Uп -- напряжение питания потребителя,
Uа -- напряжение одного полностью заряженного аккумулятора.
Под отдаваемой емкостью следует понимать максимальное количество электричества в кулонах (ампер часах) ( 1 Ач = 3600 Кл), которое аккумулятор отдает при разряде до выбранного конечного напряжения. В условном обозначении типа аккумулятора приводится номинальная емкость, т.е. емкость при нормальных условиях разряда (при разряде номинальным током и, обычно, при температуре 20oС).
Аккумуляторы следует выбирать по следующим параметрам:
коэффициент отдачи -- это отношение количества электричества в кулонах (Ач)* [3], отданного аккумулятором при полном разряде, к количеству электричества, полученному при заряде;
коэффициент полезного действия аккумулятора -- это отношение количества электричества, Кл (Ач)*, которое он отдает потребителю, разряжаясь до установленного предела для продолжения нормальной работы последнего, к количеству, полученному им при заряде, Кл (Ач)*.
Значение коэффициента полезного действия всегда меньше значения коэффициента отдачи.
При параллельном соединении аккумуляторов, т.е. при соединении между собой положительных и отрицательных полюсов всех элементов соответственно, можно составить батарею большой емкости с напряжением, равным номинальному напряжению одного аккумулятора и емкостью, равной сумме емкостей составляющих ее аккумуляторов.
Для облегчения выбора соответствующего потребителю энергии аккумулятора сравним некоторые характеристики.
Из табл. 2.1 [4] видно, что весовая удельная энергия серебряно-цинковых аккумуляторов в значительно большей степени зависит от температуры. Примерно так же зависит от температуры объемная удельная энергия аккумуляторов.
Очень важной характеристикой аккумуляторов является ориентировочная относительная стоимость 1 Втч энергии, полученной от различных типов аккумуляторов одинаковой емкости.
Как видно из табл. 2.2 дороже всего обходится энергия, получаемая от серебряно-цинковых и кадмиевых аккумуляторов, и дешевле от свинцово-кислотных, принятых в данном случае за единицу.
Характеристики наиболее распространенных типов аккумуляторов приведены в табл. 2.3 [1].
При выборе аккумуляторной батареи необходимо спрогнозировать режим работы, характер изменения нагрузки, диапазон изменения силы тока и напряжения, температуру окружающей среды и др.
Параметры наиболее распространенных типов аккумуляторов приведены в табл. 2.4.
Ограничимся рассмотрением следующих аккумуляторов:
кислотных аккумуляторов, выполненных по традиционной технологии;
стационарных свинцовых и приводных (автомобильных и тракторных);
герметичных необслуживаемых аккумуляторов, герметичных никель-кадмиевых и кислотных "dryfit" А400 и А500 (желеобразный электролит).
Они удовлетворяют любые требования по емкости батарей от 0,3 до 200 Ач.
2.1. КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Аккумулятор состоит из положительного и отрицательного электродов, раствора серной кислоты (27...39%-ный раствор) и сепаратора, разделяющего положительные и отрицательные пластины.
Батареи состоят из последовательно соединенных между собой секций (аккумуляторов). Номинальное напряжение каждого аккумулятора составляет 2 В. Обычно батареи состоят из трех (общее напряжение батареи 6 В) и шести аккумуляторов (общее напряжение батареи 12 В). Количество батарей в аккумуляторе обозначается N.
Применяются два типа электродов: поверхностные и пастированные. Поверхностный электрод состоит из свинцовой пластины, на поверхности которой электрохимическим способом формируется слой активной массы. Пастированные электроды подразделяются на решетчатые (намазные), коробчатые и панцирные.
В решетчатых (намазных) электродах активная масса удерживается в решетке из свинцово-сурьмяного сплава толщиной 1...4 мм. В коробчатых пластинах решетки с активной массой закрываются с двух сторон перфорированными свинцовыми листами.
Панцирные пластины состоят из свинцово-сурьмяных штырей, которые помещаются внутри пластмассовых перфорированных трубок, заполненных активированной массой. Для отрицательных электродов используются намазные и коробчатые пластины, для положительных -- поверхностные, намазные и панцирные. В качестве сепараторов применяют микропористые пластины из вулканизированного каучука (мипор), поливинилхлорида (мипласт) и стекловолокна.
Свинцовые аккумуляторы обычно соединяют в батарею, которую помещают в моноблок из эбонита, термопласта, полипропилена, полистирола, полиэтилена, асфальтопековой композиции, керамики или стекла.
Одной из важнейших характеристик аккумулятора является срок службы или ресурс-наработка (число циклов). Ухудшение параметров аккумулятора и выход из строя обусловлены в первую очередь коррозией решетки и оползанием активной массы положительного электрода. Срок службы аккумулятора определяется в первую очередь типом положительных пластин и условиями эксплуатации.
Аккумуляторы и батареи имеют условное буквенно-цифровое обозначение. Первая цифра (для отечественных аккумуляторов) указывает число последовательно соединенных аккумуляторов. Так как номинальное напряжение свинцового аккумулятора равно двум вольтам, то номинальное напряжение аккумуляторной батареи равно числу последовательно соединенных элементов, умноженному на два.
Для некоторых аккумуляторов указываются климатическое исполнение и размещение. Например, стартерная батарея из шести аккумуляторов емкостью 55 Ач в моноблоке из эбонита и с сепаратором из стекловолокна имеет условное обозначение: батарея 6СТ-55ЭС, ГОСТ 959.0-79.
Свинцовые аккумуляторы имеют высокие разрядные напряжения (рис. 2.1) и удельную мощность (до 100...150 Вт/кг) и относительно недороги. К основным их недостаткам следует отнести низкую удельную энергию и относительно малый ресурс.
Буква после первой цифры обозначает тип или назначение аккумулятора или батареи:
С стационарные
СТ стартерные
А авиационные
В вагонные
Совершенствование свинцовых аккумуляторов идет по пути изыскания новых сплавов для решеток (например свинцово-кальциевых), облегченных и прочных материалов корпусов (например, на основе сополимера пропилена и этилена), улучшения качества сепараторов.
Ниже рассматриваются герметичные свинцовые аккумуляторы, которые не требуют доливки воды при эксплуатации, не имеют газовыделения и кислотного тумана. В последние годы возникли новые сферы применения батарей. Речь идет о резервных источниках питания ЭВМ и систем, накапливающих энергию для возможных пиковых нагрузок.
2.1.1. СТАЦИОНАРНЫЕ СВИНЦОВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Предназначены для эксплуатации на постоянном месте или в условиях, исключающих перемещение аккумуляторов или машин, в которых они установлены. В большинстве выпускаемых аккумуляторов (типов С, СЗ, СК и СКЭ) положительными электродами служат поверхностные пластины, отрицательными -коробчатые пластины. Корпуса стационарных аккумуляторов изготавливают из стекла, эбонита и дерева (выложенного изнутри свинцом).
Параметры стационарных свинцовых аккумуляторов приведены в табл. 2.5.
Максимальный ток заряда аккумуляторов с N = 1 равен 9 А. Емкости и токи заряда и разряда для батарей аккумуляторов с соответствующим N можно найти, перемножив соответствующие значения, приведенные в табл. 2.5, на N аккумулятора. Саморазряд аккумуляторов не более 23% при хранении в течение 29 суток. Удельная энергия стационарных аккумуляторов составляет 10...12 Втч/кг. Гарантийный срок хранения 1 год. Гарантийный срок службы 4 года, наработка 200...1000 циклов.
Стационарные аккумуляторы с поверхностными пластинами содержат относительно большую долю свинца по отношению к активной массе. Большинство из них не имеет крышек, поэтому требуют частой заливки воды и хорошо вентилируемого помещения.
Указанные недостатки устранены в стационарных аккумуляторах с намазными пластинами типа СН. Эти аккумуляторы собираются на заводах и имеют крышки.
Буквенные обозначения аккумулятора:
С стационарный
длительный разряд
К короткий разряд
З закрытое исполнение