Аккумуляторы Delta: большое интервью с инженером компании

Давайте заглянем в кулуары компании и зададим несколько вопросов инженеру компании, поставляющей на российский рынок одни из лучших AGM и GEL аккумуляторов.

– Здравствуйте, Михаил, расскажите, пожалуйста, о технологии изготовления и особенностях аккумуляторов Delta

Здравствуйте, Сергей! Большинство серий аккумуляторов DELTA изготавливаются по технологии AGM (Absorber Glass Mat – прим. ред.). Данная технология позволяет избавиться от использования электролита в жидком состоянии. В аккумуляторах AGM технологии используется сепаратор (разделитель свинцовых пластин – прим. ред.), выполненный из стекловолоконного материала, обладающим коэффициентом впитывания 10-11 к 1 по весу,  и пропитанный электролитом.

Электроды компонуются поочередно, перемежаясь абсорбером-сепаратором, и плотно спрессовываются в элемент аккумуляторной батареи. Прессовка предотвращает осыпание пластин. Всё это дает AGM АКБ устойчивость к вибрациям, позволяет существенно увеличить срок службы батарей и, при желании, эксплуатировать аккумулятор не только в вертикальном положении (вверх дном не рекомендуется – прим. ред.). Теперь не надо доливать воду в электролит для достижения необходимой концентрации, AGM батареи являются необслуживаемыми. Выделяемые газы – водород, кислород рекомбинируют внутри корпуса и не покидают батарею.

– А как обстоят дела с гелевыми батареями?

В сериях АКБ Delta, выполненных по технологии GEL (серии GX, GSC – прим. ред.), в качестве электролита используется композитный гель, обеспечивающий устойчивость аккумуляторов к глубоким разрядам и высокую температурную стабильность.

– Какой максимальный зарядный ток без вреда для срока службы АКБ можно использовать для аккумуляторов серий DTM, HR, HRL, GX?

Для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, выполненных по технологии AGM (DTM, HR, HRL), ограничение по току при заряде постоянным напряжением составляет 30% от номинальной емкости при десятичасовом разряде, т.е. 0,3•С10 [А]. Для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, выполненных по технологии GEL, данное значение составляет 0,2•С10 [А]. Например, для аккумуляторной батареи Delta HRL 12-100 номинальная емкость при десятичасовом разряде составляет 100 Ач, а максимальный ток заряда не должен превышать 0,3×100 Ач = 30 А . Для аккумуляторов Delta всех серий данные параметры приведены в документации.

– Чем принципиально с точки зрения потребителя различаются между собой серии HR и HRL?

Основным принципиальным различием, с точки зрения потребителя, между сериями АКБ Delta HR и HRL является срок службы батареи. Для АКБ серии HR проектный срок службы составляет 5 лет в буферном режиме, а для батарей серии HRL данные параметр находится на уровне 10-12 лет.

Для 3-х старших моделей серии HR срок службы составляет также 10 лет. Основные отличия в том, что технологически в HRL применяются дополнительные агенты (специальные химические компоненты, добавляемые в состав активной массы электродов – прим. ред.) для повышения устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов и снижения скорости коррозии и деградации элементов при воздействии этих факторов. Т.е. в идеальных условиях три старших модели HR проработают столько же или почти столько же, как и HRL. Но при появлении стресс-факторов: несоблюдение температурных режимов эксплуатации, превышение допустимой величины тока заряда, глубокий разряд, хранение в разряженном состоянии и т.п. , разница станет очевидной и отразится на скорости старения и как следствие – на сроке эксплуатации батареи.

Плюс к этому, серия HRL обладает повышенной энергоотдачей на коротких разрядах.

– Есть ли какое-либо преимущество у серии HR над DTM при разрядах  длительностью выше 2 часов?

Серия DTM является универсальной и используется как в слаботочных системах, так и в системах бесперебойного питания. Серия HR относится к линейке DELTA UPS Series, разработанной специально для использования в источниках бесперебойного питания. Принципиален следующий аспект: смещаясь от серии к серии «вверх по ступенькам» от младшей к старшей (DTM-> DTM-L>HR->HR-W->HRL->HRL-W), происходит ряд изменений в технологической составляющей, т.е. применяются дополнительные присадки, агенты и иные недешевые модификаторы, способные повышать не только разрядные характеристики в определенных диапазонах, но также влияющие на устойчивость к коррозии в частности и деградации элементов в общем.

– Расскажите, пожалуйста, подробнее о деградационных процессах.

Хорошо! К таким процессам можно отнести:

• Коррозию решетки положительного электрода – протекание реакции с образованием сульфата свинца вследствие прямого контакта положительной активной массы с материалом решетки. При правильном сочетании состава сплава, концентрации кислоты и температуры эксплуатации скорость разрушения может существенно снижаться. При коррозии решетки положительного электрода увеличивается переходное электросопротивление на границе решетки с активной массой, снижающее емкость батареи.
• Деградация активной массы положительного электрода вызывается электрическими и химическими процессами при работе АКБ в циклическом режиме. Приводит к разрыхлению активной массы, потери контакта частиц с основной массой и исключение их из участия в основной реакции заряд/разряд.
• Сульфатацию – процесс образования сернокислого свинца на катоде и аноде. По ряду причин, таких как: глубокий разряд, хронический недозаряд – низкое напряжение заряда, хранение без подзаряда, высокие температуры не подлежащего восстановлению при заряде.
• Высыхание – потеря воды электролитического раствора. Потеря воды в герметизированных системах происходит при сбросе избыточного давления, возникающего вследствие ускоренного образования водорода и кислорода при несоблюдении правил эксплуатации батареи.
• К возможным последствиям старения аккумуляторной батареи также относятся осыпание активной массы пластин и короткое замыкание.

– У АКБ серии HRL-W в наименовании фигурируют ватты, почему не АЧ? Как правильно сделать расчет ёмкости таких АКБ?

В названии моделей батарей серии HRL-W (АКБ с увеличенной энергоотдачей) указана мощность разряда [Вт/Элемент] при 10-минутном разряде для повышения оперативности во время проведения расчетов времени автономной работы потребителя в системах бесперебойного электроснабжения. Имея в названии этот показатель можно провести оценочный расчет, не обращаясь к разрядным таблицам, и оперативно подобрать модель. При этом очень удобно, что емкости батарей DELTA данной серии указаны в маркировке батарей, в отличие от ряда производителей, которые используют данный прием без указания емкости.

Технологически возможно достичь повышения энергоотдачи [Вт/Элемент] при коротких разрядах, одновременно уменьшая количество свинца, снижая себестоимость, но при этом и уменьшая срок службы батареи и ее емкость при десятичасовом разряде. Недобросовестные производители AGM батарей могут пользоваться таким приемом.

Емкость таких батарей следует уточнять в дата-листе к аккумулятору.

– Какое предельно низкое остаточное напряжение на AGM и GEL АКБ следует устанавливать в настройках инвертора для корректной и длительной работы аккумулятора в случае редких разрядов.

Величина рекомендованного предельного напряжения окончания разряда (остаточное напряжение) зависит от тока разряда: Чем меньше ток, тем больше значение напряжения отключения потребителя. Так например при разряде 0,2С-ном и менее не желательно регулярно разряжать батарею ниже 1,8ВЭл. А при разрядах большими токами 1С-ном и более допустимо снижаться до значения напряжения отключения потребителя 1,6-1,65 В/эл.

Например, АКБ Delta HRL 12-100 при разряде током свыше 100 А не рекомендовано разряжать больше, чем до уровня 9,6 В [1,6 В/Эл], а при токах разряда меньше 20 А рекомендованный уровень остаточного напряжения составляет 10,8 В [1,8 В/Эл]

– Некоторые производители заявляют о возможности работы своих AGM аккумулятора при температурах до -60 градусов. Как вы это прокомментируете?

При температуре окружающей среды -60С° полноценной работоспособности без подогрева свинцово-кислотных батарей добиться не получится. Это связано со снижением эффективности протекания химических процессов. Необходимо помнить: чем больше ток разряда при работе в отрицательных температурах, тем более существенна потеря емкости. Т.е. потеря емкости при разряде током 1С-ном и 0,1С-ном может отличаться в 5-6 раз. Гораздо сложнее при такой температуре зарядить батарею. Например, уже при -30С° емкие батареи типа OPzV практически не потребляют ток заряда.

Т.к. зарядить при низких температурах без предварительного подогрева батареи крайне сложно, а иногда не возможно, возникает риск замерзания электролита. Например, в заряженном состоянии плотность электролита составляет 1,26 – 1.3 г/см³, при такой плотности температура замерзания -60°C, а при полностью разряженной АКБ концентрация составит 1,18 – 1,22 г/см3 и температура замерзания – от минус 22 до минус 40°С.

При замерзании электролит увеличивается в объеме (плотность в твердом состоянии ниже) и как следствие происходит повреждение пластин и даже корпуса. Лучше при отрицательных температурах будут себя чувствовать батареи с более тонкими электродами, число которых будет больше чем у AGM стационарных батарей (например, стартерные АКБ). Это связано с большей суммарной площадью поверхности электродов, т.е. большим объемом активной массы, вступающей в реакцию. Но тонкие пластины не могут обеспечить устойчивость к коррозии, т.к. их толщина меньше, то и деградируют они быстрее. И как следствие приходится выбирать: лучшие разрядные характеристики или больший срок службы.

Краткий итог простыми словами:

• Во-первых, при разряде уменьшается концентрация электролита, что повышает температуру его замерзания, которое может привести к повреждению корпуса АКБ (возможность разряда без замерзания электролита на 10-15%).
• Во-вторых, если АКБ разряжать не сильно, до состояния, когда электролит еще не замерзает, то зарядить его уже не представляется возможным, в виду многократного замедления протекания химических реакций. Это означает, что при температуре эксплуатации минус 60°С аккумулятор становится одноразовым.

– При работе с ИБП или инверторами нужно ли производить тренировочные циклы? Если да, как часто и до какой глубины следует разряжать аккумуляторы?

Контрольно-тренировочный цикл (КТЦ) – это операция, позволяющая, в первую очередь, определить остаточную емкость аккумуляторных батарей. КТЦ требуется проводить для получения более точного понимания состояния батарей и своевременного проведения замены. КТЦ проводится путем полного заряда АКБ с последующим разрядом фиксированным по величине током, равным 10% от номинальной емкости. Фиксируется время разряда. Величина остаточного напряжения при десятичасовом разряде указана в документации и обычно составляет 1,8 В/Эл. По времени разряда определяется остаточная емкость батареи.

Перед эксплуатацией свинцово-кислотных АКБ рекомендуется производить выравнивающий заряд. Выравнивающий заряд применяется, когда есть разброс по напряжению на аккумуляторах (элементах или моноблоках) – более +/-1%. Разброс может возникнуть как между АКБ в одной цепи, так и между элементами одного АКБ в условиях глубокого разряда или хронического недозаряда. Недозаряженный АКБ, включенный последовательно в цепь с другими АКБ, разрядится быстрее, не отдаст заявленную энергию и подвергнется воздействию деградационных процессов, связанных со слишком глубоким разрядом. Соответственно, при заряде цепи АКБ «переразряженный» аккумулятор не восстановит свой заряд на 100% и со временем начнет пагубно влиять на состояние АКБ всей цепи, которые также будут подвергаться слишком глубокому разряду. Во избежание данной ситуации необходимо перед вводом системы в эксплуатацию провести выравнивающий заряд цепи аккумуляторных батарей.

Выравнивающий заряд проводится повышенным постоянным напряжением (Не выше 14,4 В) не более 48 часов до момента, когда ток заряда остается неизменным в течение 2 часов. При превышении максимальной температуры батареи в 50 °С заряд следует приостановить на пару часов для охлаждения АКБ.

В настоящий момент свинцово-кислотные АКБ являются наиболее распространенными. На рынке представлено огромное множество производителей таких батарей. Каждый производитель стремится улучшить параметры своей продукции и прикладывает к этому много усилий. Но, при несоблюдении рекомендованных параметров и условий эксплуатации, могут быть испорчены даже самые неприхотливые и надежные модели свинцово-кислотных АКБ. Правильная эксплуатация может существенно продлить срок эксплуатации даже недорогих АКБ (таких, как серия Delta DT). Хотя AGM батареи и являются необслуживаемыми, всё же внимание им стоит уделять.

– Спасибо за развернутые ответы, Михаил!

Пожалуйста! Будут вопросы – обращайтесь!