Замена щелочных АБ на свинцово-кислотные

Замена щелочных АБ на свинцово-кислотные

Источник: Химические источники тока

АККУМУЛЯТОР — химический источник тока, который после разряда обладает возможностью заряда (преобразования электрической энергии в химическую) путем пропускания через него электрического тока обратного направления.

Мы рассматриваем две электрохимические системы аккумуляторов, свинцовую (кислотную) и никель-железную (щелочную):

   Свинцовый аккумулятор состоит из двух блоков пластин погруженных в электролит (25-29%-ный водный раствор серной кислоты). Положительные пластины – представляют собой трубчатые цилиндры из нетканных материалов, заполненных активной массой — диоксидом свинца PbO2 (панцирный электрод) или свинцовые каркасы заполненные активной массой, также диоксидом свинца PbO2 (намазной электрод), отрицательные – представляют собой свинцовые каркасы, заполненные активной массой, состоящей из губчатого свинца (намазной электрод). После изготовления пластины подвергаются электролитической обработке – формовке. При разряде активная масса положительной и отрицательной пластин переходит в сернистое соединение свинца PbSO4 с выделением воды, что уменьшает концентрацию электролита, его проводимость и снижает э.д.с. аккумулятора. При снижении плотности электролита до 1.14 — 1.13 г/см3 разряд следует прекратить во избежание сульфатации пластин – образования на них нерастворимого сернистого свинца.

При заряде через аккумулятор проходит ток, имеющий направление, противоположное току разряда. Происходит обратная химическая реакция и на электродах восстанавливается диоксид свинца и губчатый свинец. Во избежание сульфатации аккумулятор необходимо содержать в заряженном состоянии, периодически проверять уровень, плотность электролита, напряжение под нагрузкой.

Токообразующий процесс в свинцовом аккумуляторе описывается реакцией:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 ↔ 2PbSO4 + 2H2O

э.д.с. свинцового аккумулятора зависит от концентрации серной кислоты. Другими словами, увеличив плотность электролита можно повысить емкость аккумулятора, но при этом ресурс аккумулятора резко снижается.

к.п.д. кислотного аккумулятора составляет 0,75-0,8.

   Никель-железный аккумулятор состоит из двух блоков, расположенных в стальном сосуде с электролитом (водный раствор едкого кали КОН или едкого натра NaOH, с добавлением едкого лития LiOH). Пластины представляю собой стальные рамки с вставленными в них стальными перфорированными коробочками, заполненными активной массой (ламельный тип электродов). Активная масса отрицательных пластин состоит из губчатого железа, положительных пластин – из гидрата окиси никеля Ni(OH)3. Гидрат окиси никеля при разряде переходит в гидрат закиси никеля, а губчатое железо – в гидрат закиси железа. При заряде реакция идет в обратном направлении – происходит восстановление массы электродов. Концентрация электролита в процессе разряда и заряда остается неизменной.

2NiOOH + Fe + 2H2O ↔ 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2

к.п.д. щелочного аккумулятора составляет 0,5-0,6.

   Для более наглядного сравнения эксплуатационных характеристик свинцовых и никель-железных аккумуляторных батарей возьмем две батареи близкие по параметрам, применяемые на самом распространенном Российском электропогрузчике ЭП-103КО:
36ТНЖ-300ВМ У2 и 22х5А350 (22х6А420).

Обе батареи производятся на Курском аккумуляторном заводе.

1. Стоимость АКБ.

Ориентировочная стоимость АКБ составляет:
36ТНЖ-300ВМ У2 ~ 55000,00 руб.*;
22х5А350 ~ 44000,00 руб.;
(22х6А420 ~ 51000,00 руб.)

* следует заметить, что за период с начала ноября по конец декабря 2004 года стоимость щелочных аккумуляторов увеличивалась уже трижды.

2. Стоимость электролита.

В щелочной АКБ находится 180 кг калиево-литиевого электролита, плотностью 1,19–1,21 г/см3. Стоимость 1 кг электролита составляет, в среднем, 25,0 руб. Итого в сумме 4500,00 руб*.

В кислотной АКБ находится 130 кг серно-кислотного электролита, плотностью 1,27 г/см3. Стоимость 1 кг составляет около 4,0 руб. Итого в сумме 520,00 руб. (Для 22х6А420 количество электролита равно 160 кг на сумму 640,00 руб.)

* щелочной электролит подлежит полной замене раз в год, поскольку он теряет свои электролитические свойства в процессе эксплуатации.

3. Стоимость зарядных устройств.

Для зарядки щелочных батарей можно использовать несколько типов зарядных устройств –

ТПП-160/70, УЗА-150/80, ЗУ-75А-75В. Но, первые два типа сейчас не производятся. Поэтому берем для рассмотрения ЗУ-75А-75В. Его цена ~50000,00 руб.

Для зарядки кислотных аккумуляторов мы рекомендуем зарядное устройство MORAN «EASY» (Италия) типа AM 44/080RE (AM 44/100RE), стоимостью ~ 21000,00 руб. (~ 23000,00 руб.).

4. Экономия электроэнергии при зарядке батарей.

Кислотные аккумуляторы имеют низкое внутреннее сопротивлении и, следовательно, более высокий к.п.д. Поэтому, для ее зарядки требуется затрачивать меньше электроэнергии. Что бы зарядить кислотную батарею, требуется отдать ей количество электричества, эквивалентное 130% емкости, для щелочной батареи, ввиду более высокого внутреннего сопротивления, этот показатель составляет 170%*.

* с другой стороны высокое внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов делает их более устойчивыми к коротким замыканиям.

Оценочный расчет расхода электроэнергии на зарядку аккумуляторных батарей.

1.Исходные данные для 36ТНЖ-300ВМ У2.
Uном=43.2В
при заряде, к батарее должно быть приложено напряжение из расчета 1.6В/элемент:
Uзар=1.6х36=57.6В;
ток заряда составляет 25% от емкости аккумуляторной батареи:
Iзар=75А; время заряда составляет 8 ч:
Wзар=Uзар х Iзар х tзар= 57.6х75х8=34.56 кВт*час

2.Исходные данные для 22х5А350 (22х6А420).
Uном=44.0В
при зарядке, к батарее должно быть приложено напряжение из расчета 2.65В/элемент:
Uзар=2.65х22=58.3В;

Согласно зарядной характеристике Wa, зарядка кислотной батареи происходит в две ступени. Ток заряда первой ступени составляет 20% от емкости аккумуляторной батареи, ток второй ступени составляет 10% от емкости. Т.е. 70А и 35А соответственно (84А и 42А). Ток в конце заряда составляет приблизительно 5% от емкости батареи, 10А. Для упрощения расчета будем ориентироваться на зарядную характеристику UI, при которой величина тока при заряде остается неизменной и составляет 20% от емкости аккумулятора. Время заряда при этом сокращается до 6-8 часов:

Iзар=70А (Iзар=84А); время заряда составляет 7 ч:
Wзар=58.3х70х7=28.57 кВт*час (Wзар=58.3х84х7=34.28 кВт*час)

Экономия составляет ~ 21% на одну батарею за смену (!), даже при том, что емкость кислотной АКБ больше на 16,7 %. Вывод, чем больше погрузочной техники работает на кислотных АКБ и чем интенсивнее режим работы, тем больше экономия. (В случае с АКБ 22х6А420, потребление электроэнергии при зарядке равнозначно щелочной батарее, но емкость больше на 40% !!!)

5. Ресурс работы.

Ресурс работы никель-железных батарей составляет от 500 до 1000 циклов заряд-разряд, для кислотных аккумуляторных батарей этот показатель составляет от 800 до 1200 циклов заряд-разряд для намазных АКБ, до 1500 циклов для панцирных АКБ.

6. Продолжительность работы погрузочной техники.

Напряжение никель-железного элемента составляет 1.2В, свинцового – 2.0В. Следовательно, что бы набрать аккумуляторную батарею нужного напряжения, кислотных аккумуляторов потребуется меньше, чем щелочных. Следовательно, в габариты аккумуляторного ящика, предусмотренного для установки щелочной батареи, можно установит кислотную батарею большей емкости. Увеличивается продолжительность работы погрузочной техники на одной зарядке, что позволяет более эффективно проводить погрузо-разгрузочные работы.

Рассчитать точное время работы погрузчика затруднительно, поскольку надо точно знать режим его работы, т.е. потребление тока, в каждый конкретный момент времени (разгон, прямолинейное движение, подъем груза, опускание груза, вес груза и т.д.).

Приведенные расчеты не претендуют на абсолютную точность. Они позволяют качественно сравнить два типа аккумуляторных батарей. У кислотных батарей есть свои недостатки: они более требовательны к качеству обслуживания, более чувствительны к перезарядам и глубоким разрядам. При переводе техники с щелочных батарей на кислотные потребуется оборудовать отдельное зарядное помещение, поскольку совместная зарядка двух типов батарей по нормам безопасности категорически запрещена, по условиям взрывобезопасности.

Но, в качестве тяговых аккумуляторов, в подавляющем большинстве случаев, свинцовые батареи имеют неоспоримые преимущества перед щелочными. Это подтверждает и наш 8-летний опыт работы в этом направлении, и все большее распространение кислотных тяговых батарей в нашей стране.

 

Эта статья прочитана 1925 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 62
    ГЛАВА 2 АККУМУЛЯТОРЫ Аккумуляторы являются химическими источниками электрической энергии многоразового действия. Они состоят из двух электродов (положительного и отрицательного), электролита и корпуса. Накопление энергии в аккумуляторе происходит при протекании химической реакции окисления-восстановления электродов. При разряде аккумулятора происходят обратные процессы. Напряжение…
  • 59
    Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г.Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…
  • 59
    СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СВЯЗИ О. Чекстер, И. Джосан Источник: Технологии и средства связи № 2, 2004 При организации электропитания аппаратуры связи широкое применение находят аккумуляторные установки: их применяют для обеспечения бесперебойности и надлежащего качества электропитания оборудования связи, в…
  • 58
    ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА Автор: Котомин В.Э. Зарядить аккумулятор очень просто: если Вы не перепутали полярность и обеспечили приемлемый ток, то главное – вовремя остановиться. Сегодня мало кто представляет свою повседневную жизнь без аккумуляторов. Кроме мобильных телефонов, портативных…
  • 56
    ГЛАВА 1 ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА ОДНОРАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ Гальванические источники тока одноразового действия представляют собой унифицированный контейнер, в котором находятся электролит, абсорбируемый активным материалом сепаратора, и электроды (анод и катод), поэтому они называются сухими элементами. Этот термин используется применительно ко всем…
  • 55
    Типы аккумуляторных батарей и области их применения Основные типы аккумуляторов следующие (смотрите по ссылкам для более подробной информации о каждом из типов аккумуляторов: свинцово-кислотные стартерные (автомобильные) AGM (герметичные) герметичные гелевые герметичные гелевые с трубчатыми электродами (OPzV) заливные с намазными пластинами…
Реклама

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *