Опорный конспект по теме: Аккумуляторные батареи (АКБ)
План
1. Аккумуляторные батареи и принцип их действия.
2. Устройство герметичных свинцово-кислотных АКБ.
3. Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.
4. Рекомендации по эксплуатационному обслуживанию и определению остаточной емкости аккумуляторных батарей.
1. Аккумулятор (от лат. accumulator – собиратель) – устройство для накопления энергии с целью её последующего использования. Электрическими аккумуляторами называют устройства, у которых химическая энергия веществ посредством протекающих пространственно разделенных окислительно-восстановительных процессов превращается в электрическую энергию постоянного тока.
Принцип образования ЭДС в аккумуляторах основан на возникновении разности потенциалов между двумя разнородными электродами, помещенными в электролит. При замыкании внешней цепи под действием ЭДС в ней протекает ток разряда электронной проводимости. Внутри аккумулятора протекает ток ионной проводимости и создается внутреннее падение напряжения, а к внешней цепи прикладывается напряжение источника тока.
По мере разряда аккумулятора, его химическая энергия расходуется, напряжение уменьшается, что приводит к уменьшению тока во всей цепи.
В результате разряда активные вещества обоих электродов превращаются в новые, не активные вещества, обладающие различной способностью к восстановлению их активности при заряде от постоянного тока.
Вещества, образовавшиеся в результате разряда аккумуляторов, легко поддаются восстановлению при пропускании через них постоянного тока в обратном направлении (зарядного тока). Поэтому, активные массы аккумуляторов могут использоваться многократно, в отличие от гальванических элементов, которые не допускают протекания разрядных и зарядных химических реакций.
Аккумуляторы собираются в батареи, соединяясь между собой последовательно и параллельно, и реже смешанно.
По типу электролита аккумуляторы делятся на:
- щелочные;
- кислотные.
Для обеспечения основного и резервного питания технических средств охраны в основном используются кислотные аккумуляторные батареи, в частности герметичные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи.
Они имеют ряд отличий от других типов аккумуляторов:
Необслуживаемость - батареи герметизированы и полностью готовы к работе. Доливка воды не требуется. Нет эффекта памяти - некоторые аккумуляторы, например, никель-кадмиевые, уменьшают свою емкость при неполном цикле заряда-разряда. Свинцово-кислотные аккумуляторы свободны от такого недостатка.
Небольшой саморазряд - величина саморазряда составляет 2-3 % в месяц при комнатной температуре.
Большие токи нагрузки - поскольку внутреннее сопротивление батареи мало, она способна отдавать большие мощности в нагрузку.
Широкий диапазон рабочих температур - номинальная рабочая температура составляет 20°С, но возможна работа в диапазоне от -10 до + 50°С при 100 % заряде.
2. Устройство герметичных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и химические процессы, протекающие в них.
Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи состоят из:
- положительных пластин, представляющих собой плоские электроды с решеткой из сплава свинец-олово-кальций, на которых находится активная масса из пористой двуокиси свинца (PbO2);
- отрицательных пластин, представляющих собой плоские электроды с решеткой из сплава свинец-олово-кальций, на которых находится губчатый свинец (Pb) в качестве активного материала;
- электролита, состоящего из раствора серной кислоты, используемого как проводящая среда для ионов во время электрохимической реакции в батарее;
- сепараторов, которые удерживают электролит и предотвращают короткое замыкание между отрицательными и положительными пластинами, изготовлены из нетканного стекловолокна и являются химически устойчивыми к электролиту из раствора серной кислоты. Имея пористую структуру, сепараторы удерживают электролит для осуществления реакции активных материалов в пластинах;
- корпуса из пластика ABS, если другое исполнение не оговорено особо;
- клапана (одностороннего), изготовленного из неопрена, который предназначен для выпуска избыточного давления в батарее при выделении газа вследствие неправильного заряда, неправильной работы зарядного устройства или других нестандартных ситуаций, а также для поддержания давления газа на определенном уровне (от 0,07 до 0,43 кПа). При обычном использовании батареи клапан закрыт для предотвращения попадания внешнего воздуха и предохраняет активный материал отрицательного электрода от реакции с кислородом воздуха;
- положительных и отрицательных выводов для подсоединения к аппаратуре.
Разряд – это операция передачи энергии от батареи к внешнему оборудованию.
Заряд – это операция подачи постоянного тока от внешнего источника питания к батарее для химического изменения активного материала в отрицательных пластинах, и, следовательно, запасу в батарее энергии в форме химической энергии.
3. Срок службы свинцово-кислотных АКБ
На рынке Республики Беларусь в основном реализуются герметичные свинцово-кислотные батареи следующих фирм:
"Panasonic" (производство размещено в Китае),
"DiaMec" (производство размещено в Тайване),
"FIAM-GS"(производство размещено в Италии),
"KOBE" (производство размещено в Японии),
"CSB" (дочерняя компания "Кове" - производство в Тайване),
"CASIL"(производство размещено в Китае).
Срок их службы, как и любых свинцово-кислотных аккумуляторных батарей зависит от множества факторов, но в большей мере от:
- модели исполнения и режима эксплуатации;
- температуры, в которой они эксплуатируются;
- условий хранения до реализации;
- величины тока заряда и разряда.
В зависимости от модели исполнения аккумуляторные батареи могут выпускаться в:
- стандартном исполнении;
- с увеличенным сроком службы.
Модели с увеличенным сроком службы при одинаковых условиях эксплуатации по сравнению с аккумуляторными батареями обычного исполнения имеют в два и более раза больший срок службы, но в то же время и в два раза их дороже. Например, срок службы батарей фирмы "Panasonic" в буферном режиме при температуре 20 0 С: LC-R – 5 лет, LC-Х – 10 лет, а Surer MSE – более 15 лет.
Для каждого режима эксплуатации аккумуляторной батареи выпускается своя модель. Различают:
- буферный режим, когда батарея постоянно подзаряжается;
- циклический режим, когда цикл разряда батареи сменяется циклом заряда.
Аккумуляторные батареи, устанавливаемые во все приемно-контрольные приборы, предназначенные для работы в составе АСОС "Алеся", эксплуатируются в буферном режиме.
В приёмно-контрольных приборах "МАХ-16W" и "Maestro" производства израильской фирмы "Visonic", комплектуемых радиопередатчиками и предназначенных для работы в составе РСПИ, аккумуляторные батареи используются в качестве основного источника электропитания радиопередатчика!!! Ток, потребляемый радиопередатчиком очень велик (2,5 – 3 А), но из-за малой длительности передачи аккумулятор сильно разрядиться не успевает. В последующем блок питания ПКП производит подзарядку аккумулятора. Такой режим нельзя назвать буферным, но и нельзя назвать в полной мере циклическим, так как глубина разряда аккумулятора невелика. Данный режим наиболее отрицательно сказывается на срок службы аккумуляторной батареи, поэтому для этих целей целесообразно использовать аккумуляторные батареи, предназначенные для циклического режима эксплуатации с увеличенным сроком службы. Аккумуляторные батареи обычного исполнения, предназначенные для эксплуатации в буферном режиме, прослужат в описанном выше режиме чуть больше полугода.
Чем чаще аккумуляторная батарея используется в течение срока эксплуатации в качестве резервного источника электропитания и чем большим током производится её разряд (чем больше нагрузка), тем срок службы аккумуляторной батареи ниже.
Срок службы аккумуляторной батареи в основном зависит от температурных условий оборудования, в котором используются батареи.
Срок службы у всех аккумуляторных батарей разный, кроме того, чем ниже температура внутри приемно-контрольного прибора, тем срок службы аккумуляторной батареи больше. По этой причине ни один производитель однозначно не указывает срок службы своих аккумуляторных батарей.
Обычно температура внутри приемно-контрольного прибора около 20 0 С, то есть средний срок АКБ стандартного исполнения в зависимости от фирмы-производителя 3-5 лет. Но если прибор установлен вблизи батареи отопления или в месте, где летом он постоянно нагревается солнечными лучами, то есть температура внутри прибора поднимается до 400 С, то срок службы АКБ, установленной в нем, составит чуть больше года, даже если она за это время ни разу не будет использоваться в качестве резервного источника электропитания.
Заряд аккумуляторных батарей. Аккумуляторные батареи должны заряжаться током, рекомендуемым производителем, как правило 0,3С, где С - емкость батареи. Заряжаться батарея должна до достижения ею номинального напряжения. Дальнейший заряд приводит к перезаряду, а длительный перезаряд аккумуляторной батареи сокращает её срок службы.
Отечественные ППК первого выпуска были рассчитаны на заряд аккумуляторных батарей емкостью 7 Ач и в них не было предусмотрено ограничение тока заряда, поэтому при подключении аккумуляторной батареи большей емкости или после длительного отсутствия напряжения сети на объекте из-за большого первоначального тока заряда аккумуляторной батареи выходили из строя и аккумулятор, и зарядный узел прибора. Для устранения этого в уже выпущенных приборах было рекомендовано установить ограничительные резисторы, а в новые модели была заложена функция ограничения тока заряда. Например, в ПКП «Аларм-5» зарядный ток не может быть более 1 А, поэтому и в паспортах ограничение по емкости подключаемой аккумуляторной батареи отсутствует. Но необходимо учитывать, что аккумуляторные батареи емкостью 50 Ач будут заряжаться таким прибором до 1 месяца. Если в этот период пропадет основное электропитание, то такая недозаряженная аккумуляторная батарея свои функции в полной мере не выполнит.
Для обеспечения длительного резервирования технических средств ОПС по питанию целесообразно использовать блоки бесперебойного питания специально предназначенные для этих целей, в сертификатах соответствия которых имеются ссылки на ГОСТ 30379-95. Устанавливать для электропитания систем охраны несертифицированные блоки питания ЗАПРЕЩАЕТСЯ, так как обычные блоки питания не отвечают требованиям стандартов для систем сигнализации. Если на уже действующих объектах резервирование по электропитанию, например, в учреждениях банков, осуществлено с помощью внешней аккумуляторной батареи емкостью 50 Ач, то после использования её в качестве резервного электропитания, необходимо батарею отключать от прибора и заряжать от отдельного зарядного устройства током, рекомендуемым производителем.
Нельзя допускать разряда аккумуляторной батареи ниже определенного напряжения, определяемого производителем. Величина этого минимального напряжения зависит от тока разряда. Если учесть, что ПКП примерно потребляют 0,2 А, то конечное напряжение 12-вольтовой батареи не должно быть меньше, как правило, 10,8 В. Глубокий разряд и длительное хранение разряженной батареи может привести к необратимой потере емкости батареи.
4. Порядок эксплуатационного обслуживания и определение остаточной емкости аккумуляторных батарей. В связи с тем, что срок службы аккумуляторной батареи зависит от многих факторов, а все эксплуатируемые в настоящее время ПКП контролируют только наличие 12В постоянного тока (напряжение «холостого хода» аккумуляторной батареи, но не емкости) на клеммах для подключения резервного электропитания, необходимо строго соблюдать все требования технологических карт по выполнению регламентных работ приемно-контрольных приборов. Согласно п. 3 технологической карты № 1 ПКП проверка работоспособности его при питании от резервного источника проводится при выполнении Регламента № 1 (на объектах – ежемесячно, на квартирах граждан – 1 раз в год). Для проверки приемно-контрольный прибор отключается от сети. Переход прибора на питание от аккумуляторной батареи не должен нарушать его работоспособность, а аккумуляторная батарея при этом должна обеспечивать работоспособность ПКП на квартирах граждан в течение не менее 10 минут.
На объектах, особенно в случаях когда ПКП контролируется и пожарная сигнализация, которая согласно СНБ 2.02.05-2004 должна иметь резервное электропитание не менее 24 часов в дежурном режиме и 3 часов в режиме тревоги, для более точной оценки остаточной емкости аккумуляторной батареи необходимо применять нагрузочный блок, изготовленный из резисторов, или галогеновую лампочку 12 В мощностью 50 Вт. Лампочку или блок резисторов, рассчитанный на ту же мощность, необходимо подключить к клеммам аккумуляторной батареи и через 2 минуты с помощью тестера измерить напряжение на клеммах аккумуляторной батареи, не отключая лампочку или резисторы (провести измерение под нагрузкой). Напряжение на клеммах аккумулятора должно быть не менее 12 В. Если напряжение на клеммах батареи ниже 12 В, то это свидетельствует о потере ею более 70% первоначальной емкости и необходимо решать вопрос с владельцем батареи о её замене и предстоящем списании. Для замены батареи в системах охранно-пожарной сигнализации можно использовать возможности подразделений МЧС. Если аккумуляторная батарея не эксплуатировалась в буферном режиме (в режиме постоянного подзаряда), а, например, хранилась, то перед началом тестирования её рекомендуется полностью зарядить до номинального значения, в противном случае, при тестировании не полностью заряженной батареи, показания тестера могут быть занижены относительно истинного значения емкости батареи.
Результаты измерений емкости существенно зависят от качества контакта клемм аккумуляторной батареи с измерительными проводами, поэтому перед подключением тестера остаточной емкости или комбинированного прибора необходимо убедиться в отсутствии на клеммах батареи загрязнений.
Материал можно СКАЧАТЬ
