Стать партнером
ruencn
Стать партнером
ruencn

Терморазгон – причина выхода из строя аккумуляторных батарей

28.11.2019

Как известно, работа свинцово-кислотной аккумуляторной батареи основана на возникновении разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в электролит (водный раствор серной кислоты H2SO4). Активное вещество отрицательного электрода – губчатый свинец (Pb), а положительного электрода – двуокись свинца (PbO2). В системах резервного и автономного питания могут применяться аккумуляторы, изготовленные по разным технологиям: обслуживаемые заливные, герметизированные: гелевые («GEL») или «AGM»-технологии. Вне зависимости от технологии, химические процессы, протекающие в свинцово-кислотных аккумуляторах, схожи. Схожи и причины старения в процессе эксплуатации: сульфатация пластин, коррозия и осыпание активной массы, испарение электролита (или так называемое «высыхание» аккумулятора) и другие. В силу этих негативных процессов старение происходит, как правило, постепенно, достаточно медленно и часто незаметно.

Эффект «терморазгона» как категория старения аккумуляторных батарей

В отдельную категорию старения можно выделить эффект терморазгона (теплового разгона), при котором разрушение происходит в сжатые сроки и наблюдается главным образом в виде термического пробоя.

Физико-химическая природа эффекта «терморазгона» до сих пор окончательно не изучена. Терморазгон возникает внезапно и за короткое время способен превратить аккумулятор в бесформенную груду пластика и свинца, источающую разъедающий и опасный электролит.

Терморазгон аккумулятора – явление самоускоряющегося возрастания тока при заряде аккумуляторных батарей от источника постоянного напряжения, сопровождающегося повышением температуры батареи. Дело в том, что при заряде увеличивается температура электролита, что приводит к росту тока заряда, который может возрасти до значения, приближающегося к значению тока короткого замыкания. А электролит, в свою очередь, может нагреваться по причине окисления в процессе заряда выделяющимся кислородом отрицательного электрода, в результате чего за счет реакций выделяется тепло. Нагретый электролит имеет меньшее сопротивление, что и ведет к увеличению зарядного тока.

Тепловой разгон может произойти при сочетании ряда факторов: недостатке электролита в элементах батареи; «старении» активной массы электродов; повышенном напряжении сети заряда по сравнению с номинальным напряжением; повышении естественной температуры окружающей среды; неблагоприятных условиях воздухообмена в аккумуляторном помещении и теплообмена батареи с окружающей средой. Тепловому разгону могут способствовать также большие эксплуатационные нагрузки.

Как следствие теплового разгона, температура батареи при заряде повышается, что влечёт за собой вероятность дымовыделения за счет деструкции пластмассовых составляющих батарей, оплавление и разрыв корпуса батарей, вылетание предохранительных клапанов под высоким давлением, короткого замыкания и даже взрыва выделенного кислорода и водорода (в процессе с электролиза электролита) с последующим разрушением самой батареи.

Таким образом, возникает критическая ситуация, при которой ток и температура производят накапливающийся взаимно усиливающий эффект, приводящий к разрушению аккумулятора. И если этот процесс вовремя не обнаружить, батарея может разрушиться сама, повредить оборудование и в последующем привести к пожару.

В то же время на практике случались ситуации, когда терморазгон прекращался так же неожиданно, как и начинался. Аккумуляторы остывали и частично возвращали свою форму. Однако батареи все равно были повреждены, и их приходилось менять.

Эффект «терморазгона» характерен не для всех типов аккумуляторных батарей в равной степени. Классические аккумуляторы и аккумуляторы с гелевым электролитом достаточно устойчивы к «терморазгону», хотя не защищены полностью от этого эффекта. Хуже всего в этом отношении ведут себя аккумуляторы, выполненные по «АGМ»-технологии, поскольку электролит в них также как и в заливных батареях имеет жидкую структуру, только абсорбированный в стекловолокнистых сепараторах, но при этом отсутствует возможность его восполнения.

Факторы, повышающие риск появления эффекта терморазгона

Ниже перечислены факторы, которые влияют на возможность появления эффекта терморазгона:

  • прерывистый или «пульсирующий» заряд из-за нестабильного внешнего источника энергии или некачественного зарядного устройства;
  • слишком долгое нахождение в фазе абсорбции – «перезаряд»;
  • плохой теплоотвод или повышенная температура окружающей среды;
  • отклонение от требований эксплуатационной документации для конкретного типа аккумуляторных батарей в части проведения заряда.

Для предотвращения теплового разгона проводятся следующие меро¬приятия:

  • периодический контроль внешнего вида аккумуляторов, уровня электролита для заливных батарей;
  • контроль тока заряда и напряжения заряда;
  • применение температурной компенсации (температурного коэффициента) при отклонении внешней температуры от номинальной, рекомендованной производителем (20ºС-25ºС);
  • обеспечение должной естественной, а при необходимости и принудительной вентиляции, достаточного воздухообмена и теплообмена в группе батарей;
  • исключение плотной компоновки аккумуляторов (элементов) в группе батареи.

Нетрудно заметить, что при заряде отдельного аккумулятора все факторы риска устранимы обеспечением правильных условий эксплуатации и зарядного алгоритма. Однако в системах резервного энергоснабжения редко используется менее двух аккумуляторов. При параллельно-последовательном соединении группы аккумуляторных батарей зарядное устройство «видит» значения зарядного тока и напряжения только на оконечных клеммах, поэтому на отдельных аккумуляторах напряжения могут серьезно отличаться от рекомендуемых значений. Аккумулятор, имеющий более высокий уровень саморазряда (больший ток утечки), может вызывать перезаряд последовательно соединенных с ним элементов и неполный заряд параллельно соединенных с ним элементов. В этом случае перезаряд повышает риск проявления практически всех разрушающих процессов, а особенно процесс терморазгона. Поэтому для уменьшения опасности все аккумуляторы в цепочке должны иметь одинаковое состояние заряда, внутреннее сопротивление и максимально близкие значения емкости.

Для новых установок рекомендуется использовать аккумуляторы не только одного производителя, одной марки, одной номинальной емкости, но и одной заводской партии. Однако практика показывает, что и в одной партии не бывает даже двух аккумуляторов с точно совпадающими характеристиками фактической емкости, внутреннего сопротивления, степени заряда и внутренних токов утечки.

Тем более требование одинаковых характеристик недостижимо, когда возникает необходимость замены поврежденного аккумулятора в уже эксплуатируемой группе батарей.

Систематические перезаряды аккумуляторов с меньшей емкостью и возможные переполюсовки недозаряженных аккумуляторов при глубоких разрядах приводят к накоплению повреждений и выходу из строя отдельных аккумуляторов. В силу эффекта терморазгона даже один вышедший из строя аккумулятор может уничтожить всю группу батареи.

Как видно, явление терморазгона имеет большой практический и теоретический интерес. Это, пожалуй, единственное самоускоряющееся явление в аккумуляторах, происходящее столь бурно и практически независимо от эксплуатирующего батарею персонала, сопровождаемое множеством визуальных и тепловых эффектов, и практически не поддающееся управлению.

Таким образом, полностью защититься от эффекта терморазгона на практике невозможно, но можно максимально снизить риск этого побочного явления, соблюдая все условия правильной эксплуатации, прописанные производителем.

Отправить заявку

Оставьте свои контактные данные, и наши специалисты свяжутся с вами, для консультации или оформления заказа