Акумуляторні батареї: Терміни та визначення

Цей огляд технічних термінів підготовлено з метою структуризації знань і розуміння інформації про різні типи батарей. Тут ми наводимо основні терміни, які найчастіше наводять виробники ДБЖ і виробники акумуляторних батарей для ДБЖ.

Акумулятор (cell, secondary cell). Хімічне джерело струму, що складається із сукупності електродів з електролітом, у якому оборотність внутрішніх хімічних процесів допускає через заряд-розряд його багаторазове циклічне використання як накопичувача енергії для резервного електроживлення різного устаткування (у джерелах безперебійного живлення, телекомунікаційному обладнанні, опалювальному обладнанні, для газових котлів, автомобілях, електрокарах). Див. також акумуляторна батарея.

Акумуляторна батарея (secondary battery) – група однотипних (два або більше) акумуляторів, з’єднаних між собою для використання як джерела електроенергії.

Свинцево-кислотна акумуляторна батарея (lead-acid battery) – акумуляторна батарея, де свинцеві електроди поміщені в електроліт із сірчаної кислоти. Під час електрохімічної реакції свинцю та діоксиду свинцю в сірчанокислотному середовищі виникає електроенергія. Під час розряду діоксид свинцю відновлюється на аноді й окислюється на катоді. Під час заряду протікає зворотна реакція, що завершується додаванням реакції електролізу води. На позитивному електроді – виділяється кисень, на негативному – водень. Уперше такий тип акумуляторної батареї був застосований французьким фізиком Гастоном Планте в 1859 р. В основному застосовується в автомобільних батареях, резервних джерелах електроенергії.

Термін служби (service life) – час роботи батареї за заданих параметрів.

Відкритий акумулятор (vented cell) – акумуляторна батарея в кришці якої є отвір для виходу газу. Може мати вентиляційну систему.

Закритий акумулятор (valve-regulated sealed cell) – варіант герметичного акумулятора, із закритою кришкою, забезпеченого спеціальним пристроєм, що забезпечує вихід газу в моменти, коли внутрішній тиск значно перевищує закладені показники. Як правило, а такі акумулятори неможлива додаткова заливка електроліту.

Ємність батареї (battery capacity) – оцінюється кількістю електрики або електричним зарядом, яку в заданих умовах віддає батарея, заряджена на 100%. У міжнародній системі одиниць (СІ) одиниця електричного заряду – кулон (1 Кл = 1 Ас). На практиці виробники вказують ємність в ампер-годинах (Аг).

Номінальна ємність (nominal capacity) – величина, виражена в ампер-годинах, що вказується виробниками акумуляторних батарей для ідентифікації ємності акумулятора, і відповідає наближеній кількості електрики.

Акумуляторні батареї з підвищеною енерговіддачею (серії HP і HFL) Порівняно зі стандартними акумуляторами серії MP і ML здатні віддавати більшу кількість енергії протягом короткого часу, дають змогу збільшити час автономії до 40%, рекомендовані для ДБЖ on-line та інших типів зі збільшенням часу резервної роботи.

Ампер-година (А-год) – прийнята як вимір одиниця електричного заряду, яку традиційно використовують виробники акумуляторних батарей для вимірювання ємності акумуляторів. 1 Ампер-годину розраховано, як – електричний заряд, що проходить через поперечний переріз провідника за годину, з силою струму в 1 Ампер. Якщо необхідно перевести величину з Агод в одиницю виміру заряду за прийнятою міжнародною системою одиниць (СІ) – кулон, то переводимо 1 годину в секунди (1 год = 3600 сек), оскільки 1Кл/с = 1А, отримуємо, що 1Агод = 3600Кл.

Зарядний пристрій (скорочено ЗП) – вбудований або зовнішній пристрій, що використовується для заряджання акумуляторних батарей, зазвичай від мережі 220 В. Стандартний варіант включає: випрямляч, перетворювач напруги (імпульсний блок живлення, трансформатор), стабілізатор напруги, амперметр, також може комплектуватися пристроєм для контролю сили струму, світлодіодними індикаторами. Характеристики зарядного пристрою залежать від типу акумулятора, що підключається, робочої напруги, а також номінальної ємності.

Форсований заряд (boost charge) – прискорений неповний заряд акумулятора протягом невеликого відрізка часу.

Float charging (можна перекласти як: “плаваюча” зарядка або “холоста зарядка”). Варіант заряджання герметичних свинцево-кислотних батарей (sealed lead acid batteries), де зарядний пристрій підтримує певну напругу “float voltage” або “напругу холостого ходу”, у якій виникає “холостий струм” (“float current”), що повністю компенсує власний струм саморозряджання акумулятора. Цей спосіб підзарядки використовують, щоб продовжити термін служби герметичних свинцево-кислотних акумуляторних батарей. Щоб з часом свинцево-кислотні герметичні акумулятори не втрачали свої заводські характеристики, в результаті процесу сульфатації, вони повинні періодично підзаряджатися на “холостому ходу”. Застосування “плаваючої” підзарядки дає змогу максимально збільшити термін служби акумуляторів.

Саморозряд (self-discharge) – втрата хімічної енергії, внаслідок мимовільної реакції усередині акумуляторної батареї, коли вона не приєднана до зовнішнього кола.

Глибокий розряд – розряд акумулятора до напруги, нижчої за кінцеву напругу розряду. Іншими словами, розряд акумуляторної батареї більш ніж на 80% від номінальної ємності (до напруги 1,7 В на елемент, за густини електроліту не менше ніж 1,13 г/см3). Такий розряд призводить до істотного скорочення терміну служби і також може призвести до повної неможливості заряду АКБ. Це пов’язано з тим, що тривала відсутність заряду зазвичай призводить до утворення в акумуляторній батареї сульфату свинцю (див. процес сульфатації).

Сульфатація акумуляторів – процес утворення кристалів сірчанокислого свинцю (сульфату) на поверхні пластин і стінках пор активної маси. Кристали можуть з плином часу рости і утворювати суцільну кірку, ізолюючи пластини і закупорюючи пори активної маси позитивних і негативних пластин, що перешкоджає проникненню електроліту. У разі глибокої сульфатації акумулятор стає непрацездатним, відбувається значна втрата ємності, ускладнюється заряд акумулятора, і він повністю виходить з ладу. Визначити наявність глибокої сульфатації можна за рясним газовиділенням і підвищеною напругою акумулятора на початку заряду. Робота акумулятора в неправильному режимі, а також незадовільне обслуговування (підвищена температура, тривале зберігання в розрядженому стані, знижена розрядна напруга, великі розрядні струми) призводять до процесу сульфатації і скорочення терміну служби акумуляторної батареї.

Battery – найчастіше в технічній документації зустрічаються такі варіанти: акумуляторна батарея, акумулятори, батарея акумуляторів, АКБ.

Пристрій, що перезаряджається хімічним способом, акумулює енергію, для використання з UPS (UPS – скорочено ДБЖ – джерело безперебійного живлення). Найчастіше з ДБЖ використовують герметичні акумулятори потужністю до 20 кВА. У таких акумуляторних батареях використовується суспензійний тип електроліту (“sealed, suspended electrolyte lead-calcium” type), тобто електроліт, подібно до повсті, суспензовано в структурі, що дає змогу виробнику робити їх негігроскопічними (працює в будь-якому положенні) і не протікаючими. ДБЖ з під’єднаною акумуляторною ДБЖ-батареєю перетворює постійну напругу акумулятора на змінний струм, що використовується навантаженням під’єднаного обладнання (комп’ютери, сервери, телекомунікаційне обладнання, опалювальне обладнання, газові котли, системи альтернативної енергетики).

Battery management – термін, уперше введений компанією APC у 1989 році для позначення набору функцій. Включає в себе: діагностику акумуляторних батарей, індикацію наближення розряду акумулятора, тестування акумуляторів за заданим розкладом, регулювання вихідної потужності для економії енергії акумулятора, а також інші параметри. Активно використовується різними виробниками ДБЖ для більш чіткого налаштування роботи акумуляторної батареї з ДБЖ.

VRLA – необслуговувана герметична акумуляторна батарея, також часто звана VRLA батарея, отримала назву від технології VRLA (Valve Regulated Lead Acid – “клапанно-регульована свинцево-кислотна”) або SLA (Sealed Lead Acid “герметизована свинцево-кислотна”). Також можуть зустрічатися назви: VRLA акумулятор, SLA акумулятор, герметична свинцево-кислотна батарея, герметичний свинцево-кислотний акумулятор тощо. Цей тип акумуляторних батарей не потребує доливання води протягом усього терміну служби, також характеризується відсутністю виділення газів і витоком електроліту.

AGM технологія – (Absorbent Glass Mat – варіанти перекладу – абсорбуюче або поглинаюче скловолокно) кислота як електроліт. Простір між електродами заповнено мікропористим сепаратором зі скловолокна, що дає змогу повністю вбирати й утримувати всю кислоту. Усередині акумулятора відбувається реакція, під час якої утворюються гази (водень плюс кисень), які заповнюють пори, не даючи газу випаруватися. Під час заряджання батареї цей газ повертається назад у рідкий електроліт. Цей процес отримав назву рекомбінації газів в AGM необслуговуваних герметичних акумуляторах.

Перевагою AGM акумуляторів перед GEL акумуляторами (GEL технологія), є більш низький внутрішній опір акумулятора, що головним чином впливає на час заряду АКБ, як правило обмежений в автономних системах. Таким чином, АКБ AGM швидше заряджається, а значить швидше виходить з режиму глибокого розряду. Якщо система автономна, то при використанні АКБ AGM її ККД значно буде вищим, ніж в аналога з АКБ GEL, тому що для заряду АКБ GEL потрібно більше часу і потужності.

AGM акумулятори експлуатуються без додаткового технічного обслуговування. Недорогі AGM акумулятори відмінно працюють в буферному режимі при глибині розряду не більше 20%. Даний режим гарантує 10 – 15 років служби батарей, при достатній вигоді в ціні, по відношенню до гелевих акумуляторів (GEL).

AGM батареї найбільш затребувані на ринку акумуляторів для джерел безперебійного живлення (UPS) і в різних енергосистемах.

На відміну від звичайних свинцево-кислотних акумуляторних батарей, AGM акумулятори для ДБЖ можуть працювати в режимі глибокого розряду. Це означає, що акумулятор може віддавати електроенергію тривалий час за запасу енергії в 20 – 30% від початкового значення. Це дає змогу практично повністю відновити робочу ємність акумулятора після його заряджання.

AGM акумулятори витримують понад 600 циклів глибокого розряджання. Дуже малий струм саморозряду AGM акумуляторів дає змогу їм зберігатися довгий час без під’єднання.

Використання під час виробництва батарей дорожчих матеріалів: особливо чистого свинцю під час виготовлення електродів, плюс самі електроди мають велику товщину, до складу електроліту обов’язково додають сірчану кислоту з високим ступенем очищення, що гарантує заявлені високі показники роботи батареї.

GEL технологія – ( Gel Electrolyte) гелеві акумулятори GEL – рідкий електроліт з додаванням SiO2 (діоксид кремнію) за консистенцією схожий на желе, який використовується як заповнювач між електродами в акумуляторних батареях. Під час хімічної реакції всередині батареї в електроліті утворюються молекули водню і кисню і відбувається рекомбінація газів.

Завдяки тому, що в процесі роботи не виділяється водень, герметичні гелеві акумулятори володіють високим внутрішнім опором, і не бояться глибокого розряду, що робить їх більш дорогими, порівняно з AGM акумуляторними батареями.

Цей параметр не є ключовим під час вибору батареї для дбж, оскільки автоматика джерела безперебійного живлення не допускає глибокого розряду підключених акумуляторів. Тому сфера використання гелевих акумуляторів це – навантажувачі, електрокари тощо.