XS
SM
MD
LG
Отправьте заявку
и мы оперативно свяжемся с Вами
Отправить
Благодарим Вас за обращение в
KM Disti

Мы свяжемся с Вами максимально быстро.

Пн - Пт 9:00 – 18:00
Укр   Рус   Eng

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов Термины и определения

22 июля 2019

Есть несколько терминов, которые описывают ожидаемый срок службы батареи. Эти термины используются производителями аккумуляторов, но в тоже время не всегда хорошо понимаются теми, кто использует или обслуживает системы с аккумуляторными батареями. Целью данной статьи является разъяснение этих терминов и устранение любой двусмысленности относительно их значения и использования. Этот документ будет посвящен необслуживаемым свинцово-кислотным герметичным аккумуляторным батареям (Valve Regulated Lead Acid - VRLA), но большая часть предоставленной информации также применима и к другим свинцово-кислотным батареям, а также и ко многим другим химическим батареям.

Вступление

Срок службы батареи можно описать несколькими терминами, некоторые из которых четко определены компаниями, занимающимися производством батарей, и хорошо понятны специалистам в области производства батарей, а некоторые из них являются неформальными терминами без четких определений. В результате термины, предназначенные для описания срока службы батареи, могут ввести в заблуждение продавцов или конечных пользователей, которые не совсем знакомы с «жаргоном» рынка батарей.

Кроме того, нужно учитывать, что некоторые условия окружающей среды существенно влияют на срок службы батареи и обязательно должны учитываться, когда конечный пользователь выбирает батареи под свои задачи.

Чтобы объяснить, что означает термин «время автономной работы» и почему он используется, данная статья описывает этот термин и нюансы по нему.

 

Срок службы батареи

Расчетный срок эксплуатации (Design life)

Прежде чем создавать батарею, R&D уже имеет все основные параметры, которым должна соответствовать новая модель батареи. Напряжение, сила тока, типоразмер и дизайн, технология изготовления и ожидаемый срок службы - все это части оригинальной спецификации на производимую батарею. Работа R&D заключается в обеспечении того, чтобы в требуемом размере корпуса было предусмотрено достаточно активного материала и электролита для обеспечения требований по напряжению и силе тока в течение периода, указанного в расчетном сроке службы батареи. Расчетный срок службы - это определенный срок эксплуатации, при котором, по данным производителя, аккумулятор с незначительными  отклонениями обеспечивает соблюдение всех параметров спецификации к батарее.

Спецификации по расчетному сроку службы батарей варьируется от производителя к производителю, а также от модели аккумулятора. В основном расчетный срок службы для аккумуляторов VRLA - 5, 10 и 12 лет. Стоит отметить, что существуют и несколько нестандартных проектных характеристик от некоторых производителей, но они не являются универсальными и не используются основным пулом производителей батарей.

Для соответствия указанной производителем спецификации расчетного срока службы батарей учитываются также условия эксплуатации, которые  влияют на срок службы батареи. Чтобы срок соответствовал спецификации, должны соблюдаться следующие требования со стороны производителя батарей:

  • Float charging voltage

Напряжение при "плавающей" зарядке или зарядке на холостом ходу. Метод зарядки герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов (sealed lead acid batteries). Зарядное устройство поддерживает на аккумуляторах некоторое напряжение, называемое "напряжением холостого хода" ("float voltage"). Такое подзаряжающее напряжение идеально для продления срока службы аккумулятора. Когда "холостое напряжение" ("float voltage") применяется к аккумулятору, в нем возникает "холостой ток" ("float current"), точно компенсирующий собственный ток саморазрядки аккумулятора. Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы должны хотя бы иногда подзаряжаться на холостом ходу, иначе со временем они теряют полезные свойства из-за процесса т.н. сульфатации. Максимальный срок службы этих аккумуляторов достигается только при постоянном применении "плавающей" подзарядки.

  • Number of discharges

Число циклов разрядки, которые батарея может совершить, прежде чем ее емкость будет уменьшена до 80% от ее первоначальной емкости (величина, при которой считается, что батарея превысила свой срок полезного использования).

  • Maximum discharge rate

Скорость зарядки и разрядки аккумулятора определяется C-нормой. Емкость батареи обычно оценивается в 1C. Это значит, что означает, что полностью заряженная батарея, рассчитанная на 1Ah, должна обеспечивать 1A в течение одного часа. Можно произвести быстрый разряд батареи (подключив на батарею нагрузку более рекомендованной), т.е. сделать так, чтобы идентичное количество энергии расходовалось в течение более короткого времени, но внутренние потери при этом превращают часть энергии в тепло, влияя на срок службы батареи и при этом снижая полученную с нее мощность.   Реально большинство аккумуляторных батарей могут быть перегружены на короткое время, но оно действительно должно быть коротким и перегруз должен быть не частым. Нужно учесть, что срок службы батареи напрямую связан с уровнем и продолжительностью воздействия, которое включает в себя заряд, разряд и температуру батареи.

  • Maximum Continuous Discharge Current

Дополнительно к предыдущему параметру, стоит отметить, что данный параметр определяет максимальный ток, при котором батарея может непрерывно разряжаться. Этот максимум обычно определяется производителем батареи, чтобы предотвратить чрезмерную скорость разряда (discharge rate), которая может повредить батарею или уменьшить ее заявленную емкость. Это как в примере с автомобилем, когда с максимально продолжительной высокой мощностью двигателя мы получаем максимальную скорость и ускорение автомобиля, но как результат значительно увеличиваем и износ двигателя.

  • Maximum 30-sec Discharge Pulse Current

Максимальный ток, при котором батарею можно разряжать импульсами до 30 секунд. Этот предел обычно определяется производителем батареи, чтобы предотвратить чрезмерную скорость разряда, которая может повредить батарею или уменьшить ее емкость.

  • Depth of Discharge (DOD) (%)

Процент емкости разряженной батареи, выраженный по отношению к максимальной емкости. Разряд до 80% DOD называется глубоким разрядом. Разряд аккумуляторной батареи более чем на 80% от номинальной, приводит к существенному сокращению срока службы и также может привести к полной невозможности заряда батареи. Это связано с тем, что длительное отсутствие заряда приводит к образованию в аккумуляторной батареи сульфата свинца.

  • End voltage limit

Граничное напряжение зарядки. При более высоком напряжении, мы получаем результат быстрой зарядки, что  приводит к разрушению электролита, и соответственно к потере емкости. Из вышесказанного можно сделать вывод, что с каждым циклом зарядки/разрядки накопленная необратимая потеря емкости будет увеличиваться. Хотя это может быть и незаметно, но в конечном итоге уменьшение емкости необратимо приведет к тому, что ячейка не сможет накапливать энергию, обещанную спецификацией производителя. Поэтому потеря емкости вызванная работой с высоким током уменьшит  срок полезного использования батареи.

  • Operating temperature

Рабочая Температура. Рабочая температура батареи предпочтительно должна поддерживаться в номинальном диапазоне рекомендованном производителем. Всякий раз, когда батарея заряжается, ток, протекающий через батарею, вызывает выделение тепла при электролизе. Более высокая температура даст дополнительную емкость, но в конечном итоге она уменьшит срок службы батареи. Очень высокие температуры, могут привести к повреждению батареи и преждевременному выходу из строя. В тоже время низкие температуры так же уменьшают емкость батареи.

Это требования производителей по эксплуатации батарей, которым нужно следовать, чтобы достичь максимального срока службы указанного производителем для конкретного типа батарей. Стоит отметить, что не многие устройства могут выдерживать требуемые условия при эксплуатации аккумуляторов.

 

Срок эксплуатации (Service Life)

В отличие от расчетного срока эксплуатации, реальный срок жизни батареи не имеет реальной спецификации. Срок службы батареи в действительности обозначает приблизительное время, в течение которого аккумулятор с заданным/расчетным сроком службы от производителя будет оставаться в пределах описанных для него параметров, учитывая реальную среду эксплуатации. Как правило, это скорее похоже на предположение максимального срока эксплуатации при типовых (не критических) условиях эксплуатации.

При использовании аккумуляторов в системах бесперебойного питания (ИБП), стоит отметить, что окружающая среда эксплуатации, как электрическая, так и физическая, может существенно влиять на срок эксплуатации. В современных высокоэффективных ИБП использование качественных батарей является очень важным критерием при выборе необходимой модели  под определенное оборудование и требования со стороны потребителя. Описание нюансов по окружающей среде эксплуатации будет приведено далее.

 

Проблемы физической окружающей среды эксплуатации

Температура - Температура в помещении (месте), где установлены батареи, является очень критичным параметром эксплуатации. Температура батареи VRLA обычно указывается производителем в 20° C для Европы. Этот параметр спецификации указан производителем для ВНУТРЕННЕЙ температуры батареи, а не для комнатной. Внутренняя температура обычно на ~ 1-2°C выше, чем температура в помещении. Разница температур сверху и внизу в помещении, где эксплуатируются аккумуляторы, также может достигать 5°C. Важно отметить, что повышение температуры на 10 ° C приведет к сокращению срока службы батареи примерно на 50%. Снижение температуры на ту же величину также уменьшит емкость батареи примерно на 25%.

Правильный ввод батареи в эксплуатацию - Крайне важно точно следовать указаниям производителя для начальной зарядки батареи, перед тестированием и вводом батареи в эксплуатацию. Несоблюдение этой процедуры приводит к высокой вероятности того, что батарея никогда не будет работать в полную силу, и может значительно сократиться срок службы батареи.

Выбор правильного местоположения - Аккумулятор должен быть установлен в стабильной среде. Он не очень хорошо работает в ситуациях, когда температура колеблется в широких пределах или когда одна часть батареи заметно горячее или холоднее, чем другая часть. Аккумуляторы также плохо переносят вибрацию.

Агрессивная среда - Аккумуляторы VRLA специально разработаны для установки в обычных рабочих помещениях. Но иногда батареи устанавливают в местах где «нужнее», в данном случае нужно приложить все усилия, что бы окружающая среда не вызывала коррозии и батареи были защищены.

 

Проблемы электрической среды эксплуатации

Напряжение зарядки - Каждая модель батареи имеет определенное зарядное напряжение на элемент, на которое она рассчитана для оптимальной работы. У каждого производителя оно отлично. Очень важно внимательно следовать  всем рекомендациям. У батарей VRLA имеется небольшой диапазон напряжения, который позволяет батарее правильно поляризовать положительные и отрицательные пластины. Батарея должна работать в этом диапазоне, чтобы обеспечить наилучший срок службы. Следуют учесть, что некоторые производители допускают значительное увеличение напряжения для быстрой зарядки после разряда, но данные нюансы нужно проверять в документации производителя. НЕ ПРЕВЫШАЙТЕ напряжение для подзарядки, если производитель не рекомендует это для конкретной марки и модели батареи.

Ток зарядки - Каждая марка и модель аккумулятора имеет спецификацию по максимально допустимому току зарядки. Очень важно убедиться, что источник зарядки не перезаряжает батарею, так как это может привести к внутренним сбоям аккумулятора и соответственно или сокращению срока службы или поломке. Так же не стоит забывать и про корректность зарядки “float charge” (описано выше), когда зарядное устройство поддерживает определенное напряжение "float voltage" или «напряжение холостого хода» для компенсации собственного тока саморазрядки аккумулятора. Корректное применение «плавающей» подзарядки, позволяет максимально увеличить срок службы аккумуляторов.

Переменное напряжение и ток - Хотя по спецификациям производителей, данные параметры могут варьироваться в некоторых пределах, но стоит отметить, что любой из этих параметров при чрезмерном превышении рекомендованных параметров может повредить батарею. Настоятельно рекомендуется прислушиваться к рекомендациям производителей батарей относительно рекомендованных диапазонов работы.

 

Заключение

Что все описанное ранее означает для конечного пользователя? В чем основная разница между расчетным сроком эксплуатации (Design life) и реальным срок эксплуатации (Service Life)?

Если взглянуть на рассмотренные ранее термины и рассмотреть их упрощенные объяснения, можно увидеть, что расчетный срок эксплуатации (Design life)- это ожидаемый срок службы, на который, как заявляет производитель, способен аккумулятор, при условии сохранения всех параметров в спецификации. Также из нюансов описанных выше, можно сделать вывод, что из-за реальных физических и электрических переменных окружающей среды очень маловероятно, что реальный срок (Service Life) службы аккумулятора будет где-то близок к расчетному сроку.

Расчетный срок эксплуатации (Design life) -  это то, как долго будет работать батарея, учитывая практически идеальную среду и цикл зарядки/разрядки. Часто выдерживание требований близких к требованиям производителя встречается в правильно спроектированных центрах поставщиков телеком-услуг или центрах хранения данных, когда аккумуляторы заряжаются со стабильным напряжением и силой тока, которые обеспечиваются за счет дополнительного высококачественного оборудования, а так же  при специально созданных условиях в помещениях, где располагаются батареи. Когда же батареи разряжаются, разряд представляет собой длительный процесс, с низкой силой тока, и это позволяет очень эффективно использовать имеющийся активный материал в аккумуляторах.  

Реальный срок эксплуатации (Service Life)- это то, как долго, будет работать батарея, учитывая, что ей придется выдержать все отклонения от требований производителя, так как обычно их очень сложно соблюсти. Конечный потребитель, к большому  сожалению, не может контролировать существующих сегодня поставщиков электроэнергии, и того как часто происходят колебания в электросети, а так же не всегда может создать идеальные температурные условия для эксплуатации батарей. В основном батареи эксплуатируются с более высокой температурой, чем рекомендованная. Когда происходит разрядка батареи, то она обычно подает питание только на короткий период времени, но нагрузка во время разряда очень высока. Разряд происходит с очень высокой силой тока в течение всего нескольких минут, и такой процесс не позволяет эффективно использовать имеющийся активный материал. Затем аккумулятор заряжается с очень высоким током, чтобы как можно быстрее восстановить емкость, чтобы батарея могла быть готова к очередному сбою с электропитанием. И это критично влияет как на срок эксплуатации батарей, так и на соблюдение требуемых параметров, что к большому   сожалению, выше возможностей большинства конечных пользователей.

Приведение условий эксплуатации максимально под требования, которые указывает в документации производитель, использование качественных ИБП, правильный расчет нагрузки - позволяют максимально  приблизить реальный срок эксплуатации к прогнозируемому сроку эксплуатации. Но даже при этом получить точно срок полученный производителем в тестовых условиях, не получится.  

Очень часто случается, что конечный пользователь выбирает на рынке наилучшую батарею с двенадцатилетним сроком службы (Design Life), и в итоге оказывается, что реальный срок ее жизни составляет от трех до четырех лет. В «идеальном мире» эти батареи будут служить и девять и двадцать лет, но сожалению реалии иные .

 

Рекомендувати: