Целью эксперимента являлось оценить реальность конструкционных отличий аккумуляторных батарей/аккумуляторов с заявленными производителем (компанией CSB) сроками службы. В данном случае мы взяли следующие аккумуляторы:
CSB GP 1272 (заявлена как имеющая срок службы 5 лет)
CSB GPL 1272 (заявлена как имеющая срок службы до 10 лет).
Для начала несколько общих положений.
Оба аккумулятора выполнены по технологии абсорбированного электролита (AGM), заключающейся в том, что между ;положительной и отрицательной пластинами находится сепаратор, выполненный из нетканого стекловолокна, пропитанного смесью воды и кислоты.
Пластины же представляют собой решетки из сплава свинца, цинка и кальция, покрытые (намазанные) активным материалом, состоящим из порошка свинца, порошка оксида свинца, воды и кислоты. Намазанные решетки подвергаются последующей сушке в печах для отверждения намазки и адгезии ее к решетке. Аккумуляторы имеют специальный клапан безопасности, сбрасывающий давление (обычно более 2 атмосфер) газов (водорода и кислорода) и паров кислоты внутри корпуса аккумуляторной батареи. Клапан не должен работать в штатных условиях эксплуатации.
Хотелось бы сразу уточнить что более правильно было бы говорить о заявленном (расчетном) сроке службы аккумулятора — параметре полученном расчетно-опытным путем. Просто «срок службы» это достоверный период времени работы аккумуляторной батареи в реальных условиях эксплуатации — и для его определения придется подождать момента выхода батареи из строя.
Примечание: в соответствие со стандартом IEEE-485 окончанием срока службы является момент, когда аккумулятор сохраняет не более 80% своей изначальной емкости.
Потеря емкости происходит:
из-за процессов коррозии решеток
осыпания и отслоения намазки
высыхания электролита вследствие выхода паров и газов через клапан сброса
коррозии соединительных швов элементов ячеек аккумулятора (например, в местах припоя ярлычка отбора энергии пластины и общей положительной или отрицательной шины ячейки)
Следует иметь ввиду, что в течение срока службы аккумуляторной батареи происходит рост геометрических размеров ее положительной пластины что, в конечном результате, приводит к вздутию аккумулятора .
Известно, что срок службы АКБ связан, в основном, с толщиной положительной пластины, емкость АКБ связана с геометрическими размерами пластин батареи, а мощность аккумулятора (при разряде с постоянной мощностью) зависит, в том, числе и от плотности намазки активного материала на решетке.
Заметим, что АКБ разработанные для работы в буферном режиме (например в системах гарантированного питания, где отсутствие питающего напряжения является скорее аварией нежели штатной ситуацией) и АКБ, разработанные для цикличных режимов работы (например системы ветро- и солнечной энергетики) имеют различные подходы к конструкции и применяем материалам. К слову—автомобильные (стартерные) аккумуляторы имеют совершенно отличную конструкцию и применяемые материалы.
Однако, вернемся к нашему эксперименту.
Тип клемм —F2 (широкие).
Цвет корпуса—светло-серый пластик. Буквы FR в названии означают, что корпус и крышка выполнены из пламя-гасящего пластика— Flame-Retardant
По плану эксперимента мы вскрыли каждую батарею удалив часть крышки над ячейками по центру АКБ
Как видно основное отличие между батареями GP и GPL состоит в толщине стопки пластин и сепараторов конкретной ячейки. У батареи GP толщина этой стопки приблизительно на 6 мм меньше при одинаковой ширине самой ячейки обеих аккумуляторных батарей.
Для удержания стопки пластин и сепараторов в ячейке аккумулятора GP1272 имеется пластиковая пластина— вставка (показана стрелкой). При этом мы убедились в том, что ширина ячейки батареи перпендикулярная ориентации пластин одинакова у обеих батарей.
В соответствие с нашими измерениями ширина и высота пластин (положительных и отрицательных) обеих батарей одинаковы.
1. Электрическое соединение между ячейками осуществлено через край перемычки, через толщу крышки.
Для герметизации ячеек пространство перемычки в крышке залито смолой.
2. Вставка, удерживающая стопку пластин и сепараторов в аккумуляторе CSB GP 1272
Мы вытащили содержимое ячейки и для большей наглядности раскрыли пластины как страницы книги.
можно видеть, что сепараторы U-образно обернуты вокруг положительных пластин. Такое размещение сепаратора позволяет избежать короткого замыкания между пластинами по дну ячейки при осыпании намазки в процессе эксплуатации аккумулятора.
Сразу же бросается в глаза разница в толщине положительной и отрицательной пластин, что является нормой для свинцово-кислотных герметичных батарей.
Мы промерили толщины всех пластин из ячеек обеих батарей —большой разницы в толщинах положительных пластин одной батареи не обнаружили. Отличие в толщине аккумуляторов GP и GPL составило 40%.
Аналогичным образом были промерены толщины отрицательных пластин обеих АКБ. Результаты измерений приведены в таблице 1.
Отрицательные пластины батарей GP и GPL также имеют различную толщину.
На следующем этапе мы сравнили качество поверхностей положительных и отрицательных пластин рассматриваемых АКБ.
Качество поверхности пластин идентично(равномерность намазки с обеих сторон), что свидетельствует о единой технологии намазки и, в свою очередь, сказывается на сроке службы батареи.
Пластины АКБ серии GPL выглядят аналогичным образом.
В то же время поверхности отрицательной пластины АКБ серии GP разные.
Одна сторона пластины имеет равномерную намазку, в то время как на другой стороне этой же пластины видны продольные следы ленты конвейера сушки.
Такое состояние намазки допустимо для батарей малой емкости. В аккумуляторах большей емкости разница в намазке сторон пластин приводит к девиации электрических параметров между ячейками, что в свою очередь, сильно сказывается на сроке службы всей батареи.
Также мы сочли нужным сравнить и конструкции клапанов сброса, т. к. этот элемент конструкции оказывает огромное влияние на срок службы АКБ.
В начальный момент наших действий при вскрытии обеих аккумуляторов послышался характерный звук вырывающегося через разрез газа. Из этого следует, что в обеих АКБ было давление паров кислоты и газов, которое удерживалось клапаном конкретной ячейки.
То есть ячейка была герметичной.
Конструкция клапанов обеих батареи идентична и проста: пламя- и пыле-отсекающая крышка сверху с герметичной крышкой из мягкого пластика, надетой на патрубок клапана в натяг, что и обеспечивает герметизацию.
Целью нашего эксперимента было попытаться понять реальны ли различия между АКБ со сроком службы 5 и 10 лет.
Как можно видеть — по основному параметру, определяющему срок службы аккумулятора (толщине положительной пластины) есть отличия между АКБ с заявленными сроками службы 5 и 10 лет. Батарея GP, заявленная производителем как 5-ти летняя, имеет толщину положительной пластины 3,0 мм. Толщина положительной пластины батареи GPL, заявленной производителем как 10-ти летняя , составляет 4,2 мм.