بطاريات الرصاص الحمضية

بطارية الرصاص الحمضية (VRLA) عبارة عن بطارية تخزين تتكون أقطابها بشكل أساسي من الرصاص وأكاسيده ، والإلكتروليت عبارة عن محلول حامض الكبريتيك. في حالة تفريغ بطارية الرصاص الحمضية ، يكون المكون الرئيسي للقطب الموجب هو ثاني أكسيد الرصاص والمكون الرئيسي للقطب السالب هو الرصاص ؛ في الحالة المشحونة ، المكون الرئيسي للأقطاب الموجبة والسالبة هو كبريتات الرصاص. مقسمة إلى بطاريات من نوع العادم وبطاريات حمض الرصاص لا تحتاج إلى صيانة.

1. ما هي بطارية الرصاص الحمضية

الميزة الأكثر وضوحًا لبطاريات الرصاص الحمضية هي غطاء الختم البلاستيكي غير المفك في الأعلى وفتحة التهوية في الأعلى. تُستخدم أغطية التعبئة هذه لملء الماء النقي وفحص الإلكتروليت وغاز العادم. من الناحية النظرية، تحتاج بطاريات الرصاص الحمضية إلى التحقق من كثافة ومستوى السائل بالكهرباء أثناء كل صيانة، وإضافة الماء المقطر إذا كان هناك نقص. ومع ذلك، مع رفع مستوى تصنيع البطاريات التكنلوجيا، تطورت بطاريات الرصاص الحمضية إلى بطاريات حمض الرصاص التي لا تحتاج إلى صيانة وبطاريات غروانية لا تحتاج إلى صيانة، وليست هناك حاجة لإضافة المنحل بالكهرباء أو الماء المقطر في استخدام بطاريات الرصاص الحمضية. الغرض الرئيسي هو استخدام القطب الموجب لتوليد الأكسجين، والذي يمكن امتصاصه في القطب السالب للوصول إلى دورة الأكسجين، مما يمكن أن يمنع تقليل الرطوبة. تستخدم بطاريات الرصاص الحمضية في الغالب في الجرارات والدراجات ثلاثية العجلات وبدء تشغيل السيارات وما إلى ذلك، في حين أن بطاريات الرصاص الحمضية التي لا تحتاج إلى صيانة لديها نطاق أوسع من التطبيقات، بما في ذلك إمدادات الطاقة غير المنقطعة، وطاقة المركبات الكهربائية، وبطاريات الدراجات الكهربائية، وما إلى ذلك. -تنقسم البطاريات الحمضية إلى تفريغ تيار مستمر (مثل مصدر الطاقة غير المنقطع) وتفريغ فوري (مثل بطاريات تشغيل السيارة) وفقًا لاحتياجات التطبيق.

تتكون البطارية بشكل أساسي من لوحة موجبة أنبوبية ، لوحة سالبة ، إلكتروليت ، فاصل ، خزان بطارية ، غطاء بطارية ، عمود ، غطاء حقن ، إلخ. تتكون أقطاب البطارية المهواة من أكاسيد الرصاص والرصاص ، والإلكتروليت مائي محلول حامض الكبريتيك. المزايا الرئيسية مستقرة الجهد االكهربى والسعر المنخفض تتمثل العيوب في انخفاض الطاقة النوعية (أي الطاقة الكهربائية المخزنة لكل كيلوغرام من البطارية) ، وعمر خدمة قصير وصيانة يومية متكررة. يبلغ عمر البطاريات العادية القديمة عمومًا حوالي عامين ، ومن الضروري التحقق بانتظام من ارتفاع الإلكتروليت وإضافة الماء المقطر. ومع ذلك ، مع تطور التكنولوجيا ، أصبح عمر بطاريات الرصاص الحمضية أطول وأصبحت الصيانة أسهل.

2. مبدأ عمل بطاريات الرصاص الحمضية

يتم غمر الأنود (PbO₂) والكاثود (Pb) في بطارية الرصاص في المنحل بالكهرباء (حمض الكبريتيك المخفف) ، ويتم توليد كهرباء بجهد 2 فولت بين القطبين. هذا يعتمد على مبدأ بطارية الرصاص. بعد الشحن والتفريغ ، سيكون القطب السالب والأنود والإلكتروليت كما يلي:

(الأنود) (المنحل بالكهرباء) (الكاثود) PbO₂ + 2H₂SO₄ + Pb = PbSO₄ + 2H₂O + PbSO₄ (تفاعل التفريغ). (ثاني أكسيد الرصاص) (حامض الكبريتيك) (الرصاص الإسفنجي) يتناقص تكافؤ الرصاص في PbO₂ ويقل ، وتدفق الشحنات السالبة ؛ يزداد تكافؤ الرصاص في الرصاص الإسفنجي وتدفق الشحنات الإيجابية.

(الأنود) (المنحل بالكهرباء) (الكاثود) PbSO₄ + 2H₂O + PbSO₄ = PbO₂ + 2H₂SO₄ + Pb (رد فعل الشحنة) (يجب تنشيطه) (كبريتات الرصاص) (الماء) (كبريتات الرصاص).

يزداد تكافؤ الرصاص في كبريتات الرصاص الأولى ويتأكسد ، وتتدفق الشحنة الموجبة إلى القطب الموجب ؛ يتناقص تكافؤ الرصاص في كبريتات الرصاص الثانية وينخفض ​​، وتتدفق الشحنة السالبة إلى القطب السالب.

1. تغيرات كيميائية في التفريغ: عندما تكون البطارية موصلة بوصلة خارجية دائرة كهربائية من أجل التفريغ ، سيتفاعل حمض الكبريتيك المخفف مع المواد الفعالة الموجودة على ألواح القطب الموجب والكاثود لتكوين مركب جديد ، كبريتات الرصاص. يتم إطلاق مكون حامض الكبريتيك من المنحل بالكهرباء من خلال التفريغ ، وكلما طالت مدة التفريغ ، قل تركيز حامض الكبريتيك. المكون المستهلك يتناسب مع كمية التفريغ. طالما يتم قياس تركيز حامض الكبريتيك في الإلكتروليت ، أي يتم قياس الثقل النوعي ، ويمكن معرفة كمية التفريغ أو الكهرباء المتبقية.

2. التغيرات الكيميائية أثناء الشحن: نظرًا لأن كبريتات الرصاص التي يتم إنتاجها على ألواح القطب الموجب والكاثود أثناء التفريغ سوف تتحلل وتتحول إلى حمض الكبريتيك والرصاص وثاني أكسيد الرصاص أثناء الشحن ، فإن تركيز الإلكتروليت في البطارية يزداد تدريجياً. أي أن الثقل النوعي للكهارل يرتفع ويعود تدريجياً إلى التركيز قبل التفريغ.

يوضح هذا التغيير أن المادة النشطة في البطارية قد تم تحويلها إلى حالة حيث يمكن تشغيلها مرة أخرى. عندما يتم تحويل كبريتات الرصاص في القطبين إلى المادة النشطة الأصلية ، فإنها تساوي نهاية الشحن ، بينما تنتج لوحة الكاثود الهيدروجين وتنتج لوحة الأنود الأكسجين. ، عند الشحن إلى المرحلة النهائية ، يتم استخدام التيار تقريبًا في التحليل الكهربائي للماء ، لذلك سيتم تقليل المنحل بالكهرباء. في هذا الوقت ، يجب أن تستكمل بالماء النقي.

3. طريقة صيانة بطارية الرصاص الحمضية

1. درجة الحرارة المحيطة لها تأثير أكبر على البطارية. إذا كانت درجة الحرارة المحيطة مرتفعة للغاية ، فسيتم شحن البطارية بشكل زائد لإنتاج الغاز. إذا كانت درجة الحرارة المحيطة منخفضة جدًا ، فسيتم شحن البطارية بأقل من اللازم ، مما سيؤثر على عمر خدمة البطارية. لذلك ، يلزم عمومًا أن تكون درجة الحرارة المحيطة حوالي 25 درجة مئوية ، ويطفو UPS الجهد االكهربى يتم ضبط القيمة أيضًا وفقًا لدرجة الحرارة هذه. في التطبيقات العملية ، يتم شحن البطارية بشكل عام في نطاق 5 درجات مئوية إلى 35 درجة مئوية. سيقلل أقل من 5 درجات مئوية أو أعلى من 35 درجة مئوية من سعة البطارية بشكل كبير ويقصر من عمر خدمة البطارية.

2. عمق التفريغ له تأثير كبير على عمر البطارية. كلما كان عمق تفريغ البطارية أعمق ، قل عدد الدورات التي تستخدمها ، لذلك يجب تجنب التفريغ العميق أثناء الاستخدام. على الرغم من أن UPS لديها وظيفة حماية منخفضة الإمكانات للبطارية ، بشكل عام عند تفريغ بطارية واحدة إلى حوالي 10.5 فولت ، سيتم إيقاف تشغيل UPS تلقائيًا. ومع ذلك ، إذا كان UPS تحت تفريغ حمولة خفيفة أو تفريغ بدون حمل ، فسوف يتسبب أيضًا في تفريغ عميق للبطارية.

3. أثناء التخزين والنقل والتركيب ، تفقد البطارية جزءًا من سعتها بسبب التفريغ الذاتي. لذلك ، قبل الاستخدام بعد التثبيت ، يجب الحكم على السعة المتبقية للبطارية وفقًا للفتح الدارة الكهربائية الجهد الكهربائي للبطارية ، ومن ثم يجب استخدام طرق مختلفة لإعادة شحن البطارية. يجب إعادة شحن بطارية التخزين التي تم تركها في وضع الاستعداد كل 3 أشهر. يمكنك الحكم على جودة البطارية من خلال قياس الفتح الدارة الكهربائية جهد البطارية. خذ بطارية 12V كمثال. إذا كان جهد الدائرة المفتوحة أعلى من 12.5 فولت ، فهذا يعني أن البطارية بها أكثر من 80٪ من مخزون الطاقة. إذا كان جهد الدائرة المفتوحة أقل من 12.5 فولت ، فيجب شحنه على الفور. إذا كان جهد الدائرة المفتوحة أقل من 12 فولت ، فهذا يعني أن البطارية تخزن أقل من 20٪ من الطاقة الكهربائية والبطارية غير قابلة للاستخدام.

4. شحن الجهد. نظرًا لأن بطارية UPS هي وضع تشغيل احتياطي ، فإن التيار الكهربائي في حالة شحن في ظل الظروف العادية ولن يتم تفريغه إلا عند انقطاع التيار الكهربائي. من أجل إطالة العمر التشغيلي للبطارية ، يتم التحكم في شواحن UPS بشكل عام بجهد ثابت وحد التيار. بعد شحن البطارية بالكامل ، ستتحول إلى حالة الشحن العائم ، ويتم ضبط جهد الشحن العائم لكل خلية على حوالي 13.6 فولت. إذا كان جهد الشحن مرتفعًا جدًا ، فسيتم شحن البطارية بشكل زائد ، والعكس صحيح ، سيتم شحن البطارية بأقل من اللازم. قد يكون سبب جهد الشحن غير الطبيعي هو التكوين الخاطئ للبطارية أو بسبب خلل في الشاحن. لذلك ، عند تركيب البطارية ، يجب الانتباه إلى صحة مواصفات البطارية وكميتها ، وعدم خلط البطاريات ذات المواصفات المختلفة وأرقام الدُفعات المختلفة. لا تستخدم شواحن رديئة لأجهزة الشحن الخارجية ، وخذ في الاعتبار مشكلات تبديد الحرارة عند التثبيت. في الوقت الحالي ، من أجل زيادة تحسين عمر البطارية ، تتبنى UPS المتقدمة حل إدارة البطارية الذكي ثلاثي المراحل ABM (الإدارة المتقدمة للبطارية) ، أي أن الشحن ينقسم إلى ثلاث مراحل: الشحن الأولي ، الشحن العائم والباقي: المرحلة الأولى شحن توازن تيار مستمر ، شحن سعة البطارية إلى 90٪ ؛ المرحلة الثانية هي الشحن العائم ، وشحن سعة البطارية إلى 100٪ ، ثم توقف عن الشحن ؛ المرحلة الثالثة هي التفريغ الطبيعي ، في هذه المرحلة ، تستخدم البطارية تيار التسرب الخاص بها للتفريغ ، حتى الحد الأدنى للجهد المحدد ، ثم تكرر المراحل الثلاث المذكورة أعلاه. تعمل هذه الطريقة على تغيير الشحن الكامل السابق ولا تزال تحافظ على البطارية في حالة شحن عائم لمدة 24 ساعة في اليوم ، مما يؤدي إلى إطالة عمر البطارية.