Аккумуляторные батареи электропогрузчиков - причины преждевременного старения

25.01.12

Условия хранения аккумуляторов

Аккумуляторные батареи могут поставляться как в сухозаряженном состоянии, так и залитые и заряженные. Причём в последнем случае обязательно должна быть указана дата заряда (ввод в АКБ в эксплуатацию).

• При поставке в сухозаряженном состоянии батареи могут сохранять ёмкость в течении нескольких лет при соблюдении определённых условий, основными из которых являются влажность и перепады температуры, которые приводят к конденсации влаги внутри батареи. Повышение температуры хранения выше 40°С приводит к ускорению процессов старения батареи.
• При хранении залитой и заряженной батареи, необходимо ежемесячно производить уравнительные и поддерживающие заряды. Как правило, несоблюдение данных условий приводят к необратимым последствиям в батареи и к её полному выходу из строя. Такие случаи особенно характерны для предприятий, которые закупают батареи впрок и хранят их на складе в упаковочном виде, с последующим вводом в эксплуатацию и часто не соблюдают указанные в инструкциях правило хранения.

Условия эксплуатации аккумуляторных батарей электропогрузчиков

Средняя температура эксплуатации

Выделения тепла в аккумуляторе возникает в связи с разностью принимаемой при заряде и отдаваемой при разряде энергией.  Так в среднем,  заряд  повышает температуру аккумуляторной батареи на 12-15°С. В течении недели  при односменном режиме работы  и температуре воздуха 20°С ,  средняя температура электролита аккумуляторной батареи  после заряда, отстоя, рабочей смены не успевает вернуться к исходному значению и происходит нарастание температуры  таким образом, что к концу недели после заряда температура электролита превышает 50°С.

Превышение средней температуры 40°С электролита, существенно снижает срок службы (особенно гелиевых батарей), температура 55°С для классических батарей (45°С для гелиевых) является максимально допустимой во избежание повреждений батарей.

На практике очень часто встречаются случаи преждевременного выхода из строя тяговых батарей именно  по причине повышенной средней температуры, причём особенно для необслуживаемых гелиевых батарей, где невозможно компенсировать потери воды в электролите.

Работа при низких температурах

Если температура батареи существенно ниже номинальной, то следует использовать зарядное устройство с датчиком температуры, иначе может происходить не дозаряд.

После передачи батареи на заряд из холодной зоны необходимо выдерживать батарею в тёплом месте, чтобы температура электролита перед зарядом была не менее 10°С.

Ток разряда

В соответствии с DIN 43 539 при испытаниях поддерживается разрядный ток – 1,25 I5. В реальных условиях мы встречаем высокие токи, связанные с максимальными нагрузками, что приводит к большому выделению тепла или наоборот низкие токи, которые ведут к сильному воздействию на активную массу.

Условия обслуживания АКБ

Зачастую предприятия экономят на квалифицированном обслуживании, что приводит к значительным финансовым затратам на закупку нового оборудования. В качестве примера можно привести случаи эксплуатации батареи с низким уровнем электролита в элементах, например при неисправности системы залива дистиллированной воды. Отсутствие воды длительное время, приводят к необратимым изменениям в верхней (сухой) части пластин, вследствие чего батарея теряет ёмкость и преждевременно выходит из строя.

Технология заряда аккумуляторов

Срок службы батареи весьма существенно зависит от технологии заряда. Необходимо рассматривать совместно батарею и зарядное устройство применительно к существующим условия эксплуатации. Существующие технологии заряда в основном определяются тремя величинами: ток заряда, напряжение заряда и температура. Разработанные технологии заряда отличаются для батарей с жидким и гелиевым электролитом. Некоторые типы многофункциональных зарядных устройств требуют перенастройки под конкретный тип аккумулятора квалифицированным персоналом, в противном случае батарея может преждевременно выйти из строя.
Основными и наиболее часто встречающимся процессами, которые могут возникать в процессе эксплуатации свинцово-кислотных тяговых аккумуляторных батарей являются: сульфатация, перезаряд тяговой батареи, заводнение, переплюсовка, металлизация сепараторов. 

Сульфатация

По мнению специалистов сервисных служб производителей и официальных продавцов АКБ, сульфатация является одной из главных причин сокращения срока службы АКБ и выхода её из строя. Сульфатация батареи происходит в результате её хранение в разряженном состоянии, а так же из-за неполного и чрезмерного заряда, чересчур высокой плотности электролита, или не достаточное его количества. Основным признакам сульфатации является быстрый рост напряжения на электродах батареи при низкой плотности электролита, а так же перегрев элементов батареи “во время заряда”.
В этом случае «активная масса становится рыхлой и быстро осыпается”, при этом рабочая поверхность пластин электродов уменьшается. В результате батарея быстро теряет ёмкость, и её пластинам наносятся необратимые повреждения.

Признаки сульфатации:

• быстрое повышение напряжения, при этом плотность электролита остаётся низкой; 
• усиленный разогрев элементов при заряде

Причины возникновения:

• недостаточный заряд;
• глубокие разряды;
• хранение без подзаряда;
• высокая плотность электролита;
• недостаток электролита

Воздействие на аккумулятор:

• потеря плотного соединения активной массы с решеткой; 
• рыхлая, осыпающаяся активная масса; 
• активная масса на отрицательной пластине рассыпчатая, осыпающаяся

Последствия:

• прогрессирующая потеря ёмкости, которая не может быть устранена, если процесс слишком затянулся;
• повреждения пластин и батареи

Способы устранения сульфатации, том случае, если она существует не продолжительное время:

• многократный выравнивающий заряд током менее 5А/100Ач в течении нескольких часов с паузами для отдыха батареи;
• при прогрессирующей форме сульфатации, должен применятся заряд током возможно малого значения до тех пор, пока плотность электролита не начнёт повышаться. Температура электролита не должна превышать 55°С;
• заряд постоянным напряжением до установления тока нормального значения. По окончании необходимо откорректировать плотность электролита;
• при очень сильной сульфатации плотностью удалить электролит и залить дистиллированную воду и заряжать малым током не более 5А /100Ач. После десульфатационного заряда необходимо выровнять плотность электролита, а затем желательно провести глубокий разряд малым током с последующим качественным зарядом. Особо следует отметить, что доливать кислоту в элементы для повышения плотности электролита категорически недопустимо. Это, не даст ни какого положительного эффекта, а только усугубит ситуацию. Плотность электролита следует увеличивать только путём использования методов, стимулирующих разложение образовавшегося на пластинах электродов сульфата свинца на исходные составляющие: электрохимически активную массу, состоящую из свинца и оксида свинца, водный раствор серной кислоты.

Перезаряд тяговой батареи

К признакам перезаряда батареи относятся: повышенный расход воды в электролите, чрезмерное повышение температуры электролита во время заряда, сильное газовыделение (кипение), а так же рост положительных полюсов. В этом случае наблюдается: разрушение активной массы на положительной пластине, интенсивная коррозия пластин, а так же снижение электропроводности на границе между рабочей поверхностью пластины и её основой. Всё это ведёт к прогрессирующей потери ёмкости батареи, снижение срока её службы и быстрому выходу батареи из строя. Происходит перезаряд в основном из-за неправильной настройки или неисправности зарядного устройства, а так же вследствие её неправильного выбора.

Заводнение

Если в электролите плавают белые хлопья, а батарея не заряжается, т.е. зарядный ток равен нулю, – это признак заводнения АКБ. Возникает вследствии того, что разряженный элемент слишком долго остаётся в электролите низкой плотности, в результате чего на положительной пластине образуется слой гидрата свинца (являющегося диэлектриком), и она выходит из строя.
К сожалению, этот процесс необратим, и такой элемент батареи восстановить уже не удастся.
Следует отметить, что заводнение АКБ случается крайне редко. 

Признак заводнения: белые хлопья в электролите.

Причина возникновения: разряженный элемент слишком долго оставался с электролитом с низкой плотностью.

Воздействие на батарею: гидрат свинца выступает на положительной пластине (гидрата свинца – диэлектрик).

Последствия: процесс необратим, элемент поврежден

Переплюсовка

Признак переплюсовки: значение напряжения при разряде противоположно.

Причина возникновения: элемент смонтирован в батарею наоборот или элемент отдаёт слабую мощность при разряде, является получателем энергии.

Воздействие на батарею: превращение отрицательной активной массы в положительную и наоборот и образование диоксида свинца.

Последствия: отсутствие ёмкости, сокращение срока службы при использовании в циклическом режиме

Металлизация сепараторов

Металлизация сепараторов вызывается соединением высвободившегося свинца в порах сепаратора и сопровождается интенсивным саморазрядом батареи. Это происходит в результате эксплуатации батареи при высокой температуре либо при слишком большой плотности электролита и приводит к опасности короткого замыкания внутри элементов батареи, а также – к резкому сокращению возможных сроков хранения.

Признак заводнения: сильный саморазряд.

Причина возникновения: эксплуатация при высоких температурах или при высокой плотности электролита.

Воздействие на батарею: высвободившийся свинец осаждается в порах сепаратора, вследствие чего ток саморазряда увеличивается.

Последствия: очень короткие сроки складирования, опасность короткого замыкания.

Промежуточный заряд

Этот вопрос актуален для многих пользователей. С одной стороны, промежуточный заряд продлевает время рабочей смены батареи, а с другой в процессе подзаряда температура батареи повышается. Это приводит к сокращению срока службы батареи. Так же может появится так называемый “эффект памяти”.

При принятии решения об осуществлении промежуточного заряда батареи рекомендуется руководствоваться следующим принципом: если мощности (ёмкости) батареи хватает, что бы отработать полную смену без подзаряда, то производить его не следует. Когда мощности недостаточно, подзаряжать батарею следует только в том случае, если она разряжена не менее чем на 20%.

Глубокий разряд

Глубокий разряд – это более чем на 80% от номинальной ёмкости батареи. Глубокие постоянные разряды приводят к разрушению активной массы пластин и соответственно снижению ёмкости, к механическому повреждению пластин, и иногда даже к изменению полярности элементов.

Своевременная очистка

Дело в том, что пыль и электролит на поверхности корпуса батареи образуют токопроводящий слой, по которому протекают так называемые блуждающие токи.
Вследствии этого может наблюдаться повышенный саморазряд батареи или неоднородный саморазряд различных элементов.

Правила очистки аккумуляторов:

• категорически нельзя использовать моющие средства;
• температура воды не должна превышать 60°С;
• рабочее давление – не более 50 бар;
• не задерживать струю на одной точке долее 3-х секунд;
• жидкость, попавшая внутрь короба, должна быть откачена.

Зарядные устройства

Сейчас продаётся очень много различных зарядных устройств для тяговых батарей, от самых простых и дешевых до дорогих с большим количеством функций и компьютерным управлением. Иногда спрашивают зарядные устройства, которые могут заряжать несколько батарей. Если речь идёт об одновременном заряде батарей, то лучше использовать два отдельных зарядных устройства, так как силовые части всё равно будет две, а сэкономить можно будет только на корпусе. Если же говорить о заряде разных типов батарей, то такие устройства существуют, но, несмотря на кажущееся удобство, обладают двумя существенными недостатками: во-первых, могут возникать ошибки при распознании батареи (глубоко разряженная 48-вольтовая батарея может определиться как 36-вольтовая), а во-вторых, их использование не экономично. Менее мощная батарея использует более дорогое зарядное устройство, которое использует лишь часть своей мощности. Особенно ощутима эта экономическая разница при большем парке батарей.

Рекомендации специалистов

• Категорически не допустимо оставлять батарею в разряженном состоянии даже на ночь, не говоря уже о выходных днях
• Правильный подбор и квалифицированная эксплуатация АКБ и зарядных устройств, является самым главным требованием