Аккумуляторы глубокого разряда- в чем отличие?

Что такое аккумуляторы глубокого разряда?

Аккумулятор глубокого разряда — это аккумулятор, предназначенный для регулярной глубокой разрядки с использованием большей части своей емкости.

Батареи глубокого разряда предназначены для разряда до 80% раз за разом и имеют гораздо более толстые пластины.

Основное различие между настоящей батареей глубокого разряда и другими заключается в том, что пластины представляют собой твердые свинцовые пластины, а не губку.

Это дает меньшую площадь поверхности и, следовательно, меньшую способность отдавать «мгновенную» энергию, как в случае со стартерными батареями. Хотя их можно циклически разряжать до 20% емкости, оптимально с точки зрения соотношения срока службы и затрат поддерживать среднюю глубину разрада на уровне около 50%.

Уровень разряда представляет собой «глубокий цикл» и отличается от других типов аккумуляторов, которые обеспечивают только короткие всплески энергии перед их перезарядкой. Если быть точным, стартерная батарея разряжается только на небольшой процент — обычно от 2 до 5% — при каждом использовании.

Аккумуляторы тяговые лодочные глубокого разряда для лодочных электромоторов

Аккумулятор тяговый лодочный для электромоторов и энергопитания работает по принципу разряд-заряд.

Его задача заключается в поддержании постоянно высокого значения тока, необходимого для продолжительной работы электродвигателя, бортовых систем, освещения или других энергопотребителей. Тяговый аккумулятор для лодочных электромоторов имеет утолщенную конструкцию пластин что бы противостоять окислительным процессам, возникающим при сильных разрядных нагрузках. Такая конструкция многократно повышает количество циклов – разряд-заряд, что заметно продлевает ресурс.

Тяговые лодочные АКБ принято называть аккумуляторами глубокого разряда, работающими в цикличном режиме Deep Cycle.

Какой лучше купить тяговый аккумулятор для лодочного электромотора ?

Тяговые лодочные аккумуляторы глубокого разряда различаются по ёмкости, т.е количеству энергии, которую они способны в себе удерживать.

Чем выше ёмкость, тем больше время работы мотора без подзаряда. Однако, тяговый акб для лодочных моторов довольно тяжелый, большой вес обусловлен конструкцией с толстыми свинцовыми пластинами для работы в цикличном режиме Deep Cycle, поэтому при выборе батареи следует учитывать условия эксплуатации.

Если Ваш стиль рыбалки небольшие озера и реки без сильного течения, а лодочный электромотор небольшой мощности, аккумуляторную батарею можно использовать небольшой ёмкости, да и мотор будет работать не постоянно, а только для перемещения с места на место.

Если озера большие и встречаются течения, то с ёмкостью экономить не нужно.

Свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого разряда при правильном обслуживании работают по 150 – 600 циклов. Назначение этих батарей на катерах и лодках – питание лодочных электромоторов, насосов, якорных лебедок, эхолотов и другого морского оборудования.

Как они устроены?

Двенадцати вольтовый аккумулятор глубокого разряда состоит из шести ячеек, каждая из которых имеет напряжение 2.1 вольт.

Ячейки подключены между собой последовательно —  положительный вывод одной к отрицательному выводу другой.

Каждая ячейка состоит из соединённых между собой положительных и отрицательных пластин, которые разделены тонкими листами пористого электроизоляционного материала, предотвращающего короткое замыкание пластин между собой.

Пластины в ячейке чередуются – за положительной идет отрицательная, за отрицательной положительная и так далее.

Пластина состоит из металлической сетки, которая служит несущим каркасом для активного пористого материала, запрессованного в сетку.

После того как пластины затвердевают, они вставляются в ячейки, а те в свою очередь в высокопрочный и жесткий корпус из полипропилена. Ячейки подключаются к клеммам, а корпус закрывается крышкой и заливается электролитом.

Причины выхода из строя аккумуляторов глубокого разряда

В холодном климате, аккумулятор стареет из-за того, что положительно заряженная пластина осыпается из-за расширения и сжатия, возникающего во время разряда и зарядки. Коричневый осадок, шлам или грязь скапливаются в нижней части корпуса батареи и вызывают короткое замыкание ячеек. В жарком климате, дополнительные причины отказа – увеличение размеров положительной пластины, коррозия ее решетки, вспучивание пластин и испарение воды. Глубокий разряд, нагрев, работа в условиях вибрации, перезарядка и недозарядка ускоряют процесс старения.

Еще одна причина преждевременного выхода аккумулятора глубокого разряда из строя это сульфатация.

Cульфатация – это процесс осаждения сульфата свинца на пластинах аккумулятора. Она возникает во время длительного хранения аккумулятора глубокого разряда и становится проблемой, если соединения сульфата свинца не удается преобразовать обратно в активный материал пластины.

Если заряд аккумулятора опускается ниже 80%, пластины покрываются жестким и плотным слоем сульфата свинца, который проникает в поры и заполняют их. Положительные пластины становятся светло-коричневыми, отрицательные мутно-белыми. Со временем батарея теряет емкость и перестает заряжается

Как проверить аккумуляторы глубокого разряда

Если у вас не герметичные аккумуляторы, используйте ареометр, который можно приобрести в магазине автозапчастей. Ареометр – это устройство поплавкового типа, которое измеряет плотность электролита и предоставляет точную информацию о качестве батареи, уровне ее заряда, его слабых или мертвых ячейках.

Еще два устройства для проверки аккумулятора – цифровой вольтметр и тестер нагрузки. Тестер нагрузки пригодится, если вы используете аккумуляторы каждый день, например, с электрическим лодочным мотором

Осмотрите батарею на наличие очевидных проблем

• уровень электролита ниже верхнего края пластин
• коррозировавшие или вздутые кабеля
• коррозировавшие или неплотные клемные зажимы
• крышка аккумулятора грязная или влажная
• протекающий или поврежденный корпус аккумулятора.

Если уровень электролита низкий, дождитесь, когда аккумулятор остынет и добавьте дистиллированную воду до уровня, указанного изготовителем батареи. Если уровень не указан, используйте 7 мм ниже пластиковой заливной горловины. Пластины должны быть все время скрыты электролитом. Избегайте перелива, особенно в жаркую погоду, так как тепло заставит электролит расширяться, и он выйдет наружу.

Зарядите аккумулятор до 100% емкости. Если разница в плотности электролита между ячейками 0.3, проведите выравнивание – зарядку аккумулятора при повышенном напряжении.

Поверхностный заряд – это неравномерная смесь серной кислоты и воды рядом с поверхностью пластины, которая образуется в результате зарядки или разрядки. Он заставляет плохой аккумулятор выглядеть хорошим, а хороший казаться плохим. Необходимо исключить поверхностный заряд с помощью одного из следующих методов:

Измерение уровня зарядки

Если температура электролита аккумулятора выше 43.3° С —  дайте ему остыть. Чтобы определить состояние заряда батареи с температурой электролита до 26.7° C. Чтобы вычислить значения напряжения или плотности для других температур электролита, используйте таблицу температурной компенсации. Напряжение для гелевых и AGM аккумуляторов отличается от напряжения батарей с жидким электролитом.

Для не герметизированных аккумуляторов глубокого разряда проверьте плотность в каждой ячейке с помощью ареометра и выведите средний показатель.

Для герметичных аккумуляторов, измерьте напряжение на клеммах цифровым вольтметром.

Некоторые аккумуляторные батареи имеют встроенный ареометр, который измеряет состояние заряда в одной из шести ячеек. Если встроенный индикатор прозрачный или светло-желтый, то уровень электролита в аккумуляторе низкий и в него нужно долить воду. Аккумулятору глубокого разряда требуется дозарядка, если один из методов измерения уровня заряда – ареометр, вольтметр или встроенный ареометр указывают на то, что уровень заряда ниже 75%.

Аккумулятор придется заменить, если:

• Если электролит в аккумуляторе был разлит или выкипел, а затем в аккумулятор долили воду, замените старый электролит на новый и полностью перезарядите аккумулятор.

Электролит аккумуляторной батареи представляет собой смесь 25% — ной серной кислоты и дистиллированной воды, заменить его дешевле, чем купить новый аккумулятор.

• Если аккумулятор глубокого разряда полностью заряжен, то его емкость можно измерить, подключив известную по величине нагрузку и замерив время, которое займет разрядка аккумулятора до 20% емкости. Обычно используется нагрузка, которая разряжает аккумулятор в течении 20 часов. Например, если емкость аккумулятора 80 Ач, то нагрузка в 4 ампера разрядит батарею примерно за 20 часов (или 16 часов до уровня 20%).

Новым аккумуляторам глубокого разряда с жидким электролитом требуется 50 -100 циклов заряда — разряда прежде чем они достигнут своей номинальной емкости. Гелевые и AGM батареи принимают рабочую емкость менее чем через 10 циклов.

Перезарядка

Если аккумулятор прошел нагрузочный тест, зарядите его как можно скорее, чтобы восстановить его емкость и недопусить сульфатацию пластин.

На что обращать внимание при покупке аккумуляторов

Емкость и резервная емкость — наиболее информативные характеристики аккумулятора глубокого разряда. Они должны соответствовать вашим требованиям и определяют время работы и вес батареи.

Емкость, выраженная в Ампер-часах характеризует нагрузку, которой аккумулятор будет разряжаться в течении заданного времени, до тех пор, пока напряжение на нем не опустится до 10,5 Вольта.

Аккумуляторы проверяются производителями на разрядку в течении 100, 20 или 8 часов. Чем выше ток разряда, тем ниже емкость из-за эффекта Пейкерта (Peukert) и внутреннего сопротивление батареи.

Резервная Емкость (RC) — это время в течении которого полностью заряженный аккумулятор при 26.7° C разряжается током 25 ампер, до тех пор, пока напряжение на клеммах не упадет до 10,5 вольт.

Чем выше емкость или резервная емкость, тем дольше прослужит аккумулятор и тем тяжелее он весит из-за большей толщины свинцовых пластин.

Если необходимо увеличить емкость, два или более новых и одинаковых по типу и емкости 12-вольтовых аккумулятора можно соединить параллельно.

Если вы соединяете два аккумулятора разного типа и возраста, вы либо перезарядите один из них, либо не дозарядите другой, поэтому не устанавливайте вместе старые и новые батареи и батареи разных типов.

Правильно соединенные аккумуляторы будут заряжаться и разряжаться одинаково. Для соединения используйте короткий кабель большой толщины, чтобы избежать падения напряжения между батареями —  оно не должно превышать 0.2 вольта (200 милливольт). Подробнее о том, как заряжать два аккумулятора одновременно

Тип

Чтобы запустить двигатель, стартовый аккумулятор в течении пяти – пятнадцати секунд генерирует ток от 500 до 1000 ампер и разряжается не более 5% от емкости. Общее количество циклов полного разряда-заряда, которые выдерживает стартовый аккумулятор —  от 50 до 80. На первый взгляд это кажется очень мало, но из-за неглубокой разрядки стартовый аккумулятор способен в течении срока службы заводить двигатель до 80 тысяч раз.

Морские аккумуляторы глубокого разряда работают по-другому. Они предназначены для длительной разрядки током 5-50 ампер, выдерживают разрядку в течении нескольких часов и даже дней и разряжаются до 80% от емкости.

Лодочные аккумуляторы двойного назначения – это компромисс между аккумуляторами глубокого разряда и стартовыми батареями. Они обладают высоким пусковым током и выдерживают большее количество циклов, чем стартовые аккумуляторы. Лучшие аккумуляторы двойного назначения – это AGM аккумуляторы.

Аккумуляторные батареи глубокого разряда с жидким электролитом делятся на два типа

• мало обслуживаемые
• обслуживаемые.

Пластины мало обслуживаемых батарей производятся из свинцово кальциевого сплава, а у обслуживаемых — из сплава сурьмы и свинца. Мало обслуживаемые батареи не требуют регулярного добавления воды для обслуживаемых эта процедура является обязательной. Частота добавления воды определяется условиями эксплуатации аккумулятора, но рекомендуется проверять уровень электролита не реже одного раза в течении двух недель.

Герметизированные или VRLA аккумуляторы также бывают двух видов

• AGM
• гелевые.

Их не требуется открывать для долива воды и обслуживать в течении всего срока эксплуатации.

AGM батареи глубокого разряда

Оба типа VRLA аккумуляторов в процессе зарядки производят восстановление электролита из водорода и кислорода, поэтому потерь воды в них не происходит. Из-за того, что внутреннее пространство батареи находится под давлением, при перезарядке или коротком замыкания возможна небольшая утечка газа.

VRLA батареи глубокого разряда требуют специальных режимов зарядки. При работе с ними необходимо ограничивать напряжение заряда, избегать перезарядки и высыхания электролита.

Дата выпуска

Хотя определить дату выпуска батареи бывает иногда затруднительно, никогда не покупайте аккумулятор глубокого разряда с жидким электролитом, выпущенный более трех месяцев назад.

Если в течении этого времени его периодически не заряжать, начинается сульфатация пластин и падение емкости.

AGM и гелевые аккумуляторы храниться до 12 месяцев, прежде чем их зарядка упадет ниже 80%

Дата выпуска аккумуляторов DEKA проставляется на верхней крышке или боковой стенке и состоит из двух символов – буквы и цифры. Буквы обозначают месяц выпуска – А-январь, В-февраль и так далее, буква I пропускается. Цифра – год выпуска. Например, В6 – февраль 2016 года.

Специфика

Аккумуляторные батареи для глубокого разряда (Deep Cycle) предназначены для использования в системах с регулярным разрядом.

Как правило, к таким относятся

• электростанции на базе возобновляемых источников энергии
• электротранспорт
• другие автономные решения.

В периоды разряда, его глубина может достигать 100%. В настоящее время используется множество электро-химических исполнений для производства таких батарей. Однако, основными являются свинцово-кислотные, никель-кадмиевые и литий-ионные.

Важной особенностью свинцово-кислотных Deep Cycle аккумуляторов является обратная зависимость циклического ресурса от глубины разряда (DOD — Depth of Discharge). Оптимально разряжать эти батареи до глубины около 50%.

Циклический ресурс

Очевидно, что циклический ресурс — крайне важный параметр для аккумуляторов глубокого разряда. Во многом он определяет экономическую эффективность того или иного решения.

Благодаря конструктивным особенностям, эти батареи обладают значительно увеличенным ресурсом, однако, он сильно зависит от конкретной технологии.

Области применения

Основным назначением аккумуляторов Deep-Cycle является обеспечение потребителей надежным источником энергии на протяжении продолжительного периода времени в условиях частых и глубоких зарядно-разрядных циклов. Поэтому, чаще всего батареи глубокого разряда применяются в системах с возобновляемыми источниками энергии (в частности — в солнечных и ветряных электростанциях) и электротранспорте.

В зависимости от специфики конкретного применения следует выбирать определенный тип аккумуляторов. Так, например, благодаря отличным техническими характеристикам и большому циклическому ресурсу, широко применяются малообслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы.

Однако из-за необходимости в обслуживании, их применение не всегда оправдано. В случае с удаленными или труднодоступными объектами, следует выбирать герметизированные батареи. К подходящим типам относятся

• гелевые свинцово-кислотные
• литий-железо-фосфатные.

Отсутствие необходимости в обслуживании делает объекты практически автономными и максимально экономически эффективными.

Как правило, глубина разряда не должна достигать более 50% номинальной емкости. Однако, например, литий-железо-фосфатные батареи позволяют разряд до 100% без необратимых последствий для внутренних компонентов. Это выгодно отличает их от других электро-химических систем и позволяет достичь более высокой экономической эффективности системы в целом.

Зарядные устройства используют разные технологии и алгоритмы, отличаются мощностью и размерами, но имеют общий принцип работы — аккумуляторы заряжаются потому, что напряжение на выходе с зарядного устройства выше, чем напряжение на клеммах аккумулятора. Разница напряжений заставляет ток течь от источника (зарядного устройства) к нагрузке (аккумуляторной батарее).

АКБ стартовые и глубокого разряда

Чтобы зарядить 12-вольтовую аккумуляторную батарею зарядное устройство должно обеспечить напряжение не менее 14 вольт. Однако если напряжение превысит 15 вольт, то аккумулятор перегреется, в нем начнется газообразование, испарение электролита и деформация пластин.

Так выглядят ячейки различных свинцово-кислотных аккумуляторов — жидко-кислотного, AGM и гелевого

Аккумуляторы заряжаются и разряжаются благодаря диффузии – процессу проникновения ионов в активный материал пластин. Диффузия протекает медленно, начинается на поверхности пластины, а затем распространяется вглубь ее активного материала. Во время разряда пластины тягового аккумулятора поглощают кислоту из электролита и на них образуется сульфат свинца. Количество электролита в ячейке остается прежним, однако содержание кислоты в нем уменьшается.

При зарядке процесс идет в обратном направлении. Кислота выделяется на обеих пластинах —  положительная превращается в оксид свинца, а отрицательная в пористый, похожий на губку свинец. После того, как аккумулятор зарядится, получаемая им электрическая энергия перестает трансформироваться в химическую, а тратится на разложение воды на водород и кислород.

У аккумуляторов глубокого разряда (тяговых) толстые пластины. Именно благодаря толстым пластинам и плотному активному материалу в решетках,  тяговые аккумуляторы и держат заряд на протяжении длительного времени. Чтобы диффузия произошла не только на поверхности, но и распространилась вглубь толстых пластин, тяговые аккумуляторы заряжают в несколько стадий.  Эта общепринятая в настоящее время технология заряда основана на способности батарей абсорбировать разный по силе ток в зависимости от состояния заряда.

Кривые изменения тока и напряжения при зарядке тяговых аккумуляторов в три стадии

• Первый этап трехступенчатой зарядки – фаза насыщения.

Аккумулятор заряжается быстро, выходной ток зарядного устройства максимальный, а напряжение на аккумуляторе зависит от степени разряда батареи. Продолжительность этапа насыщения определяется отношением емкости, которую требуется восстановить, к току зарядки.

Ток заряда во время первого этапа составляет 10 – 100 % от емкости аккумулятора и зависит от типа аккумуляторной батареи. Тяговый аккумулятор воспринимает такой ток до тех пор, пока не достигнет первого контрольного напряжения зарядки и не зарядится до 80% емкости. После этого, его способность усваивать ток резко уменьшается. Это первое контрольное напряжение называется напряжением абсорбции, а следующий этап зарядки – фазой абсорбции.

Во время первой стадии аккумулятору за короткое время передается большое количество энергии, этот этап зарядки очень эффективен и приносит тяговому аккумулятору 75-80% его емкости.

• Стадия абсорбции протекает при напряжении, достигнутом в конце первого этапа зарядки, а аккумулятор потребляет только то количество тока, которое может усвоить при этом напряжении. Ток непрерывно уменьшается, до тех пор, пока аккумулятор не достигнет состояния полной зарядки.

Зарядка и разряд аккумулятора — это процесс диффузии внутри батареи. Когда аккумулятор быстро, но не глубоко разряжается, диффузия не распространяется вглубь активного материала аккумуляторных пластин и химические реакции протекают только на их поверхности. После неглубокого разряда вторая фаза зарядки может быть короткой или совсем отсутствовать. Однако при длительном и глубоком разряде требуется продолжительный этап абсорбции.

• Стадия абсорбции – это компромисс между высоким напряжением и временем зарядки. Во время нее аккумулятор получает оставшиеся 20-25 процентов энергии и считается заряженным, когда при постоянном напряжении потребляемый ток опускается до 2 процентов емкости.
• Третья стадия – это поддерживающая зарядка. После того как потребляемый аккумулятором ток уменьшился до 1-2 процентов от емкости, зарядное устройство понижает напряжение до 13,4 – 13,8 вольт, чтобы не допустить неконтролируемого закипания и вытекания электролита.

Слишком высокое поддерживающее напряжение ведет к ускоренному старению из-за коррозии положительных пластин, а недостаточное не позволяет аккумулятору оставаться полностью заряженным и приводит к сульфатации. Поддерживающее напряжение отличается для тяговых аккумуляторов с жидким электролитом и VRLA аккумуляторов.

Сульфатация пластин тягового аккумулятора в зависимости от количества циклов заряда-разряда

• Фаза стабилизации или выравнивания используется для предотвращения преждевременного старения свинцово-кислотных батарей с жидким электролитом. Это дополнительный, часто пропускаемый этап, который начинается после того как зарядка подойдет к концу. При стабилизации процесс не прекращается, а ток в 4 процента от емкости, продолжает заряжать батарею до тех пор, пока напряжение не повысится до 15,5 -16,2 вольта.

Фаза стабилизации приводит тяговые аккумуляторы к максимальному заряду, контролируемому закипанию электролита и растворению кристаллов сульфата свинца, образовавшихся на поверхности пластин. Стабилизацию батарей с жидким электролитом выполняют каждые 20-50 циклов. Гелевые и AGM батареи стабилизации не подвергают.

Ток и напряжение заряда

Толстые пластины обслуживаемых тяговых аккумуляторов с жидким электролитом допускают повышенное напряжение второй стадии зарядки – 14.8 В. Для AGM, гелевых и необслуживаемых аккумуляторов с жидким электролитом это напряжение — 14.4 – 14,7 В.

Гелевые аккумуляторы наиболее чувствительны к повышенному напряжению, поэтому их рекомендуется заряжать в диапазоне 13,8 – 14,4 вольта.

Напряжение заряда отличается для аккумуляторов разных марок, поэтому в первую очередь руководствуйтесь рекомендациями производителей, а не типом тягового аккумулятора

Время зарядки аккумулятора

Время зарядки тягового аккумулятора зависит от емкости, которую требуется восстановить, типа аккумулятора и тока зарядки.  Чем меньше разряжен аккумулятор и выше зарядный ток, тем быстрее батарея будет готова к повторной работе.

На катере или в автомобиле заряжайте дополнительный аккумулятор от генератора с помощью DC-DC зарядного устройства.

На время зарядки влияет продолжительность стадии абсорбции (последние 20% зарядки), которая составляет около четырех часов.

Во время абсорбции потребляемый аккумулятором ток не зависит от мощности зарядного устройства, а определяется самим аккумулятором.

Приблизительно время зарядки аккумулятора можно рассчитать по формуле:

T = Co/(Ai-Ab)*eff + Tabs

Т – продолжительность зарядки

Tabs – продолжительность второй стадии зарядки

Ai – ток зарядного устройства

Аb –ток, потребляемый подключенным оборудованием

Co –емкость аккумулятора, которую требуется восстановить

eff – эффективность аккумуляторов. 1,1 для AGM, 1,15 для гелевых и 1,2 для жидко-кислотных

Продолжительность второй стадии зарядки зависит от степени разряда аккумулятора, по- разному определяется разными моделями зарядных устройств и составляет от тридцати минут до восьми часов.

Эффективность аккумуляторов – еще один фактор от которого зависит продолжительность зарядки. При заряде аккумулятору передается больше ампер часов, чем забирается во время разряда. Отношение этих двух величин называется эффективностью зарядки.

Зарядная эффективность тягового аккумулятора близка к 100% до тех пор, пока не начинается газообразование, которое означает, что часть зарядного тока не превращается в химическую энергию, сохраняемую в пластинах, а используется для разложение воды на кислород и водород. Ампер часы, сохраненные в пластинах отдаются во время разряда, а истраченные на разложение воды теряются безвозвратно.