סוללות עופרת חומצה

סוללת עופרת חומצה (VRLA) היא סוללת אחסון שהאלקטרודות שלה עשויות בעיקר מעופרת ותחמוצות שלה, והאלקטרוליט הוא תמיסת חומצה גופרתית. במצב פריקה של סוללת עופרת-חומצה, המרכיב העיקרי של האלקטרודה החיובית הוא דו-תחמוצת עופרת והמרכיב העיקרי של האלקטרודה השלילית הוא עופרת; במצב טעון, המרכיב העיקרי של האלקטרודות החיוביות והשליליות הוא עופרת גופרתית. מחולקת לסוללות מסוג פליטה ולסוללות חומצת עופרת ללא תחזוקה.

1. מהי סוללת עופרת-חומצה

התכונה הבולטת ביותר של סוללות עופרת היא כיסוי האיטום הפלסטי לא מוברג בחלק העליון וחור האוורור בחלק העליון. מכסי מילוי אלו משמשים למילוי מים טהורים, בדיקת אלקטרוליט וגז פליטה. תיאורטית, סוללות עופרת צריכות לבדוק את צפיפות ורמת הנוזל של האלקטרוליט במהלך כל תחזוקה, ולהוסיף מים מזוקקים אם יש מחסור. עם זאת, עם שדרוג ייצור הסוללות טֶכנוֹלוֹגִיָה, סוללות עופרת התפתחו לסוללות נטולות תחזוקה עופרת ולסוללות נטולות תחזוקה קולואידיות, ואין צורך להוסיף אלקטרוליט או מים מזוקקים בשימוש בסוללות עופרת. המטרה העיקרית היא להשתמש באלקטרודה החיובית ליצירת חמצן, אשר יכול להיספג באלקטרודה השלילית כדי להגיע למחזור החמצן, מה שיכול למנוע הפחתת הלחות. סוללות מים עופרת משמשות בעיקר בטרקטורים, תלת אופן, התנעה של מכוניות וכו', בעוד שלסוללות חומצת עופרת נטולות תחזוקה יש מגוון רחב יותר של יישומים, לרבות אל-פסק, חשמל לרכב חשמלי, סוללות לאופניים חשמליים וכו'. -סוללות חומצה מחולקות לפריקת זרם קבועה (כגון אל-פסק) ופריקה מיידית (כגון סוללות מתנע לרכב) בהתאם לצרכי היישום.

הסוללה מורכבת בעיקרה מלוח חיובי צינורי, לוח שלילי, אלקטרוליט, מפריד, מיכל סוללה, מכסה סוללה, עמוד, כיסוי הזרקה וכו'. האלקטרודות של הסוללה המפוררת מורכבות מתחמוצות עופרת ועופרת, והאלקטרוליט הוא מימי תמיסה של חומצה גופרתית. היתרונות העיקריים הם יציבים מתח ומחיר נמוך; החסרונות הם אנרגיה ספציפית נמוכה (כלומר, האנרגיה החשמלית האצורה לק"ג סוללה), חיי שירות קצרים ותחזוקה יומיומית תכופה. מצברים רגילים מיושנים הם בדרך כלל באורך חיים של כשנתיים, ויש צורך לבדוק באופן קבוע את גובה האלקטרוליט ולהוסיף מים מזוקקים. עם זאת, עם התפתחות הטכנולוגיה, חיי סוללות עופרת התארכו והתחזוקה הפכה לקלה יותר.

2. עקרון העבודה של סוללות עופרת-חומצה

האנודה (PbO₂) והקתודה (Pb) בסוללת העופרת טבולות באלקטרוליט (חומצה גופרתית מדוללת), וחשמל 2V נוצר בין שתי האלקטרודות. זה מבוסס על העיקרון של סוללת העופרת. לאחר הטעינה והפריקה, הקתודה, האנודה והאלקטרוליט יהיו השינויים הבאים:

(אנודה) (אלקטרוליט) (קתודה) PbO₂+2H₂SO₄+Pb=PbSO₄+2H₂O+PbSO₄ (תגובת פריקה). (עופרת דו-חמצנית) (חומצה גופרתית) (עופרת ספוג) הערכיות של Pb ב-PbO₂ יורדת ומצטמצמת, ומטענים שליליים זורמים; הערכיות של Pb בעופרת ספוגית עולה, ומטענים חיוביים זורמים.

(אנודה) (אלקטרוליט) (קתודה) PbSO₄+2H₂O+PbSO₄=PbO₂+2H₂SO₄+Pb (תגובת מטען) (יש להפעיל אנרגיה) (עופרת גופרתית) (מים) (עופרת גופרתית).

הערכיות של עופרת בסולפט העופרת הראשון גדלה ומתחמצנת, והמטען החיובי זורם אל האלקטרודה החיובית; הערכיות של עופרת בסולפט העופרת השני פוחתת ומצטמצמת, והמטען השלילי זורם אל האלקטרודה השלילית.

1. שינויים כימיים בפריקה: כאשר הסוללה מחוברת למכשיר חיצוני מעגל לצורך פריקה, החומצה הגופרית המדוללת תגיב עם החומרים הפעילים על לוחות האנודה והקתודה ליצירת תרכובת חדשה, עופרת גופרתית. מרכיב החומצה הגופרתית משתחרר מהאלקטרוליט דרך הפריקה, וככל שהפריקה ארוכה יותר, כך ריכוז החומצה הגופרית דק יותר. הרכיב הנצרך הוא פרופורציונלי לכמות הפריקה. כל עוד נמדד ריכוז החומצה הגופרתית באלקטרוליט, כלומר מודדים את המשקל הסגולי, ניתן לדעת את כמות הפריקה או החשמל השיורי.

2. שינויים כימיים בזמן הטעינה: מכיוון שהעופרת גופרתית שנוצרת על לוחות האנודה והקתודה במהלך הפריקה יתפרק ויצטמצם לחומצה גופרתית, עופרת ועופרת דו-חמצנית במהלך הטעינה, ריכוז האלקטרוליט בסוללה עולה בהדרגה. כלומר, המשקל הסגולי של האלקטרוליט עולה וחוזר בהדרגה לריכוז לפני הפריקה.

שינוי זה מראה שהחומר הפעיל בסוללה הומר למצב שבו ניתן להפעיל אותו שוב. כאשר סולפט העופרת בשני הקטבים הופך לחומר הפעיל המקורי, הוא שווה לסוף הטעינה, בעוד לוחית הקתודה מייצרת מימן ולוח האנודה מייצר חמצן. , בעת הטעינה לשלב הסופי, הזרם משמש כמעט באלקטרוליזה של מים, כך שהאלקטרוליט יקטן. בשלב זה, יש להשלים אותו במים טהורים.

3. שיטת תחזוקה של סוללת עופרת-חומצה

1. לטמפרטורת הסביבה יש השפעה גדולה יותר על הסוללה. אם טמפרטורת הסביבה גבוהה מדי, הסוללה תיטען יתר על המידה כדי לייצר גז. אם טמפרטורת הסביבה נמוכה מדי, הסוללה תיטען בחסר, מה שישפיע על חיי השירות של הסוללה. לכן, טמפרטורת הסביבה נדרשת בדרך כלל להיות סביב 25 מעלות צלזיוס, וה-UPS צף מתח הערך נקבע גם בהתאם לטמפרטורה זו. ביישומים מעשיים, הסוללה נטענת בדרך כלל בטווח של 5°C עד 35°C. נמוך מ-5 מעלות צלזיוס או גבוה מ-35 מעלות צלזיוס יקטין מאוד את קיבולת הסוללה ויקצר את חיי השירות של הסוללה.

2. לעומק הפריקה יש השפעה רבה על חיי הסוללה. ככל שעומק הפריקה של הסוללה עמוק יותר, מספר המחזורים שהיא משתמשת בה קטן יותר, לכן יש להימנע מפריקה עמוקה במהלך השימוש. למרות של-UPS יש פונקציית הגנה עם פוטנציאל נמוך של סוללה, בדרך כלל כאשר סוללה בודדת מרוקת לכ-10.5V, ה-UPS ייכבה אוטומטית. עם זאת, אם UPS נמצא תחת פריקת עומס קל או פריקה ללא עומס, זה גם יגרום לפריקה עמוקה של הסוללה.

3. במהלך אחסון, הובלה והתקנה, המצבר יאבד חלק מהקיבולת שלו עקב פריקה עצמית. לכן, לפני כניסתה לשימוש לאחר ההתקנה, יש לשפוט את הקיבולת הנותרת של הסוללה לפי השטח הפתוח מעגל מתח הסוללה, ולאחר מכן יש להשתמש בשיטות שונות כדי להטעין את הסוללה. סוללת האחסון שהושארה במצב המתנה תיטען כל 3 חודשים. אתה יכול לשפוט את איכות הסוללה על ידי מדידת הפתיחה מעגל מתח הסוללה. קח סוללת 12V כדוגמה. אם מתח המעגל הפתוח גבוה מ-12.5V, זה אומר שלסוללה יש יותר מ-80% אחסון אנרגיה. אם מתח המעגל הפתוח נמוך מ-12.5V, יש לטעון אותו מיד. אם מתח המעגל הפתוח נמוך מ-12V, זה אומר שהסוללה אוגרת פחות מ-20% מהאנרגיה החשמלית והסוללה אינה שמישה.

4. מתח טעינה. מכיוון שסוללת ה-UPS היא מצב פעולה גיבוי, רשת החשמל נמצאת במצב טעינה בתנאים רגילים ותיפרק רק כאשר החשמל נפסק. על מנת להאריך את חיי השירות של הסוללה, מטעני UPS נשלטים בדרך כלל על ידי הגבלת מתח וזרם קבועים. לאחר טעינת הסוללה במלואה, היא תעבור למצב טעינה צפה, ומתח הטעינה הצף של כל תא מוגדר לכ-13.6V. אם מתח הטעינה גבוה מדי, הסוללה תיטען יתר על המידה, ולהיפך, הסוללה תיטען בחסר. מתח הטעינה החריג עלול להיגרם מתצורת סוללה שגויה או כתוצאה מתקלה במטען. לכן, בעת התקנת המצבר יש לשים לב לנכונות מפרט המצבר ולכמותם, ולא לערבב סוללות במפרטים שונים ובמספרי אצווה שונים. אל תשתמש במטענים נחותים עבור מטענים חיצוניים, ושקול בעיות של פיזור חום בעת ההתקנה. נכון להיום, על מנת לשפר עוד יותר את חיי הסוללה, UPS מתקדמת מאמצת פתרון ABM (Advanced Battery Management) תלת-שלבי לניהול סוללות חכם, כלומר, הטעינה מחולקת לשלושה שלבים: טעינה ראשונית, טעינה צפה ומנוחה: השלב הראשון הוא איזון זרם קבוע טעינה, טען את קיבולת הסוללה ל-90%; השלב השני הוא טעינה צפה, טעינת קיבולת הסוללה ל-100%, ולאחר מכן הפסקת הטעינה; השלב השלישי הוא פריקה טבעית, בשלב זה, הסוללה משתמשת בזרם דליפה משלה כדי לפרוק, עד לגבול המתח התחתון שצוין, ולאחר מכן חזור על שלושת השלבים לעיל. שיטה זו משנה את הטעינה המלאה הקודמת ועדיין שומרת את הסוללה במצב טעינה צף למשך 24 שעות ביממה, ובכך מאריכה את חיי הסוללה.