VRLA 배터리

VRLA battery
AGM Battery
12V VRLA 배터리로, 일반적으로 소형 무정전 전원 장치 및 비상등에 사용됩니다.

밸브 조절 납산(VRLA) 배터리, 일반적으로 밀봉 납산(SLA) 배터리로 알려져 있습니다.[1]은 플레이트 분리기에 흡수되거나 겔로 형성되는 제한된 양의 전해질(" starved" 전해질); 셀 내에서 산소 재결합이 용이하도록 음 플레이트와 양 플레이트의 비율; 및 배터리 내용물을 독립적으로 유지하는 릴리프 밸브(relief valve)의 존재를 특징으로 하는 납-산 배터리의 유형입니다.세포들의 위치.[2]

VRLA 배터리는 크게 흡수 유리 매트(AGM)와 겔 셀(Gel Battery) 두 종류가 있습니다.[3]겔 셀은 전해질에 실리카 먼지를 첨가하여 젤처럼 두꺼운 퍼티를 형성합니다.AGM(흡수성 유리 매트) 배터리는 배터리 플레이트 사이에 섬유 유리 메쉬가 있어 전해액을 담고 플레이트를 분리하는 역할을 합니다.두 VRLA 배터리 유형 모두 VLA(Flooded Vented Lead-acid) 배터리 또는 서로에 비해 장단점을 제공합니다.[4]

이러한 구조로 인해 겔 셀 및 AGM 유형의 VRLA는 어떤 방향으로든 장착할 수 있으며, 지속적인 유지보수가 필요하지 않습니다.VRLA 배터리는 여전히 세척 및 정기적인 기능 테스트가 필요하기 때문에 "유지보수가 필요 없는"이라는 용어는 잘못된 이름입니다.이 제품들은 리튬 이온과 같은 다른 낮은 유지보수 기술에 비해 저렴한 비용으로 대용량의 스토리지를 필요로 하는 대형 휴대용 전기 장치, 오프 그리드 전력 시스템 및 이와 유사한 역할에 널리 사용됩니다.

역사

최초의 납-산 겔 배터리는 1934년 Electrotechnische Fabrik Sonneberg에 의해 발명되었습니다.[5]현대의 젤 혹은 VRLA 배터리는 1957년 소넨샤인의 오토 자체에 의해 발명되었습니다.[6][7]최초의 AGM 세포는 1972년 게이츠 러버 코퍼레이션에 의해 특허를 받았고 현재는 EnerSys에 의해 생산된 Cyclon이었습니다.[8]사이클론은 얇은 납 호일 전극을 가진 나선형 감긴 셀입니다.많은 제조사들이 기존의 평판이 있는 셀에서 그것을 구현하기 위한 기술을 손에 넣었습니다.1980년대 중반, 두 영국 회사인 Cloride와 Tungstone은 새로운 디지털 교환을 지원하기 위한 배터리에 대한 영국 통신 사양에 자극을 받아 최대 400Ah 용량의 10년 수명 AGM 배터리를 동시에 출시했습니다.같은 기간에 게이츠는 항공기와 군사용 배터리를 전문으로 하는 또 다른 영국 회사인 발리를 인수했습니다.Valley는 Cyclon 납박 기술을 적용하여 매우 높은 속도의 평판 배터리를 생산했습니다.BAE 125 및 146 비즈니스 제트기, 해리어 및 그 파생 모델인 AV8B, 일부 F16 변종을 포함한 다양한 항공기에 대한 승인을 얻었으며, 당시 표준 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 배터리의 첫 번째 대안으로.[6]

기본원리

주요 기사 : 납축전지
1953년형 자동차 배터리 절개도

납-산 셀은 희석된 황산으로 구성된 전해질에 현탁된 전극 역할을 하는 납의 두 판으로 구성됩니다.VRLA 셀은 전해질이 고정된 것을 제외하고는 동일한 화학성을 갖습니다.이것은 AGM에서 섬유 유리 매트로 이루어지는데, 겔 배터리 또는 "겔 셀"에서 전해질은 전해질에 실리카 및 기타 겔화제를 첨가하여 만든 겔과 같은 페이스트 형태입니다.[9]

세포가 배출될 때 납과 희석된 산은 황산납과 물을 생성하는 화학 반응을 겪습니다.세포가 나중에 충전되면 황산납과 물은 다시 납과 산으로 바뀝니다.모든 납축 배터리 설계에서 충전 전류는 배터리가 에너지를 흡수하는 능력과 일치하도록 조정해야 합니다.충전전류가 너무 크면 전기분해가 일어나 물을 수소와 산소로 분해하고 황산연과 납을 이산화납, 납, 황산으로 변환(배출과정의 반대)하게 됩니다.기존의 침수 셀처럼 이러한 가스가 빠져나간다면 배터리에 물(또는 전해질)이 수시로 추가되어야 합니다.반대로 VRLA 배터리는 압력이 안전 수준 내에 유지되는 한 배터리 내에 발생한 가스를 유지합니다.정상적인 작동 조건에서 가스는 배터리 자체 내에서, 때로는 촉매를 사용하여 재결합할 수 있으며, 추가적인 전해질은 필요하지 않습니다.[10][11]그러나 압력이 안전 한계를 초과하면 안전 밸브가 열려 과잉 가스가 빠져나가고, 그렇게 함으로써 압력을 안전 수준으로 다시 조절합니다(따라서 "VRLA"에서 "밸브 조절").[12]

시공

VRLA 배터리의 각 셀에는 일반적으로 재충전의 결과로 배터리가 수소 가스의 압력을 형성하기 시작할 때 활성화되는 감압 밸브가 있습니다.[12]

셀 커버에는 일반적으로 가스 디퓨저가 내장되어 있어 과충전 시 발생할 수 있는 여분의 수소를 안전하게 분산시킬 수 있습니다.영구적으로 밀봉되지는 않지만 유지보수가 필요 없는 제품으로 지정되어 있습니다.산 누출을 방지하고 플레이트의 방향을 수직으로 유지하기 위해 똑바로 유지해야 하는 일반 납축 배터리와 달리 어떤 방식으로든 방향을 잡을 수 있습니다.셀은 플레이트를 수평(팬케이크 스타일)으로 작동하여 사이클 수명을 향상시킬 수 있습니다.[13]

흡수유리매트(AGM)

AGM 배터리는 플레이트가 자유롭게 침수되는 것과는 달리 유리 매트에 전해질이 보관된다는 점에서 침수된 납축 배터리와 다릅니다.매우 얇은 유리 섬유는 평생 동안 충분한 양의 전해질을 세포에 담을 수 있을 정도의 표면적을 증가시키기 위해 매트로 짜여집니다.미세 유리 매트를 구성하는 섬유는 흡수되지 않고 산성 전해질의 영향을 받지 않습니다.이 매트들은 제조가 완료되기 직전에 산에 담근 후 2~5% 정도 짜냅니다.

AGM 배터리의 플레이트는 모양이 다를 수 있습니다.납작한 것도 있고 구부리거나 말리는 것도 있습니다.AGM 배터리의 딥 사이클 및 시동 유형은 모두 BCI(Battery Council International) 배터리 코드 사양에 따라 직사각형 케이스에 내장됩니다.

AGM 배터리는 광범위한 온도 범위 내에서 기존 배터리보다 자가 방전에 더 강합니다.[14]

납축 배터리와 마찬가지로 AGM 배터리의 수명을 최대화하기 위해서는 제조사의 충전 사양을 따르는 것이 중요하며 전압 조절형 충전기를 사용하는 것이 좋습니다.[15]방전깊이(DOD)와 배터리의 사이클 수명은 직접적인 상관관계가 있으며,[16] DOD에 따라 500~1300 사이클의 차이가 있습니다.

젤 건전지

플레이트에 겔화된 전해질의 흰색 고벳을 부착한 깨진 겔 배터리

원래 겔 배터리의 일종은 1930년대 초에 황산에 실리카를 첨가하여 휴대용 밸브(튜브) 무선 LT 공급(2, 4, 6 V)을 위해 생산되었습니다.[17]이 시기에 유리 케이스는 셀룰로이드로 대체되었고, 그 후 1930년대에 다른 플라스틱으로 대체되었습니다.유리병 안의 이전의 "습식" 전지는 1927년에서 1931년 또는 1932년에 수직에서 수평 방향으로 기울어지는 것을 허용하는 특수 밸브를 사용했습니다.[18]휴대용 세트를 거칠게 다루었을 때 젤 셀이 새는 일이 적었습니다.

현대적인 겔 배터리는 겔화된 전해질을 가진 VRLA 배터리입니다. 황산은 흄드 실리카와 혼합되어 생성된 질량을 겔처럼 만들고 움직이지 않게 만듭니다.침수된 습식 셀 납축 배터리와 달리 이 배터리는 똑바로 유지할 필요가 없습니다.겔 배터리는 습식 셀 배터리에 흔히 발생하는 전해질 증발, 유출(및 그에 따른 부식 문제)을 감소시키고 충격과 진동에 대해 더 큰 저항력을 자랑합니다.화학적으로 납판의 안티몬이 칼슘으로 대체되고 가스 재결합이 일어날 수 있다는 점을 제외하면 습식(비밀봉) 배터리와 거의 비슷합니다.

적용들

시중에 판매되고 있는 많은 현대 모터사이클 및 전지형 차량(ATV)은 코너링, 진동 또는 사고 후에 산이 쏟아질 가능성을 줄이기 위해 AGM 배터리를 사용합니다.오토바이 설계에 필요한 경우 홀수 각도로 더 가볍고 작은 배터리를 장착할 수 있습니다.침수된 납축 배터리에 비해 제조 비용이 높기 때문에 AGM 배터리는 현재 고급 차량에 사용되고 있습니다.차량이 무거워지고 내비게이션 및 안정성 제어와 같은 더 많은 전자 장치가 장착됨에 따라 AGM 배터리는 침수된 납축 배터리에 비해 차량 무게를 줄이고 더 나은 전기적 신뢰성을 제공하기 위해 사용되고 있습니다.

2007년 3월부터 출시된 5시리즈 BMW는 AGM 배터리를 회생제동 및 컴퓨터 제어를 통해 브레이크 에너지를 회수하는 장치와 함께 통합하여 차량이 감속할 때 알터네이터가 배터리를 충전할 수 있도록 합니다.자동차 경주에 사용되는 차량은 진동 저항성 때문에 AGM 배터리를 사용할 수 있습니다.AGM 배터리는 차체 패널을 교체할 때 손상을 입을 수 있는 전해액 누출 가능성이 훨씬 낮기 때문에 클래식 차량에서도 일반적으로 사용됩니다.

딥 사이클 AGM은 에너지 저장 은행으로서 오프 그리드 태양광 발전 및 풍력 발전 설비와 FIRST 및 IGVC 대회와 같은 대규모 아마추어 로봇 공학에도 일반적으로 사용됩니다.

AGM 배터리는 북극의 얼음 측정소와 같은 원격 센서를 위해 일상적으로 선택됩니다.AGM 배터리는 자유 전해질이 없기 때문에 이런 추운 환경에서는 금이 가고 새지 않습니다.

VRLA 배터리는 극도로 낮은 가스와 산의 출력으로 실내에서 사용하기에 훨씬 더 안전하기 때문에 파워 휠체어와 모빌리티 스쿠터에 널리 사용됩니다.VRLA 배터리는 또한 무정전 전원 공급 장치(UPS)에서 전기 전원이 차단될 때 백업으로 사용됩니다.

VRLA 배터리는 다양한 비행 자세와 부작용이 없는 비교적 큰 주변 온도 범위를 견딜 수 있기 때문에 돛대의 표준 동력원이기도 합니다.그러나 충전 시스템은 다양한 온도로 조정해야 합니다.[19]

VRLA 배터리는 전력 밀도, 가스 제거, 유지보수 감소 및 안전성 향상으로 인해 미국 핵잠수함 함대에 사용됩니다.[20]

AGM과 겔 셀 배터리는 해양 레저 목적으로도 사용되며, AGM은 일반적으로 사용할 수 있습니다.AGM 딥 사이클 해양 배터리는 여러 공급업체에서 제공하고 있습니다.일반적으로 기존의 침수 셀에 비해 비용 효율적인 솔루션으로 간주되지만, 유지보수 및 유출 방지 품질이 낮기 때문에 일반적으로 선호됩니다.

통신 애플리케이션에서, Telcordia Technologies 요구 사항 문서 GR-4228, 안전 및 성능 요구 사항에 기초한 밸브 규제 납-산(VRLA) 배터리 스트링 인증 수준을 준수하는 VRLA 배터리는 외부 발전소(OSP)에서 제어 환경과 같은 위치에 배치할 것을 권장합니다.CEV(멘탈 볼트), EEE(Electronic Equipment Enclosure) 및 오두막, 캐비닛과 같은 통제되지 않는 구조물.통신에서 VRLA에 비해 VRLA Omic Measurement Type Equipment(OMTE) 및 OMTE와 유사한 측정 장비를 사용하는 것은 통신 배터리 공장을 평가하는 상당히 새로운 프로세스입니다.[21]오믹 테스트 장비를 적절히 사용하면 배터리를 사용하지 않고도 배터리를 테스트하여 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리는 방전 테스트를 수행할 수 있습니다.

침수된 납-산 셀과의 비교

VRLA 겔 및 AGM 배터리는 VRLA 침수 납축 배터리 및 기존 납축 배터리와 비교하여 여러 가지 장점을 제공합니다.밸브는 과압 고장에서만 작동하기 때문에 배터리는 어느 위치에나 장착할 수 있습니다.배터리 시스템은 재조합되어 과충전 시 가스 배출을 제거하도록 설계되어 있으므로 실내 환기 요구량이 감소하고 정상 작동 시 산성 흄이 배출되지 않습니다.침수된 셀 가스 배출은 제한된 최소 면적을 제외하고는 거의 영향을 미치지 않으며 국내 사용자에게는 거의 위협이 되지 않습니다. 따라서 수명 연장을 위해 설계된 습식 셀 배터리는 kWh당 비용을 절감합니다.겔 배터리에서는 케이스의 손상이나 벤팅(venting)시 방출될 수 있는 자유 전해질의 부피가 매우 작습니다.전해질 수준을 확인하거나 전기 분해로 인해 손실된 물을 보충할 필요(또는 능력)가 없으므로 검사 및 유지보수 요구사항이 줄어듭니다.[22]습식 전지 배터리는 자가 물 공급 시스템으로 유지하거나 3개월마다 보충할 수 있습니다.일반적으로 증류수를 첨가하는 요구사항은 과충전으로 인해 발생합니다.잘 규제된 시스템은 3개월마다 한 번씩 더 자주 보충할 필요가 없습니다.

모든 납축 배터리의 근본적인 단점은 고유한 3단계 충전 프로세스(대량 충전, 흡수 충전 및 (유지보수) 플로트 충전 단계)에서 발생하는 비교적 긴 충전 사이클 시간이 요구된다는 것입니다.모든 납축 배터리는 유형에 관계없이 용량의 약 70%까지 빠르게 대량 충전됩니다. 이 기간 동안 배터리는 몇 시간 내에 전압 설정점에서 결정된 대규모 전류 입력을 수용합니다(특정 Ah 배터리에 대해 설계 C-rate 벌크 스테이지 전류를 공급할 수 있는 충전 소스 포함).

그러나 이들은 초기 벌크 충전 후 전류-테이퍼링 중간 흡수 충전 단계에서 LA 배터리 충전 허용률이 점차 감소하고 배터리가 더 높은 C-rate를 수용하지 못할 때 더 오랜 시간이 소요됩니다.흡수단 전압 설정점에 도달하면(그리고 충전 전류가 가늘어짐), 충전기는 매우 낮은 C-rate에서 플로팅 전압 설정점으로 전환하여 배터리의 완전 충전 상태를 무한정 유지합니다(플로팅단은 시간 경과에 따라 배터리의 정상적인 자가 방전을 상쇄함).

충전기가 충분한 흡수 단계 충전 시간과 C-rate('평원' 또는 시간 초과, 저렴한 태양열 충전기의 일반적인 고장)를 제공하지 못할 경우 배터리 용량과 수명이 크게 단축됩니다.

최대한의 수명을 보장하기 위해 납축 배터리는 가능한 한 방전 사이클 후에 완전히 충전되어 황화를 방지해야 하며, 보관 중이거나 유휴 상태일 때 플로트 소스에 의해 만충전 수준을 유지해야 합니다(또는 공장에서 건조된 상태로 보관하는 것은 오늘날 흔치 않은 관행입니다).

방전 사이클을 작동할 때 LA 배터리는 50% 미만의 DOD를 유지해야 하며, 바람직하게는 20-40% 이하의 DOD를 유지해야 합니다. 실제 LA[23] 딥 사이클 배터리는 DOD를 낮출 수 있지만(가끔은 80%까지 가능함), 이러한 DOD 사이클의 증가는 항상 수명 비용을 초래합니다.

납축 배터리 수명 주기는 주의를 기울임에 따라 달라지며, 최선의 주의를 기울여 500~1000회 주기를 달성할 수 있습니다.사용에 신중을 기하지 않으면 수명이 100주기 정도로 예상될 수 있습니다(모두 사용 환경에 따라 다름).

플레이트에 칼슘을 첨가하여 수분 손실을 줄이기 때문에 밀봉된 AGM 또는 젤 배터리는 VRLA 또는 기존 설계의 침수된 납축 배터리보다 더 빠르게 충전됩니다.[24][25]침수된 배터리에 비해 VRLA 배터리는 과도한 충전 시 열 폭주에 더 취약합니다.배터리 수명을 단축시킬 수 있는 부적절한 충전을 진단하기 위해 수분계로 전해질을 테스트할 수 없습니다.[25]

AGM 자동차 배터리는 일반적으로 특정 BCI 크기 그룹에서 플러딩 셀 배터리의 약 두 배입니다. 젤 배터리는 가격의 5배입니다.

AGM 및 젤 VRLA 배터리:

  • 침수된 납축 배터리보다 충전 시간이 짧습니다.[26]
  • 과충전을 견딜 수 없습니다. 과충전은 조기에 고장을 일으킵니다.[26]
  • 적절히 유지되는 습식 전지에 비해 수명이 짧습니다.[26]
  • 수소 가스를 상당히 적게 배출합니다.[26]
  • AGM 배터리는 본질적으로 환경에 더 안전하고 사용하기에 더 안전합니다.
  • 어떤 방향으로든 사용하거나 배치할 수 있습니다.

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Eismin, Thomas K. (2013). Aircraft Electricity and Electronics (Sixth ed.). McGraw Hill Professional. p. 48. ISBN 978-0071799157.
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추가열람

책과 종이

  • 밸브 조절 납축 배터리.패트릭 T 편집.모즐리, 위르겐 가슈, CD 파커, D.A.J. 랜드. p202
  • 비날, G.W. (1955 Jan 01) 축전지이차전지의 물리학 및 화학과 그 공학적 응용에 관한 일반적인 논문에너지 인용 데이터베이스 : 문서번호 7308501
  • 존 맥가백.이산화규산의 겔에 의한 이산화황의 흡수에셴바흐 인쇄.컴퍼니, 1920년

특허

외부 링크