в процессе формования активных слоев на электродных пластинах. Если аккумулятор начать разряжать, то в результате протекания тока и свинец, и диоксид свинца превращаются в сульфат PbSO4, который имеет низкую электропроводность, поэтому по мере увеличения толщины его слоя напряжение на электродах падает. Другим лимитирующим фактором разряда является отслоение сульфата свинца из-за того, что его молекулы намного больше, чем молекулы исходных веществ. При последующих процессах зарядки не весь сульфат может быть снова переведен в диоксид свинца, и тем более металлический свинец, поэтому такой тип электродов имел малую емкость и срок службы. В данный момент иногда используют положительные электроды в виде пластин с развитой поверхностью, на которых окислением при пропускании тока формируется слой диоксида свинца. При осыпании верхнего активного слоя активный слой формируется на обновленной поверхности в процессе зарядки аккумулятора, а большая толщина исходного электрода гарантирует большой срок эксплуатации. Такой тип электродов получил название поверхностных.

Увеличить емкость можно было нанося на поверхность свинцовой пластины пасту, состоящую из оксидов свинца (свинцового сурика) и сульфата свинца. Такая паста в процессе формовки образовывала высокопористый слой из активных веществ, пропитанный серной кислотой. Для улучшения токоподвода и удержания пасты на поверхности электродов их начали делать в виде плоских либо объемных решеток (плоские намазные электроды) или в виде пластины из соединенных стержней (стержневые намазные электроды). Это позволило более эффективно использовать активные вещества, однако не предохраняет электроды от осыпания активной массы при длительной работе и при вибрации аккумулятора. Последний фактор был устранен в конструкции электрода, которая представляла собой ряд стержней, соединенных общим токоподводом, на которые надевают трубчатую обойму из полимерного материала. Обойму заполняют пастой активного вещества. Такой тип электродов называется панцирным.

Конструкция электродов и их взаимное расположение влияют на такие параметры аккумулятора, как емкость и разрядный ток. Чем меньше расстояние между положительным и отрицательным электродами, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора и больше допустимый разрядный ток. Увеличение относительного содержания в электроде активных веществ повышает емкость аккумулятора, но уменьшает величину разрядного тока, которая, наоборот, повышается при использовании объемной свинцовой решетки. Использование поверхностных пластин позволяет обеспечить длительную эксплуатацию при периодических неглубоких разрядах. Намазные плоские электроды, за счет развитой системы токоподводов, позволяют генерировать очень большие токи, но их емкость при этом невелика, и при частом циклировании и глубоком разряде наблюдается осыпание активной массы. Намазные стержневые электроды благодаря большей площади прилегания активной массы к свинцовой монолитной основе выдерживают более глубокие разряды и позволяют большее количество циклов заряд/разряд. Конструкция панцирных электродов позволяет сочетать высокую вибростойкость, устойчивость к глубоким разрядам и высокую емкость, но величина разрядного тока при этом сравнительно мала.

Различают такие режимы эксплуатации аккумуляторов:

  1.  Буферный режим. Аккумулятор подключается только как резервный источник питания в случае необходимости, а в остальное время постоянно подзаряжается. Величина разрядного тока (в амперах) может достигать численного значения номинальной емкости (А·час), но не предполагается частый глубокий разряд.  
  2.  Циклический режим. Аккумуляторы работают в течение длительного времени с достижением глубокого разряда, а потом устанавливают на зарядку. Величина разрядного тока в 5…10 раз меньше численного значения номинальной емкости.
  3.  Смешанный режим. Задача аккумулятора – генерировать большой ток в течение небольшого времени, после чего проводится подзарядка аккумулятора. Такой процесс периодически повторяется, но с неглубоким разрядом (не более 30 % от емкости). Величина разрядного тока превышает численное значение емкости в 3…5 раз.

Соответственно, различают такие типы аккумуляторов по их назначению:

  1. Стационарные аккумуляторы. Изготавливают с поверхностными, стержневыми намазными или панцирными электродами. При этом хотя поверхностные электроды и имеют меньшую емкость, но обеспечивают наибольший срок эксплуатации (до 25 лет). Находят свое применение в таких сферах:
    • системы сигнализации;
    • медицинское оборудование;
    • источники бесперебойного питания;
    • системы автономного питания на базе солнечной или ветряной энергии;
    • системы автономного питания на электростанциях для сглаживания напряжения и предотвращения аварийных ситуаций.
  2. Тяговые аккумуляторы. Наиболее часто применяются для питания электротранспорта, и во избежание осыпания электродов в них применяются только панцирные электроды. Области использования:
    • грузовой электротранспорт (погрузчики, штабелёры, электровозы);
    • пассажирский электротранспорт (гольф-кары, электромобили);
    • системы автономного питания с циклическим режимом работы (телекоммуникационные станции, корабельные системы);
    • персональный и служебный транспорт специального назначения (инвалидные коляски, поломоечные машины и др.).
  3. Стартерные аккумуляторы. Как следует уже из названия, применяются для запуска двигателей внутреннего сгорания. Поскольку наиболее важным является именно величина пускового тока, в таких аккумуляторах применяют плоские намазные пластины близким расположением противоположных электродов. Кроме автомобилей, стартерные аккумуляторы иногда применяют для питания стационарных установок – как более дешевую замену тяговым или стационарным. Однако необходимо помнить, что их циклический ресурс невелик (до 500 циклов) и они не выносят глубоких разрядов (более 30 %).
ООО «СЛ-ЭНЕРГИЯ» © 2018