Аккумуляторные батареи: Термины и определения

Данный обзор технических терминов подготовлен с целью структуризации знаний и понимания информации о различных типах батарей. Здесь мы  приводим основные термины, которые чаще всего приводятся производителями ИБП и производителями аккумуляторные батареи для ИБП.

Аккумулятор (cell, secondary cell). Химический источник тока, состоящий из совокупности электродов с электролитом, в котором обратимость внутренних химических процессов допускает через заряд-разряд его многократное циклическое использование в качестве накопителя энергии для резервного электропитания различного оборудования (в источниках бесперебойного питания, телекоммуникационном оборудовании, отопительном оборудовании, для газовых котлов, автомобилях, электрокарах). См. также аккумуляторная батарея.

Аккумуляторная батарея (secondary battery) – группа однотипных (два или более) аккумуляторов соединенных между собой для использования в качестве источника электроэнергии.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея (lead-acid battery) – аккумуляторная батарея, где свинцовые электроды помещены в электролит из серной кислоты. Во время электрохимической реакции свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде возникает электроэнергия. Во время разряда диоксид свинца восстанавливается на аноде и окисляется на катоде. Во время заряда протекает обратная реакция, завершающаяся добавлением реакции электролиза воды. На положительном электроде – выделяется кислород, на отрицательном – водород. Впервые такой тип аккумуляторной батареи был применен французским физиком Гастоном Планте в 1859 г. В основном применяется в автомобильных батареях, резервных источниках электроэнергии.

Срок службы (service life) – время работы батареи при заданных параметрах.

Открытый аккумулятор (vented cell) – аккумуляторная батарея в крышке которой есть отверстие выхода газа. Может иметь вентиляционную систему.

Закрытый аккумулятор (valve-regulated sealed cell) – вариант герметичного аккумулятора, с закрытой крышкой, снабженного специальным устройством, обеспечивающим выход газа, в моменты, когда внутреннее давление значительно превышает заложенные показатели. Как правило а такие аккумуляторы невозможна дополнительная заливка электролита.

Емкость батареи (battery capacity) – оценивается количеством электричества или электрическим зарядом, которое в заданных условиях отдает батарея, заряженная на 100%. В международной системе единиц (СИ) единица электрического заряда – кулон (1 Кл = 1 Ас). На практике производители указывают емкость в ампер-часах (Ач).

Номинальная емкость (nominal capacity) – величина, выраженная в ампер-часах, указывается производителями аккумуляторных батарей для идентификации емкости аккумулятора, и соответствует приближенному количеству электричества.

Аккумуляторные батареи с повышенной энергоотдачей (серии HP и HFL) По сравнению со стандартными аккумуляторами серии MP и ML способны отдавать большее количество энергии в течение короткого времени, позволяют увеличить время автономии до 40%, рекомендованы для ИБП on-line и других типов с увеличением времени резервной работы.

Ампер-час (А•ч) – принятая в качестве измерения единица электрического заряда, традиционно используется производителями аккумуляторных батарей, для измерения емкости аккумуляторов. 1 Ампер-час рассчитан, как – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за час, с силой тока в 1 Ампер. Если необходимо перевести величину из Ач в единицу измерения заряда принятой международной системой единиц (СИ) – кулон, то переводим 1 час в секунды (1 ч = 3600 сек), так как 1Кл/с = 1А, получаем, что 1Ач = 3600Кл.

Зарядное устройство (сокращенно зу) – встроенное или внешнее устройство, используемое для зарядки аккумуляторных батарей, обычно от сети 220 В. Стандартный вариант включает: выпрямитель, преобразователь напряжения (импульсный блок питания, трансформатор), стабилизатор напряжения, амперметр, также может комплектоваться устройством для контроля силы тока, светодиодными индикаторами. Характеристики зарядного устройства зависят от типа подключаемого аккумулятора, рабочего напряжения, а также номинальной емкости.

Форсированный заряд (boost charge) – ускоренный неполный заряд аккумулятора в течении небольшого отрезка времени.

Float charging (можно перевести как: “плавающая” зарядка или “холостая зарядка”). Вариант зарядки герметичных свинцово-кислотных батарей (sealed lead acid batteries) где зарядное устройство поддерживает определенное напряжение “float voltage” или «напряжение холостого хода», в котором возникает «холостой ток» (“float current”), полностью компенсирующий собственный ток саморазрядки аккумулятора. Этот способ подзарядки используют, чтобы продлить срок службы герметичных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Чтобы со временем свинцово-кислотные герметичные аккумуляторы не теряли свои заводские характеристики, в результате процесса сульфатации, они должны периодически подзаряжаться на «холостом ходу». Применение «плавающей» подзарядки, позволяет максимально увеличить срок службы аккумуляторов.

Саморазряд (self-discharge) – потеря химической энергии, вследствие самопроизвольной реакции внутри аккумуляторной батареи, когда она не подсоединена к внешней цепи.

Глубокий разряд – разряд аккумулятора до напряжения ниже конечного напряжения разряда. Другими словами, разряд аккумуляторной батареи более чем на 80% от номинальной емкости (до напряжения 1,7 В на элемент, при плотности электролита не менее 1,13 г/см3). Такой разряд приводит к существенному сокращению срока службы и также может привести к полной невозможности заряда АКБ. Это связано с тем, что длительное отсутствие заряда как правило приводит к образованию в аккумуляторной батареи сульфата свинца (см. процесс сульфатации).

Сульфатация аккумуляторов – процесс образования кристаллов сернокислого свинца (сульфата) на поверхности пластин и стенках пор активной массы. Кристаллы могут с течением времени расти и образовывать сплошную корку, изолируя пластины и закупоривая поры активной массы положительных и отрицательных пластин, что препятствует проникновению электролита. При глубокой сульфатации аккумулятор становится неработоспособным, происходит значительная потеря ёмкости, затрудняется заряд аккумулятора, и он полностью выходит из строя. Определить наличие глубокой сульфатации можно по обильному газовыделению и повышенное напряжение аккумулятора в начале заряда. Работа аккумулятора в неправильном режиме, а также неудовлетворительное обслуживание (повышенная температура, длительное хранение в разряженном состоянии, пониженное разрядное напряжение, большие разрядные токи) приводят к процессу сульфатации и сокращению сроку службы аккумуляторной батареи.

Battery – чаще всего в технической документации встречаются следующие варианты: аккумуляторная батарея, аккумуляторы, батарея аккумуляторов, АКБ.

Перезаряжаемое химическим способом устройство, аккумулирующее энергию, для использования с UPS (UPS – сокращенно ИБП – источник бесперебойного питания). Чаще всего с ИБП используются герметичные аккумуляторы мощностью до 20 кВА. В таких аккумуляторных батареях используется суспензионный тип электролита (“sealed, suspended electrolyte lead-calcium” type), то есть электролит, подобно войлоку, суспензирован в структуру, что позволяет производителю делать их негигроскопичными (работает в любом положении) и непротекаемыми. ИБП с подключенной аккумуляторной ИБП батареей преобразует постоянное напряжение аккумулятора в переменный ток, используемый нагрузкой, подключенного оборудования (компьютеры, серверы, телекоммуникационное оборудование, отопительное оборудование, газовые котлы, системы альтернативной энергетики).

Battery management– термин, впервые введенный компанией APC в 1989 году для обозначения набора функций. Включает в себя: диагностику аккумуляторных батарей, индикацию приближающегося разряда аккумулятора, тестирование аккумуляторов по заданному расписанию, регулирование выходной мощности для экономии энергии аккумулятора, а также другие параметры. Активно используется различными производителями ибп для более четкой настройки работы аккумуляторной батареи с ибп.

VRLA – необслуживаемая герметичная аккумуляторная батарея, также часто называемая VRLA батарея, получила название от технологии VRLA (Valve Regulated Lead Acid -“клапанно-регулируемая свинцово-кислотная») или SLA (Sealed Lead Acid “герметизированная свинцово-кислотная»). Также могут встречаться названия: VRLA аккумулятор, SLA аккумулятор, герметичная свинцово-кислотная батарея, герметичный свинцово-кислотный аккумулятор и др. Этот тип аккумуляторных батарей не требует долива воды в течении всего срока службы, также характеризуется отсутствием выделения газов и утечкой электролита.

AGM технология – (Absorbent Glass Mat – варианты перевода – абсорбирующее или поглощающее стекловолокно) кислота в качестве электролита. Пространство между электродами заполнено микропористым сепаратором из стекловолокна, что позволяет полностью впитывать и удерживать всю кислоту. Внутри аккумулятора, происходит реакция, в ходе которой образуются газы (водород плюс кислород), которые заполняют поры, не давая газу улетучиться. При подзарядке батареи этот газ возвращается обратно в жидкий электролит. Данный процесс получил название рекомбинации газов в AGM необслуживаемых герметичных аккумуляторах.

Преимуществом AGM аккумуляторов перед GEL аккумуляторами (GEL технология), является более низкое внутреннее сопротивление аккумулятора, что главным образом влияет на время заряда АКБ, как правило ограниченное в автономных системах. Таким образом, АКБ AGM быстрее заряжается, а значит быстрее выходит из режима глубокого разряда. Если система автономная, то при использовании АКБ AGM ее КПД значительно будет выше, чем у аналога с АКБ GEL, т.к. для заряда АКБ GEL требуется больше времени и мощности.

AGM аккумуляторы эксплуатируются без дополнительного технического обслуживания. Недорогие AGM аккумуляторы отлично работают в буферном режиме при глубине разряда не больше 20%. Данный режим гарантирует 10 – 15 лет службы батарей, при достаточной выгоде в цене, по отношению к гелевым аккумуляторам (GEL).

AGM батареи наиболее востребованы на рынке аккумуляторов для источников бесперебойного питания (UPS) и в различных энергосистемах.

В отличие от обычных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, AGM аккумуляторы для ИБП могут работать в режиме глубокого разряда. Это значит, что аккумулятор может отдавать электроэнергию длительное время при запасе энергии в 20 – 30% от первоначального значения. Это позволяет практически полностью восстановить рабочую емкость аккумулятора, после его зарядки.

AGM аккумуляторы выдерживают более 600 циклов глубокой разрядки. Очень малый ток саморазряда AGM аккумуляторов позволяет им храниться долгое время без подключения.

Использование при производстве батарей более дорогих материалов: особо чистый свинец при изготовлении электродов, плюс сами электроды имеют большую толщину, в состав электролита обязательно добавляется серная кислота с высокой степенью очистки – гарантируют заявленные высокие показатели работы батареи.

GEL технология – ( Gel Electrolyte) гелевые аккумуляторы GEL жидкий электролит с добавлением SiO2 (диоксид кремния) по консистенции похожий на желе, который используется в качестве заполнителя между электродами в аккумуляторных батареях. В ходе химической реакции внутри батареи в электролите образуются молекулы водорода и кислорода и происходит рекомбинация газов.

За счет того, что в процессе работы не выделяется водород, герметичные гелевые аккумуляторы обладают высоким внутренним сопротивлением, и не боятся глубокого разряда, что делает их более дорогими, в сравнении с AGM аккумуляторными батареями.

Этот параметр не является ключевым при выборе батареи для ибп, так как автоматика источника бесперебойного питания не допускает глубокого разряда подключенных аккумуляторов. Поэтому сфера использования гелевых аккумуляторов это – погрузчики, электрокары ит.д.