Свинцово-кислотные аккумуляторы: обращение с химическими веществами
Агентство по охране окружающей среды считает свинцово-кислотные аккумуляторы опасным химическим веществом, и, в зависимости от количества и пороговых значений, они могут подпадать под требования агентства к отчетности по запасам химических веществ. Когда аккумуляторы находятся на объекте и вы сделали соответствующее уведомление в SERC и LEPC для выполнения требований раздела 302 EPCRA, следующим шагом будет определение, должны ли вы сообщать о свинцово-кислотных аккумуляторах (или их компонентах) в соответствии с разделом 311 EPCRA. -312 для требований к отчетности по инвентаризации опасных химических веществ.
Когда требуется отчетРазделы 311-312 требуют, чтобы любое предприятие с химическими веществами в количествах, равных или превышающих следующие пороговые значения, сообщало о свинцово-кислотных батареях в этих случаях:
- Для EHS, TPQ, указанный в Приложении A и B или 500 фунтов, в зависимости от того, что меньше.
Прежде чем мы углубимся в то, как сообщать об аккумуляторах, давайте взглянем на типичный паспорт безопасности для свинцово-кислотного аккумулятора. В большинстве паспортов безопасности компоненты разбиваются следующим образом:
.Основными компонентами свинцово-кислотных аккумуляторов являются свинец и/или оксид свинца и электролит (серная кислота и вода) . Другие компоненты также должны быть рассмотрены; однако ни сурьма, ни полипропилен не указаны в приложениях A и B, поэтому к ним будет применяться общий порог в 10 000 фунтов, если вы сообщаете по компонентам (если в вашем штате нет конкретных порогов).
Свинец и/или оксид свинца также не указаны в качестве EHS в Приложении A или B, и поэтому их не нужно агрегировать по различным источникам свинца в соответствии с инструктивным документом EPA.
Чтобы рассчитать, превышают ли имеющиеся у вас на объекте батареи TPQ или 500 фунтов (в зависимости от того, что меньше), вам потребуется общий вес батареи. Для этого расчета предположим, что батарея весит 60 фунтов. Чтобы рассчитать общее количество серной кислоты в батарее, умножьте вес (60 фунтов) на процентное содержание серной кислоты (44%). В результате получается 26,4 фунта серной кислоты.
60 фунтов x 0,44 = **26,4 фунта**
Как правило, одна батарея не подтолкнет вас к порогу, если только она не очень большая. Допустим, у вас есть 20 таких аккумуляторов, потому что вы используете их для питания вилочных погрузчиков на месте, а аккумуляторы регулярно находятся на зарядной станции. В этой ситуации вы должны взять 26,4 фунта серной кислоты и умножить его на количество аккумуляторов, имеющихся у вас на объекте, что равно 20.
26,4 фунта серной кислоты x 20 аккумуляторов = **528 фунтов серной кислоты**
В этой ситуации количество аккумуляторов, имеющихся у вас на объекте, превысило пороговое значение, и вы действительно обязаны сообщить о серной кислоте как о EHS.
Подробнее…
См. нашу электронную книгу «Свинцово-кислотные аккумуляторы. Подробное интерактивное руководство» для окружающей среды. Мы помогаем предприятиям преобразовать программы соответствия и человеческие процессы в технологическую систему, которая закладывает основу для точного и постоянного соблюдения экологических требований с помощью комбинированного метода интеллектуальных высокотехнологичных решений и высококвалифицированной экспертной поддержки.
Меган Уолтерс
Меган — вице-президент Encamp по соблюдению нормативных требований и работе с клиентами, а ранее — старший научный сотрудник по вопросам окружающей среды. Но она также является сертифицированным специалистом по соблюдению требований по охране окружающей среды и технике безопасности® (CESCO), внутренним аудитором EHSMS, сертифицированным менеджером по опасным материалам, сертифицирована eRailSafe, 40-часовым HAZWOPER – специалистом по аварийному реагированию и имеет опыт в RCRA, DOT и ISO 14001.
Дополнительные ресурсы
BU-903: Как измерить уровень заряда
Метод измерения напряженияИзмерение уровня заряда по напряжению является простым, но может быть неточным, поскольку на напряжение влияют материалы элемента и температура. Самая вопиющая ошибка SoC на основе напряжения возникает при воздействии на батарею зарядом или разрядом. В результате волнение искажает напряжение, и оно больше не представляет правильный эталон SoC. Для получения точных показаний батарея должна находиться в разомкнутом состоянии не менее четырех часов; производители аккумуляторов рекомендуют 24 часа для свинцово-кислотных. Это делает метод SoC, основанный на напряжении, непрактичным для батареи в активном режиме.
Каждый химический состав батареи имеет свою собственную уникальную характеристику разряда. В то время как SoC на основе напряжения работает достаточно хорошо для отдохнувшей свинцово-кислотной батареи, плоская кривая разряда батарей на основе никеля и лития делает метод напряжения неприменимым.
Кривые разрядного напряжения литий-марганцевых, литий-фосфатных и NMC очень плоские, и 80 процентов накопленной энергии остается в плоском профиле напряжения. Хотя эта характеристика желательна в качестве источника энергии, она представляет собой проблему для измерения топлива на основе напряжения, поскольку она указывает только на полный заряд и низкий заряд; важный средний раздел не может быть оценен точно. На рис. 1 показан плоский профиль напряжения литий-фосфатных (LiFePO) аккумуляторов.
Литий-фосфат имеет очень плоский профиль разряда, что затрудняет оценку напряжения для оценки SoC.
Свинцово-кислотные пластины имеют различные составы пластин, которые необходимо учитывать при измерении SoC по напряжению. Кальций, добавка, которая делает аккумулятор необслуживаемым, повышает напряжение на 5–8 процентов. Кроме того, тепло повышает напряжение, а холод вызывает его понижение.
Поверхностный заряд еще больше обманывает оценки SoC, показывая повышенное напряжение сразу после зарядки; краткий разряд перед измерением противодействует ошибке. Наконец, аккумуляторы AGM производят несколько более высокое напряжение, чем залитые эквиваленты.
При измерении SoC по напряжению холостого хода (OCV) напряжение батареи должно быть «плавающим» без нагрузки. В современных автомобилях такого нет. Паразитные нагрузки для вспомогательных функций переводят аккумулятор в состояние квазизамкнутого напряжения (CCV).
Несмотря на неточности, большинство измерений SoC частично или полностью зависят от напряжения из-за простоты. SoC на основе напряжения популярны в инвалидных колясках, скутерах и автомобилях для гольфа. Некоторые инновационные BMS (системы управления батареями) используют периоды отдыха для корректировки показаний SoC в рамках функции «обучения». На рис. 2 показан диапазон напряжений 12-вольтового свинцово-кислотного моноблока от полностью разряженного до полностью заряженного.
Ареометр предлагает альтернативу измерению SoC залитых свинцово-кислотных аккумуляторов. Вот как это работает: Когда свинцово-кислотная батарея заряжается, серная кислота становится тяжелее, что приводит к увеличению удельного веса (SG). По мере снижения SoC из-за разряда серная кислота удаляется из электролита и связывается с пластиной, образуя сульфат свинца. Плотность электролита становится легче и более похожей на воду, а удельный вес снижается. Table 3 provides the BCI readings of starter batteries
| Approximate state-of-charge | Average specific gravity | Open circuit voltage | |||
| 2V | 6V | 8V | 12V | ||
| 100% | 1,265 | 2,10 | 6. 32 | 8.431121 2.10 | 6.32 121 8.4339331.43.431121 2,10 | 6.32 121 8.431121| .0109 | 12.65 | 75% | 1.225 | 2.08 | 6.22 | 8.30 | 12.45 | 50% | 1.190 | 2.04 | 6.12 | 8.16 | 12.24 | 25 % | 1.155 | 2.01 | 6.03 | 8.04 | 12.06 | 0% | 1.120 | 1.98 | 5.95 | 7.72 | 11.89 | |
Показания сняты при 26°C (78°F) после 24-часового простоя.
В то время как BCI (Международный совет по аккумуляторным батареям) указывает удельный вес полностью заряженной стартерной батареи на уровне 1,265, производители аккумуляторов могут использовать значение 1,280 и выше.
Увеличение удельного веса приведет к перемещению показаний SoC вверх по справочной таблице. Более высокий удельный вес улучшит характеристики батареи, но сократит срок ее службы из-за повышенной коррозионной активности.
Помимо уровня заряда и плотности кислоты, низкий уровень жидкости также изменяет SG. Когда вода испаряется, показатель SG повышается из-за более высокой концентрации. Батарея также может быть переполнена, что снижает число. При добавлении воды дайте время для перемешивания перед измерением удельного веса.
Удельный вес зависит от применения батареи. В батареях глубокого цикла используется плотный электролит с SG до 1,330 для получения максимальной удельной энергии; авиационные батареи имеют SG около 1,285; тяговые батареи для вилочных погрузчиков обычно на уровне 1,280; стартерные батареи стоят 1,265; а стационарные батареи имеют низкий удельный вес 1,225. Это снижает коррозию и продлевает срок службы, но снижает удельную энергию или емкость.
Ничто в мире батарей не является абсолютным.
Удельный вес полностью заряженных аккумуляторов глубокого цикла одной и той же модели может составлять от 1,270 до 1,305; полностью разряженных, эти батареи могут варьироваться от 1,097 до 1,201. Температура – еще одна переменная, влияющая на показания удельного веса. Чем холоднее падает температура, тем выше (плотнее) становится значение SG. Таблица 4 иллюстрирует удельный вес батареи глубокого разряда при различных температурах.
| Electrolyte temperature | Gravity at full charge | |
| 40°C | 104°F | 1.266 |
| 30°C | 86°F | 1.273 |
| 20° C | 68°F | 1.280 |
| 10°C | 50°F | 1.287 |
| 0°C | 32°F | 1.294 |
Более низкие температуры обеспечивают более высокие показания удельного веса.
Неточности в показаниях SG также могут возникать, если батарея расслоилась, что означает, что концентрация легкая сверху и тяжелая снизу (см. BU-804c: Потеря воды, расслоение кислоты и поверхностный заряд) Высокая концентрация кислоты искусственно повышает напряжение холостого хода , что может обмануть оценки SoC через ложную индикацию SG и напряжения. Электролит должен стабилизироваться после заряда и разряда, прежде чем снимать показания SG.
Подсчет кулоновНоутбуки, медицинское оборудование и другие профессиональные портативные устройства используют подсчет кулонов для оценки SoC путем измерения входного и выходного тока. Ампер-секунда (As) используется как для заряда, так и для разряда. Название «кулон» было дано в честь Шарля-Огюстена де Кулона (1736–1806), который наиболее известен разработкой закона Кулона (см. BU-601: Как работает умная батарея?)
Хотя это элегантное решение к сложной проблеме потери уменьшают общую доставленную энергию, и то, что доступно в конце, всегда меньше, чем то, что было вложено.
саморазряд. Были внесены улучшения за счет учета старения и саморазряда в зависимости от температуры, но по-прежнему рекомендуется периодическая калибровка, чтобы привести «цифровую батарею» в соответствие с «химической батареей». (См. BU-603: Как откалибровать « «Умный» аккумулятор)
Чтобы обойти калибровку, современные датчики уровня топлива используют функцию «обучения», которая оценивает, сколько энергии батарея отдала при предыдущем разряде. Некоторые системы также соблюдают время зарядки, потому что сгоревшая батарея заряжается быстрее, чем исправная.
Создатели передовых BMS заявляют о высокой точности, но реальная жизнь часто свидетельствует об обратном. Большая часть притворства скрыта за причудливыми показаниями. Смартфоны могут показывать 100-процентный заряд, когда батарея заряжена только на 90 процентов. Инженеры-конструкторы говорят, что показания SoC на новых батареях для электромобилей могут отличаться на 15 процентов. Сообщалось о случаях, когда у водителей электромобилей заканчивался заряд, а показания SoC все еще оставались на уровне 25 процентов на указателе уровня топлива.
Уровень заряда батареи можно также оценить с помощью спектроскопии импеданса с использованием метода комплексного моделирования Spectro™. Это позволяет снимать показания SoC при устойчивой паразитной нагрузке 30А. Поляризация напряжения и поверхностный заряд не влияют на показания, поскольку SoC измеряется независимо от напряжения. Это открывает возможности для применения в автомобилестроении, где одни аккумуляторы разряжаются дольше, чем другие, во время испытаний и отладки и требуют зарядки перед транспортировкой. Измерение SoC с помощью спектроскопии импеданса также можно использовать для систем выравнивания нагрузки, в которых аккумулятор постоянно заряжается и разряжается.
Измерение SoC независимо от напряжения также поддерживает прибытие в док и демонстрационные залы. При открытии двери автомобиля возникает паразитная нагрузка около 20 А, которая взбалтывает аккумулятор и искажает измерение SoC на основе напряжения.