Заряд кислотных аккумуляторов: Как правильно зарядить кислотный аккумулятор

Содержание

Аккумуляторы: каким напряжением заряжать и как это делать

Главная страница » Аккумуляторы: каким напряжением заряжать и как это делать

Автономные источники питания – аккумуляторные батареи, видятся в современных технологиях неотъемлемым элементом практически любых проектов. Для автомобильной техники аккумуляторы тоже конструктивная часть, без которой немыслима полноценная эксплуатация транспорта. Всеобщая полезность аккумуляторов очевидна. Но технологически эти приборы всё-таки до конца не совершенны. Например, явное несовершенство отмечается частым зарядом аккумуляторов. Конечно же, здесь актуален вопрос, каким напряжением заряжать аккумулятор, чтобы сократить частоту подзарядки и сохранить все его рабочие свойства на длительный срок эксплуатации?

СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :

Обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторов

Досконально вникнуть в тонкости процессов заряда / разряда свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (автомобильных и других) помогут определения базовых параметров аккумуляторов:

  • ёмкость,
  • концентрация электролита,
  • сила тока разряда,
  • температура электролита,
  • эффект саморазряда.

Под ёмкостью батареи аккумуляторов принимается электричество, отдаваемое каждой отдельной аккумуляторной банкой в процессе её разряда. Как правило, значение ёмкости выражается ампер-часами (А/ч).

Elitech Y3 50/30

Параметры аккумулятора на корпусе батареиНа корпусе аккумуляторной батареи для автомобиля указывается не только номинальная ёмкость, но также стартерный ток при пуске автомобиля на холодную. Пример маркировки — аккумулятор производства Тюменского завода

Ёмкость разряда аккумулятора, обозначенная на технической бирке производителем, считается номинальным параметром. Помимо этой цифры, значимым для эксплуатации является также параметр ёмкости заряда. Необходимое значение заряда вычисляется формулой:

Сз = Iз * Тз

где: Iз – зарядный ток; Тз – время заряда.

Цифра, указывающая разрядную ёмкость батареи аккумуляторов, напрямую связана с другими технологическими и конструктивными параметрами и зависима от условий эксплуатации. Из конструктивно-технологичных свойств аккумулятора влияние на ёмкость разряда оказывают:

  • активная масса,
  • применяемый электролит,
  • толщина электродов,
  • геометрические размеры электродов.

Среди технологических параметров значимой для ёмкости батареи аккумуляторов также является степень пористости активных материалов и рецептура их приготовления.

Свинцово-кислая АКБ структураВнутренняя структура свинцово-кислого автомобильного аккумулятора, куда входят так называемые активные материалы — пластины минусового и плюсового полей, а также иные компоненты

Не остаются в стороне и эксплуатационные факторы. Как показывает практика, сила разрядного тока в паре с температурой электролита также способны оказывать влияние на параметр ёмкости аккумулятора.

Влияние концентрации электролита

Завышенный уровень концентрации электролита способствует сокращению срока службы аккумулятора. Условия работы батареи с высокой концентрацией электролита приводят к активизации реакции, результатом которой становится образование коррозии на плюсовом электроде аккумуляторной батареи.

Поэтому важно оптимизировать значение концентрации электролита, учитывая те условия, в которых эксплуатируется аккумулятор и требования, предъявляемые производителем по отношению к таким условиям.

Wester Ch30

Концентрация электролита АКБОптимизация концентрации электролита аккумуляторной батареи видится одним из важных моментов эксплуатации прибора. Контроль уровня концентрации необходим обязательно

К примеру, для условий с умеренным климатом, рекомендованный уровень концентрации электролита для большей части автомобильных аккумуляторов доводят под плотность 1,25 – 1,28 г/см2.

А когда актуальна эксплуатация приборов применительно к жаркому климату, концентрация электролита должна соответствовать плотности 1,22 – 1,24 г/см2.

Аккумуляторы — сила тока разряда

Процесс разряда АКБ логично разделить условно на два режима:

  1. Длительный.
  2. Короткий.

Для первого события характерным видится разряд при малых токах на протяжении относительно длительного временного периода (от 5 до 24 часов).

Для второго события (короткий разряд, стартерный разряд), напротив, характерными являются большие токи в коротком промежутке времени (секунды, минуты).

Увеличение разрядного тока провоцирует снижение ёмкости батареи аккумуляторов.

Вымпел 57

Зарядное устройство АКБЗарядное устройство Телетрон, которое успешно применяется для работы с кислотно-свинцовыми автомобильными батареями. Несложная электронная схема, но высокая эффективность действия

Пример:

Есть АКБ с ёмкостью 55 А/ч с рабочим током на клеммах 2,75А. При нормальных условиях окружающей среды (плюс 25-26ºС) ёмкость АКБ находится в пределах 55-60 А/ч.

Если разрядить батарею кратковременным током величиной 255 А, что эквивалентно увеличению номинальной ёмкости в 4,6 раза, номинальная ёмкость снизится до 22 А/ч. То есть, практически вдвое.

Температура электролита и саморазряд аккумулятора

Разрядная ёмкость аккумуляторных батарей естественным образом снижается, если падает температура электролита. Падение температуры электролита влечёт за собой увеличение степени вязкости жидкой составляющей. Как следствие, увеличивается электрическое сопротивление активного вещества.

Отключенная от потребителя, полностью бездействующая аккумуляторная батарея, имеет свойства терять ёмкость. Объясняется такое явление химическими реакциями внутри прибора, проходящими даже в условиях полного отключения от нагрузки.

Под влияние окислительно-восстановительных реакций попадают оба электрода – минусовой и плюсовой. Но в большей степени процессом саморазряда охвачен электрод отрицательной полярности.

Реакция сопровождается образованием водорода в газообразном виде. При увеличении концентрации в растворе электролита серной кислоты, отмечается увеличение плотности электролита от значения 1,27 г/см3 до 1,32 г/см

3 .

Это соразмерно с 40%-ым увеличением скорости эффекта саморазряда на минусовом электроде. Прирост скорости саморазряда дают также и примеси металлов, входящие в структуру электрода отрицательной полярности.

AutoExpert

Саморазряд аккумулятора автомобиляСаморазряд автомобильного аккумулятора после продолжительного хранения. При полном бездействии, при отсутствии нагрузки батарея утратила значительную часть ёмкости

Нужно отметить: любые металлы, присутствующие в составе электролита и других компонентов аккумуляторов, способствуют усилению эффекта саморазряда.

Соприкасаясь с поверхностью отрицательного электрода, эти металлы вызывают реакцию, в результате которой начинается выделение водорода.

Некоторая часть существующих примесей исполняет роль переносчика зарядов от плюсового электрода к минусовому. При этом имеют место реакции восстановления и окисления ионов металлов (то есть опять же процесс саморазряда).

ServiceExpert

Саморазряд аккумуляторной батареи от загрязненийБывают и такие случаи, когда АКБ утрачивает заряд от загрязнений на корпусе. За счёт загрязнений создаётся проводящий слой, замыкающий плюсовой и минусовой электроды

Помимо внутреннего саморазряда, не исключается внешний саморазряд аккумулятора автомобиля. Причиной такого явления может стать высокая степень загрязнённости поверхности корпуса АКБ.

Например, пролитый на корпус электролит, вода или иные технические жидкости. Но в этом случае эффект саморазряда легко устраняется. Достаточно лишь очистить корпус батареи и содержать его всегда в чистоте.

Заряд автомобильных аккумуляторов

Начнём от ситуации бездействия прибора (в отключенном состоянии). Каким напряжением или током заряжать аккумулятор автомобиля, когда прибор находится на хранении?

В условиях хранения АКБ основная цель зарядки направлена на компенсацию саморазряда. В этом случае зарядка обычно выполняется малыми токами.

Диапазон значений заряда, как правило, от 25 до 100 мА. При этом напряжение заряда необходимо поддерживать в границах 2,18 – 2,25 вольт по отношению к единичной аккумуляторной банке.

Выбор условий заряда аккумулятора

Зарядный ток аккумулятора обычно настраивается на определённую величину в зависимости от заданного времени подзаряда.

ServiceMoto

Условия заряда аккумулятораПодготовка автомобильной батареи аккумуляторов для подзарядки в режиме, который требуется определить с учётом технологических свойств и технических параметров при эксплуатации АКБ

Так, если предполагается заряжать аккумулятор в течение 20 часов, оптимальным параметром тока заряда считается величина, равная 0,05С (то есть 5% от номинальной ёмкости аккумулятора).

Соответственно, значения будут пропорционально увеличиваться, если менять один из параметров. К примеру, при 10-и часовой зарядке, сила тока уже составит 0,1С.

Заряд двухступенчатым циклом

При таком режиме изначально (первая ступень) осуществляется заряд током 1,5С до состояния, когда напряжение на отдельной банке достигнет значения 2,4 вольта.

После этого переводят зарядное устройство на режим по току заряда величиной 0,1С и продолжают заряжать до полного набора ёмкости 2 – 2,5 часа (вторая ступень).

Напряжение заряда в режиме второй ступени варьируется в пределах 2,5 – 2,7 вольта для одной банки.

Форсированный режим заряда

Принцип форсированного заряда предполагает установку значения зарядного тока на уровне 95% от номинальной ёмкости батареи – 0,95С.

Способ достаточно агрессивный, но позволяет всего за 2,5-3 часа зарядить аккумулятор практически полностью (на практике 90%). До 100% ёмкости зарядка форсированным режимом отнимет 4 – 5 часов времени.

Контрольно-тренировочный цикл

AVS Energy

Контрольно-тренировочный цикл АКБПрактика эксплуатации автомобильных АКБ отмечает положительный результат, когда контрольно-тренировочный цикл применяется к новым аккумуляторным батареям, ещё не побывавшим в работе

Для этого варианта оптимальным является зарядка с параметрами, вычисленными простой формулой:

I = 0.1 * С20;

Заряжают до момента, когда напряжение на отдельно взятой банке составит 2,4 вольта, после чего уменьшают величину зарядного тока до значения:

I = 0.05 * C20;

При таких параметрах продолжают процесс до полного заряда.

Контрольно-тренировочный цикл охватывает также практику разряда, когда АКБ разряжается небольшим током 0,1С до уровня общего напряжения 10,4 вольта.

При этом степень плотности электролита поддерживается на уровне 1,24 г/см3. После разряда прибор заряжают по стандартной методике.

Общие принципы зарядки свинцово-кислотных АКБ

Специалистами рекомендуется применять такие условия заряда для аккумулятора, при которых явно выражено резкое уменьшение тока под завершение процесса.

На практике применяют несколько способов, каждый из которых имеет свои сложности и сопровождается разным объёмом финансовых издержек.

Wester CD

Аккумуляторы и способы зарядкиОпределиться, каким способом заряжать аккумуляторную батарею, несложно. Другой вопрос — какой результат будет получен от применения того или иного способа

Самым доступным и простым методом считается заряд постоянным током при напряжении 2,4 – 2,45 вольт/банка.

Процесс заряда продолжается до тех пор, когда величина тока будет оставаться постоянной в течение 2,5-3 часов. При таких условиях аккумулятор считается полностью заряженным.

Между тем большее признание среди автомобилистов получила методика комбинированного заряда. В этом варианте действует принцип ограничения начального тока (0,1С) до момента достижения заданного напряжения.

Затем процесс продолжается при постоянном напряжении (2,4В). Для этой схемы допустимо повышение первоначального тока заряда до 0,3С, но не более того.

Аккумуляторы, работающие в буферном режиме, рекомендуется заряжать при низких напряжениях. Оптимальные значения заряда: 2,23 – 2,27 вольта.

Глубокий разряд — устранение последствий

Прежде всего, следует подчеркнуть: восстановление АКБ до номинальной ёмкости возможно, но при условии, когда имели место не более 2-3 глубоких разрядов.

Заряд в таких случаях выполняется постоянным напряжением величиной равной 2,45 вольта на банку. Также допускается заряжать током (постоянным) величиной 0,05С.

Optimate 6

Контроль уровня заряда АКБПроцесс восстановления АКБ может потребовать двух-трёх отдельных циклов заряда. Чаще всего для достижения полной ёмкости зарядку проводят именно в 2-3 цикла

Если заряд проводится напряжением 2,25 – 2,27 вольта, рекомендуется выполнить процесс дважды или трижды. Так как при малых напряжениях достичь номинала ёмкости в большинстве случаев не удаётся.

Конечно же, следует учитывать влияние окружающей температуры в процессе выполнения восстановления. Если температура окружающей среды находится в границах 5 – 35ºС, напряжения заряда изменять не требуется. В иных условиях потребуется корректировка заряда.

Видео по контрольно-тренировочному циклу АКБ

Видеоролик представляет полезное «кино» для автомобилистов, не владеющих полной информацией по контрольно-тренировочному циклу , в частности, относительно определения остаточной ёмкости АКБ. Этот материал поможет ознакомиться с основами тестирования, чтобы применять на практике:


Заряжаем свинцово кислотный аккумулятор

Многие автовладельцы не знают, как правильно зарядить свинцово-кислотный аккумулятор. Прежде, чем его ставить на зарядку, необходимо разобраться, что из себя представляет АКБ.

Какие батареи относятся к свинцово кислотным

Свинцово-кислотная АКБ состоит из пластин, покрытых свинцовым суриком и опущенных в водный раствор серной кислоты. Во время подключения к электродам внешней нагрузки, начинается электрохимическая реакция.

Такие батареи имеют низкую цену и большое количество циклов электрозаряда. Около 500 за полный ресурс жизни аккумулятора. Обладает высокой удельной мощностью.

Когда нужно ставить аккумулятор на зарядку

Если при повороте ключа зажигание стартер испытывает трудности, а напряжение на клеммах упало до 12-12.2 V, то батарея считается разряженной и ее необходимо поставить на зарядку. При дальнейшей эксплуатации батарея может полностью разрядиться и случится глубокий разряд.

На самом деле, чем чаще заряжать батарею, не допуская глубокого разряда, тем больше жизненный ресурс. Если автовладелец покупает качественный аккумулятор у прямого поставщика завода-производителя, такой батарее не страшны постоянные частые подзарядки.

Наоборот, для качественных АКБ постоянное присутствие буферного заряда является излюбленным режимом. Батарея постоянно пребывает под правильным напряжением. Характеристики АКБ не изменяются по истечении времени службы. Если допустить полный разряд , то при температуре ниже нуля, корпус раздуется, пластины погнутся и замкнутся между собой.

горит аккумулятор на панели приборов

Подготовка батареи к зарядке

К зарядке необходимо подготовить батарею. Во-первых, важна температура окружающей среды. При температуре ниже нуля заряжать аккумулятор не рекомендуется. Низкая температура приводит к потере воды в электролите.

Шаги подготовки АКБ касаются только обслуживаемой батареи. снимается с машины и ставится на зарядку автоматическим или неавтоматическим зарядным устройством.

Если заряжается аккумулятор перед зимой, то требуется долить электролит, чтобы повысить плотность, если же – летом, то требуется залить дистиллированную воду. Жарким и знойным летом АКБ не нужна высокая плотность, которая может только разрушить свинцовые стенки.

Шаги процедуры подготовки обслуживаемого АКБ

  1. Снять АКБ с машины. Предварительно открутить болты клемм и отсоединить их с выводов электродов.
  2. Занести в теплое помещение, если дело происходит зимой. Дать ему время на приобретение температуры окружающей среды.
  3. Зачистить выводы электродов до блеска, если есть видимый налет окислов.
  4. Протереть поверхность АКБ тряпкой, смоченной в 10 процентном растворе нашатырного спирта.
  5. Открыть пробки на банках. Чтобы не допустить переизбытка давления внутри корпуса.
  6. По необходимости долить дистиллированную воду в банки.

Теперь аккумулятор готов для подзарядки. Правильная зарядка также имеет большое значение.

Техника безопасности и меры предосторожности

Установить АКБ требуется на ровную поверхность перед зарядкой, чтобы не допустить утечки электролита. Необслуживаемые батареи можно заряжать в любом положении, потому что в них используется гелеобразный электролит.

Перед зарядкой требуется открыть все окна и двери в помещении, чтобы не допустить отравления парами, которые могут образовываться во время процесса. Содержать заряжаемый объект как можно дальше от огня и любых других искр, которые могут привести к взрыву или воспламенению объекта.

Если автовладелец не может снять АКБ с машины, то рекомендуется отключить минус или лучше оба провода.

Внимание! Запрещено заряжать батарею на холоде, в помещении, где температура выше 30 градусов.

Как правильно заряжать аккумулятор

Правильная зарядка состоит из нескольких способов. Первый способ, посредством которого заряд происходит постоянным током, проходит под контролем человека. Второй способ, с помощью постоянного напряжение, более простой. Но АКБ зарядится только на 80 процентов.

Есть еще один метод. Он соединяет первые два и называется комбинированным и не является бюджетным. Так как требует покупки дорогого зарядного устройства.

Зарядное устройство

Зарядка постоянным током

Шаги процедуры зарядки первым методом:

  1. Подключить зарядной устройство к АКБ. Положительную клемму – к выводу со знаком «плюс», отрицательную клемму – к выводу со знаком «минус»
  2. Установить ток в размере 10 процентов от номинального.
  3. Заряжать в течение нескольких часов. Затем проверить мультиметром напряжение в выводах электродов.
  4. Устройство должно показать 14 Вольт. Перестать заряжать.
  5. Если автовладелец заряжал АКБ силой тока 6 Ампер, то снизить силу до 3 А. иначе повысится кипение.
  6. Когда напряжение повысится до 15 Вольт, понизить силу тока еще раз до 1,5 А. Продолжать заряжать до тех пор, пока эти значения тока и напряжения изменяться не будут.

Процесс зарядки постоянным напряжением проще.

Зарядка постоянным напряжением

Используя этот способ, нужно установить напряжение заряда около 14 В. Если первый метод был медленным, то процесс данной подзарядки пройдет быстро. Около 6 часов понадобится, чтобы зарядить АКБ до 90 процентов.

Зарядка в автоматическом режиме

Еще более просто метод – это зарядка в автоматическом режиме. Устройство питания подключают к аккумулятору, далее прибор самостоятельно настраивает нужный способ зарядки для подключенного АКБ.

После того, как будет заряжен аккумулятор полностью, зарядный прибор отключается.

Вымпел 150 Автоматическое зарядное устройство Вымпел 150

Когда аккумулятор зарядится и как проверить

При использовании простого способа зарядки АКБ зарядится после 6 часов, будучи подключенным к прибору. Остальные методы требуют зарядки в течении суток.

После того, как снят АКБ с зарядки его осматривают на наличие налета на поверхности банок или выводов. Если есть такой налет, особенно у необслуживаемых аккумуляторов, то это значит, что батарея заряжалась неправильно. Не должно выделяться никаких пузырьков или сероводорода. Он должен выглядеть как новый, а процесс подзарядки никак не влияет на состояние.

Затем его необходимо проверить тестером. Если повышается сопротивление, то АКБ не был до конца заряжен или происходит процессы разряда внутри аккумулятора. Это говорит о том, что батарея непригодна к работе.

Если был выбран наименьший процент тока от напряжения АКБ, то длительность зарядки будет увеличена до нескольких дней. Этот процесс равен хранению батареи в разряженном состоянии на складе в холоде. Происходит , батарея в скором времени выйдет из строя.

Установить батарею в машину и проверить, как она заводится. Прокатится на машине, включить приборы, которые потребляют большое количество мощности АКБ. Проверить напряжение. Если все в порядке, то аккумулятор был заряжен правильно и исправен.

Проверка с помощью мультиметра

Внимание! Обязательно проводите корректировку силы тока и напряжения при зарядке.

Обслуживание батареи после зарядки

После зарядки корпус промывается и просушивается. Проверяется напряжение на нем. Если напряжение выше нуля, то рекомендуется промыть крышку раствором соды. Так как оно пропускает ток.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полезным, полным и точным.

Свинцово кислотный аккумулятор — принцип работы, как правильно заряжать

Свинцово-кислотный аккумулятор – один из самых надёжных АКБ, разработанный ещё в XIX веке, но до сих пор используемый во многих областях. В его основе лежит химическая реакция с переносом электронов от анода к катоду. Аккумулятор со временем портится при разрядке-подзарядке, так что данный процесс должен выполняться по всем правилам, чтобы продлить жизнь батареи.

Устройство и принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Свинцово кислотные аккумуляторыСвинцово кислотные аккумуляторы

Данный тип стационарного АКБ довольно тяжёлый, так как состоит из плотно параллельно упакованных плёнок свинца и оксида свинца. И те и другие в аккумуляторе расположены очень густо. Свинцовые пластины тёмно-серого цвета с синим оттенком, оксидно-свинцовые – тёмно-коричневые с рыжим оттенком.

Обе пластины находятся в серной кислоте, из-за чего в названии АКБ есть соответствующее слово. При включении аккумулятора ток протекает от оксидно-свинцового катода к свинцовому аноду. При этом свинец выделяет электроны, которые оксид свинца принимает.

В результате изменения заряда двух пластин они вступают в реакцию с серной кислотой вокруг и превращаются в сульфаты свинца.

Pb + HSO4– => PbSO4 + H+ + 2e–

PbO2 + HSO4– + 3H+ + 2e– => PbSO4 + 2h3O

Пара пластин производит 2 вольта, поэтому, чтобы увеличить количество вольт, которое может дать аккумулятор, пластины соединяют параллельно во множество пар слоёв. Они упаковываются плотно в банку, чтобы уменьшить объём батареи. Но так как электроны должны передаваться через терминалы, то пары пластин разъединяются специальными изоляционными плёнками.

При этом аккумулятор может иметь либо высокую плотность энергии, либо мощности. То есть аккумулятор или сохраняет большое количество энергии и отдаёт её в течение длительного времени, или он отдаёт огромный заряд очень быстро. В автомобилях используется второй вариант, так как надо отдать более 400 ампер, чтобы завести двигатель.

При глубокой разрядке батареи на пластинах образуется налёт сульфата свинца. Именно из-за этого если посадить аккумулятор до нулевого заряда несколько раз, то можно просто уничтожить его. Сульфат свинца полностью покрывает поверхность пластин, после чего его уже невозможно будет зарядить.

Типы и особенности свинцово-кислотных АКБ

Типы и особенности свинцово-кислотных АКБТипы и особенности свинцово-кислотных АКБ

Идеальных аккумуляторов не существует, в инженерных конструкциях часто приходится жертвовать желаемыми характеристиками, чтобы получить необходимые параметры. Для каждой цели создан свой тип устройства.

В первую очередь АКБ делят на герметичные и негерметичные батареи. Вторые требуют постоянного контроля над уровнем электролита и состоянием катодов и анодов, могут работать лишь в определённых положениях. Аккумулятор герметичный свинцово-кислотный используется чаще, так как не нуждается в особом уходе.

Кроме того, все батареи можно разделить на следующие группы:

  • Стартерные. Выдают большое количество энергии за одно мгновение, из-за чего обладают большим саморазрядом. Отлично подходят для того, чтобы заводить автомобили. Требуют определённого обслуживания и вентиляции.
  • Буферные батареи. Предназначены для краткосрочного хранения небольшого количества энергии, работают в постоянном режиме подзарядки.
  • Аккумуляторы для бесперебойной аппаратуры. Устанавливаются в офисах для аварийного завершения работ.
  • Аккумуляторы длительного электроснабжения. Большие тяжёлые батареи, которые выдают достаточно много энергии длительное время. Используются в реанимационных отделениях на случай отключения электричества.
  • Гелевые аккумуляторы. Хорошо переносят циклы заряжения-разряжения. Благодаря этому могут использоваться в сильных морозах. Среди них отдельно можно выделить солнечные батареи, которые рассчитаны на многократные циклы.

Как достигается такая вариация характеристик свинцово-кислотных аккумуляторных батарей? Если требуется выдавать огромное количество энергии за короткое время, то пластины делаются тонкими, но высокими и широкими (больше по площади поверхности), а расстояние между ними уменьшается. Благодаря этому увеличивается соотношение поверхности и массы, в результате энергия отдаётся быстрее.

Если требуется дольше сохранять энергию, но можно уменьшить мощность, то пластины делаются толще, но короче и уже (меньше по площади поверхности), а расстояние между ними увеличивается. Из-за чего уменьшается соотношение поверхности и массы, в итоге электроэнергия отдаётся медленнее.

Кроме того, на свойства аккумулятора влияют характеристики электролита и другие параметры. Гелевые электролиты хуже реагируют со свинцовыми и оксидно-свинцовыми плитами, а также делают конструкцию защищённой от вытекания. Повышает срок эксплуатации использование свинцово-кальциевых сплавов.

Области применения свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы используются повсеместно, так как свинец и его оксид отвечают наиболее важным требованиям:

  • элементы часто встречаются в природе и довольно легко добываются;
  • они в паре способны накапливать и отдавать энергию лучше, чем все другие элементы;
  • аккумуляторы из них просты и дешевы в производстве;
  • долгий срок службы, возможность многократной перезарядки;
  • простое обслуживание, что особенно характерно для герметичных конструкций.

Из-за этого батареи применяются в следующих областях:

  • сигнализационные системы;
  • стартёры в автомобилях;
  • системы пожарной безопасности;
  • системы аварийной подачи электроэнергии на телевидении, в реанимационных отделениях;
  • электрические весы и кассовые аппараты;
  • системы бесперебойного электроснабжения или аварийного отключения в компьютерной технике или их сетях;
  • детские игрушки;
  • в лёгких самолётах.

Тем не менее, имеются некоторые минусы:

  • аккумуляторы чувствительны с холоду;
  • отходы из них опасны для экологии;
  • количество циклов довольно ограничено;
  • есть лимиты у выдаваемой мощности.

Как правильно заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Как правильно заряжать свинцово-кислотные аккумуляторыКак правильно заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Принцип зарядки состоит в том, что нужно изменить направление тока. Из-за этого электролит и материя двух пластин восстанавливает свой прежний химический состав. Данный процесс именуется циклом, и он может быть многократным. Но чтобы не повредить и продлить срок службы батареи, надо знать, как правильно заряжать свинцово-кислотный аккумулятор.

Важно! Для процедуры потребуется источник тока и устройство, которым можно регулировать силу тока и напряжение.

Прежде всего, нужно знать параметры аккумулятора, которые можно посмотреть на самой коробке устройства. Производители часто указывают информацию на английском языке. Обозначается всё это следующим образом:

На английскомНа русском
12V12 вольт
7.2Ah7.2 ампер-часов

Также производитель может указывать напрямую, каким током можно заряжать аккумулятор:

На английскомНа русском
Standby use – 13.5-13,8VЕсли вы используете батарею, как резервный источник электричества – 13,5-13,8 вольт
Cycle use – 14.4VЕсли вы его применяете в качестве стартёра, то есть циклическое использование – 14.4 вольт
2.16A MAXПри любой зарядке ток не должен превышать 2.16 ампера

А что если производитель не указал, каким током заряжать аккумулятор? В этом случае можно пользоваться простым правилом – напряжение не должно превышать 10% от его номинальной ёмкости. То есть если у батареи указан параметр 7.2Ah, то заряжать надо при 0.72A.

После того как разобрались с основными параметрами, нужно сделать прибор, которым можно зарядить аккумулятор. Для этого потребуется крепкая коробка (лучше пластиковая) с отверстиями для вентиляции, блок питания от ноутбука, плата для регулировки тока и напряжения.

Дополнительно можно встроить многооборотистые переменные резисторы для более тонкой настройки, а также вольтамперметр. Для зарядки автомобильных аккумуляторов потребуется понижающий преобразователь напряжения и более мощный блок питания.

Собрав конструкцию, можно переходить непосредственно к главной процедуре. Для начала на неподключенном к аккумулятору устройстве нужно выставить напряжение, которым надо заряжать АКБ. Далее необходимо убавить силу тока до минимума, в результате чего сразу же упадёт напряжение. После этого подключаем устройство к аккумулятору (плюс к плюсу, минус к минусу).

В этот момент вольтамперметр будет показывать напряжение, которое есть на батарее. Включаем устройство в розетку и поднимаем силу тока до необходимой величины (метод её расчёта описан выше). В этот момент возможно незначительное снижение напряжения, говорящее о том, что ток уходит на прогрев электролита и преодоление сопротивления аккумулятора. Это нормально.

К концу зарядки аккумулятора сила тока на вольтамперметре будет практически равна нулю.

схемы доработки кислотной батареи, время, когда подключить зарядное устройство, и как правильно заряжать током?

Многие считают, что для того, чтобы зарядить кислотно-свинцовый аккумулятор, достаточно обратиться к заводским инструкциям. Но на самом деле ни один документ не сможет предложить достаточную и полную информацию для осуществления зарядки: условия, применяемые средства и время. Для того, чтобы решить этот вопрос, необходимо использовать дополнительные источники информации.

Тип и режим работы кислотной АКБ с напряжением 12 В

Для начала необходимо определить класс батареи, работа которой строится на реакции свинца и серной кислоты между собой. Это делается для того, чтобы выявить алгоритм зарядки для конкретной АКБ. По теории каждый свинцовый аккумулятор имеет два режима зарядки:

  • Буферный. Заряжается от сети, редко производит самостоятельную зарядку.
  • Циклический. Зарядка происходит сменой циклов, состоящих из разрядки-подзарядки.

К SLA-аккумуляторам преимущественно относятся автомобильные аккумуляторы классического типа. Среди АКБ, которые используются в велобайках и другом индивидуальном электротранспорте, числятся гелевые, буферные, герметичные и необслуживаемые свинцово-кислотные источники тока.

Как правильно заряжать свинцовую аккумуляторную батарею?

Для того, чтобы восстановить затраченную ёмкость, необходимо зарядить свинцовый аккумулятор. Заряженная свинцовая аккумуляторная батарея всегда будет исправно работать, если в автомобиле исправен генератор и машина постоянно используется, если же мощность для источника энергии потеряна, то ее можно вернуть, если воспользоваться специальным устройством для зарядки кислотной АКБ при номинальном напряжении в 12 В.

Правила зарядки аккумуляторной батареи автомобиля

Для того, чтобы зарядить АКБ, необходимо следовать простым правилам:

  • устройство должно быть установлено только на ровную поверхность;
  • без строгого соблюдения полярности зарядка производиться не будет, поэтому проверьте правильность подключения «крокодильчиков» к клеммам батареи;
  • зарядный ток необходимо выставить.

Если электролитная жидкость имеет слишком высокую или слишком низкую температуру, то приступать к зарядке нельзя. Дождитесь, когда жидкость станет комнатной температуры.

Постоянным током

Разновидность аккумуляторов определяет основные параметры зарядки:

  1. Если брать классическую АКБ, которая заполнена жидким электролитом, то величина заряда в этом случае не должна превышать показатель в 10% от ёмкости, указанной фирмой-производителем.
  2. Показатель в 10-30% характерен для AGM-аккумуляторов.
  3. Для АКБ с гелеобразным наполнителем эта цифра варьирует от 20 до 30%.

Постоянным напряжением

Для того, чтобы время зарядки кислотного аккумулятора не превышало допустимое, нельзя допускать полной потери емкости. Помните, что время зарядки напрямую зависит от количества остаточной ёмкости.

У аккумуляторной батареи, которая полностью разряжена, напряжение находится в пределах 12.7-13 В. Если включить мотор, то эти показатели увеличатся на 1.5 В. Стоит помнить, что оптимальная зарядка требует того, чтобы цифровые показатели напряжения не превышали 14,6 В. Если этот показатель превысить, то электронная жидкость закипит, произойдет перезарядка аккумулятора, а сам прибор придет в негодность.

Когда это нужно делать?

Необходимость в зарядке возникает тогда, когда:

  • у генератора и аккумуляторной батареи выявлена неисправность цепи;
  • при редком использовании автомобиля, либо при эксплуатации машины на небольшие расстояния;
  • если запустить мотор на морозе.

Как влияет температура на процесс?

  1. Если температура составляет ниже — 15 градусов, то не рекомендуют производить зарядку аккумулятора, т.к. низкая температура может спровоцировать остановку работы механизма рекомбинации газов в герметичной ёмкости свинцового аккумулятора, при этом потеряется вода в электролите. Чтобы исправить недозаряд, необходимо подключать температурную компенсацию, равную – 3мВ /° С.
  2. При температуре более 40 градусов напряжение заряда уменьшается и может произойти перезарядка.

Обязательно ли снимать АКБ с машины, прежде чем подключить к устройству?

Многие автомобилисты стараются не снимать аккумулятор с машины для зарядки, мотивируя это тем, что после полной зарядки и установки АКБ на прежнее место возникают проблемы с электроникой. Такие опасения имеют под собой почву, поэтому если вы все же решили заряжать аккумулятор на машине, то постарайтесь придерживаться следующих правил:

  1. верхнюю поверхность следует хорошо очистить и включить выводы, предварительно сняв защитную крышку и выкрутив металлические болты;
  2. уровень электролита должен быть достаточным, при нехватке долейте дистиллированную воду, иначе вы не получите 100%-го заряда АКБ;
  3. подключать устройство в сеть следует только после того, как будет соблюдена полярность.

Какие есть особенности у зарядного устройства?

От правильной зарядки аккумулятора зависит очень многое. В исправной машине АКБ служит 2-3 года при пробеге 70-100 тыс км. Если батарея будет в заряженном состоянии, то ее срок службы значительно повысится. Рекомендуют заряжать аккумулятор в том случае, когда он станет разряжен наполовину, но при этом не стоит делать это слишком часто.

Схема доработки

Для того, чтобы АКБ не выходила из строя и прослужила долгое время, необходимо ее доработать. Для тех, кто в этом разбирается, можно найти в интернете различные схемы и пошаговые инструкции, как это сделать с наименьшими затратами.

Выбор выходного напряжения

Чтобы стабилизировать выходное напряжение, необходимо использовать TL431. Для делителя R2 напряжение всегда выдает 2.5 между R1 и R2. Это значит, что с такими показателями аккумулятор должен быть разряжен. Чтобы увеличить напряжение до 14.2 В при блоке питания 12 В необходимо изменить показатели R1 и R2: первый увеличить, а второй уменьшить. При этом блок питания выдаст 14.1. Этого достаточно для того, чтобы больше не менять данные делителя.

Схема зарядного устройства для свинцового аккумулятора с использованием TL431:

Добавление светодиода зеленого цвета и резистора r4 параллельно оптрону

Для стабилизации напряжения током в светодиоде оптрона управляет TL431.

При низком напряжении TL431 закрывается, останавливая ток в оптроне. Чтобы получать информацию о заряде аккумулятора необходимо поставить зеленый светодиод.

Ток оптрона при нормальном функционировании аккумулятора равен 0.5 мА – получаем слабое свечение зеленого светодиода. Для большей яркости необходимо подсоединить резистор R4 с номиналом в 220 Ом параллельно оптрону. Ток в зеленом диоде при этом увеличится до 5 мА.

Схема зарядного устройства свинцово кислотных аккумуляторов с добавлением светодиода зеленого цвета и резистора r4 параллельно оптрону:

Добавление петли гистерезиса ограничения тока

При большой перегрузке, такой, например, как короткое замыкание, необходимо сделать так, чтобы контроллер смог запустить БП. Для этого понадобится резистор мощности R5 и R6, красный светодиод и транзистор Т1. Переключатель включается параллельно с резисторами, при этом ток получает постоянное значение в 3.5 А. Недостаток такого соединение – сильное нагревание резисторов. Заменить одиночный резистор можно токовым зеркалом или операционным усилителем.

Схема зарядного устройства свинцово кислотных аккумуляторов с ограничением тока:

Кислотные аккумуляторы; чтобы больше не было отвратительно читать то что люди о них пишут

Случайно узрел статью с комментариями к ней, и так злость во мне закипела по поводу безграмотности людей в области кислотных (свинцовых в простонародье) аккумуляторов, что не выдержал и решил написать «гикам» (чтобы быть гиком, как оказывается, мало купить дорогой телефон) краткую статью об аккумуляторах. С рассмотрением тех ошибок, которые мне постоянно мусолят глаза и вызывают праведное желание их исправить.

Начнем с названия. Я очень часто вижу что тремя буквами А-К-Б называют все что можно зарядить, абсолютно любой аккумулятор. Особенно тремя буквами люди любят называть аккумуляторы типа Li-ion. На самом-же деле АКБ аббревиатура от Аккумуляторная Кислотная Батарея. Под ними подразумевается лишь один тип аккумулятора — свинцовый кислотный. С современной точки зрения это название вызывает некоторый когнитивный диссонанс т.к. на данный момент значение слова «батарейка» т.е. гальванического элемента который зарядить нельзя перешло на слово «батарея». И получается как будто бы из-за слова «аккумуляторная» это аккумулятор который зарядить можно, а из-за слова «батарея» это как будто батарейка которую зарядить нельзя. В реальности-же батарея — просто цепь гальванических элементов и со словом «батарейка» имеет общий лишь корень.

Далее перейдем к некоторым мифам, а именно главный миф — АКБ для автомобиля имеет некие существенные отличия от АКБ для ИБП. И вот нельзя их применять и там и там.

С химической точки зрения любые АКБ абсолютно одинаковы. Как-же они устроены? Очень кратко — если аккумулятор заряжен, то один электрод представляет собой свинцовую решетку с нанесенной на нее пастой из PbO2, второй -такую-же решетку с пастой губчатого свинца. Электролитом служит раствор серной кислоты. В процессе разряда PbO2 восстанавливается и взаимодействуя с серной кислотой образует PbSO4. Свинец на другом электроде окисляется и опять-же образует PbSO4. В конце разрядки мы имеем обе решетчатые пластины заполненные (более или менее) сульфатом свинца. При зарядке аккумулятора происходит электролиз и из сульфата свинца вновь образуется диоксид и металлический свинец. Конечно-же, тут нужно подчеркнуть, что электроды при этом не равны и путать их полярность не стоит т.к. еще на стадии производства в намазку электродов вводятся соответствующие добавки, улучшающие их эксплуатационные свойства. При этом добавки полезные для одного электрода вредны для другого. В очень старые времена, где-то в начале прошлого века, в условиях простых аккумуляторов, вероятно, была допустима переполюсовка аккумулятора по ошибке или с какими-то целями и он какое-то время после этого работал. В том что она допустима сейчас я сомневаюсь.

Таких ячеек в 12В аккумуляторе 6 шт, в 6В — 3 шт. и т.д. Многих вводит в заблуждение значение напряжения на аккумуляторах. Причем значений напряжения номинального, заряда, разряда. С одной стороны, аккумуляторы называются 12В (и 6В, 24В тоже есть, по-моему, даже 4В изредка встречаются) но на корпусе тех-же аккумуляторов для ИБП производитель указывает напряжение выше 13.5В.

Например:


Тут мы видим, что в форсированном режиме напряжение заряда может быть аж 15В.

Все разъяснит кривая напряжения на АКБ:

image

Слева мы видим напряжение для аккумулятора из 12 ячеек (24В номинальных), 6 (12В номинальных) и, самое полезное, для одной ячейки. Там-же отмечены области нежелательных напряжений при разряде/ заряде. Из кривой можно сделать выводы:

1 Напряжение 12В, 24В и т.д. являются номинальными и показывают лишь число гальванических ячеек (путем деления на два) в батарее. Это просто название для удобства.

2 Напряжение при заряде могут достигать 2.5 В/ ячейку что для 12В аккумулятора соответствует 15В.

3 Напряжение заряженной батареи считается допустимым при значении 2.1-2.2 В/ячейку, что для 12В аккумулятора соответствует 12.6-13.2В.

Теоретически, батарею можно зарядить и до значений 2.4 В/ячейку или даже немного выше, однако, такая зарядка будет негативно сказываться как на состоянии электродов, так и на концентрации электролита. Однажды, перед сдачей в утиль, я легко зарядил 12В батарею до напряжения ок. 14.5В (уже не помню точное значение).

Итак, автор статьи с которой я начал, решил, что напряжение заряда автомобильной АКБ и АКБ от ИБП отличаются. Это неверно, у них одинаковый тип электродов и одинаковая концентрация серной кислоты в электролите (подобранная давным-давно экспериментальным путем, чтобы предоставлять максимальное напряжение и минимальном саморазряде). Однако, что-же происходит в батарее, почему ее нельзя заряжать при слишком высоком значении напряжения?

Почему в автомобильную АКБ нужно подливать воду, а в АКБ от ИБП не нужно? Эти вопросы позволяют нам плавно перейти в область напряжения разложения воды. Как я написал выше, при зарядке аккумулятора происходит электролиз. Однако, не весь ток расходуется на превращение PbSO4 в PbO2 и Pb. Часть тока будет неизбежно расходоваться и на разложение воды, составляющей значительную часть электролита:

2H2O = 2H2 + O2

Теоретический расчет дает значение напряжения для этой реакции ок. 1.2В. Напоминаю, что напряжение на ячейке при заряде заведомо более 2В. К счастью, активно вода начинает разлагаться только выше 2В, а в промышленности для получения водорода и кислорода из нее процесс ведут и вовсе при 2.1-2.6В (при повышенной температуре). Как бы то ни было, тут мы приходим к выводу, что в конце процесса заряда АКБ будет неизбежно происходить процесс разложения воды в электролите на элементы. Образующиеся кислород и водород попросту улетучиваются из сферы реакции. Про них бытуют следующие мифы:

1. Водород крайне взрывоопасен! Перезарядишь аккумулятор и как минимум лишишься комнаты где тот был!

На самом деле, водорода в процессе электролиза выделяется ничтожно мало по сравнению с объемом комнаты. Водород взрывается при концентрации от 4% в воздухе. Если мы допустим, что электролиз ведется в комнате размером 3*3*3 метра или 27 метров куб., то нам понадобится наполнить помещение 27*0.04=1.1 метров куб. водорода. Для получения такого количества h3 нужно было бы полностью разложить ок. 49 моль воды или 884 грамма ее. Если кто-то наблюдал электролиз, то поймет насколько это много. Или попробуем перейти ко времени. При силе тока в стандартной зарядке для крупногабаритных АКБ в 6А, уравнение Фарадея дает время, необходимое для получения этого количества водорода, аж 437 часов или 18.2 дня. Чтобы наполнить комнату водородом до взрывоопасной концентрации нужно забыть про зарядку на 2 с половиной недели! Но даже если это случится, концентрация серной кислоты просто будет расти пока ее раствор не приобретет слишком высокое сопротивление для жалких 12В зарядки и сила тока не станет ничтожной. Да и водород попросту улетучится.

Очень редко случаются взрывы непосредственно в корпусах крупногабаритных АКБ из-за того, что выделяющийся водород по какой-то причине не может покинуть замкнутого пространства. Но и в этом случае нечего страшного не бывает — чаще всего взрыва хватает только на небольшую деформацию верхней части корпуса, но не на разрыв свинцовых соединений. И АКБ еще может работать дальше даже после таких повреждений.

2. При электролизе может образоваться смертельно ядовитый и, не менее взрывоопасный чем водород, сероводород!

Не наш, периодически попадался миф в англоязычных постах. Теоретически конечно возможно подать такое большое напряжение и создать т.о. такую большую силу тока, что на катоде начнется процесс восстановления сульфат-иона. Напряжение для этого будет достаточным, а продукты восстановления не будут успевать диффундировать подальше от электрода и восстановление будет идти дальше. Но зарядка в пределах десятка-трех вольт и с ограничением силы тока в 6А на такое едва ли способна. Однажды, я наблюдал процесс восстановления сульфата до SO2, да, это возможно; однокурсницы по ошибке что-то сделали не то во время опыта. Но это большая редкость т.к. там концентрация серной кислоты была заметно выше той, что используется в АКБ, была иная конструкция электрода и иной его материал и, естественно, напряжения и сила тока были были непомерными. И SO2 не H2S.

3. При электролизе мышьяк и сурьма из материала решеток будут восстанавливаться до ядовитых арсина и стибина!

Действительно, решетки содержат относительно много сурьмы, мышьяка в современных решетках, вероятно, нет вообще. При работе АКБ та решетка на которой происходит восстановление, т.е. катод, разрушению не может подвергаться. Выделяйся даже каким-то образом стибин, он бы тут-же взаимодействовал с PbSO4, восстанавливая его до металла.

Однако, некоторая практическая неприятность тут есть. Газообразные водород и кислород могут увлекать за собой капельки электролита, создавая аэрозоль серной кислоты. Аэрозоль серной кислоты, даже концентрированной, для человека не опасен и просто вызывает кашель. Однако, серная кислота — кошмар для тканей и бумаги. Стоит даже небольшому количеству серной кислоты попасть на одежду и там обязательно появятся дырки или ткань разорвется по этому месту. Через недели, если кислоты много, через месяц, но одежда истлеет.

Так что газовыделения опасаться не стоит с бытовой точки зрения или стоит, но нужно ориентироваться именно на аэрозоль серной кислоты.

Итак, вода начала разлагаться на водород кислород, ее в электролите становится все меньше, что-же дальше? Если это АКБ в котором электролит просто налит в виде слоя жидкости, то начнется повышение саморазряда из-за повышения концентрации серной кислоты. Занятно, что это будет сопровождаться небольшим повышением напряжения (концентрация кислоты растет) на ячейке. Именно поэтому автовладельцы должны постоянно контролировать концентрацию серной кислоты в своих АКБ (при помощи ареометра) и доливать туда воду. Процедура доливания воды — необходимая часть процесса обслуживания любой АКБ. Кроме одного их типа, и мы сейчас об этом поговорим.

Иметь аккумулятор в котором болтается слой едкой, по отношению к металлам, жидкости конечно-же неудобно, а потому попытки избавиться непосредственно от жидкости предпринимались давно, начались чуть ли не в первой половине 20-го века. К слову сказать, не то чтобы слой серной кислоты прямо плескался вокруг электродов. В реальности она неплохо распределена между электродами и окружающими их сепараторами даже в дешевых моделях. Итак, первым вариантом было использование стекловолокна. Достаточно просто окружить электроды стекловолокном которое пропитано серной кислотой и большинство проблем решится. Этот тип АКБ носит название AGM (absorbent glass mat) и таких АКБ для ИБП подавляющее большинство. Хотя такие АКБ малого форм-фактора и зачастую позиционируются как те, которые можно эксплуатировать в любом положении, с этим нельзя вполне согласиться. Вскрытие крышки стандартного дешевого AGM аккумулятора показывает, что никаких особых крышек там нет, а следовательно, электролит от вытекания удерживают лишь капиллярные силы. Я почти уверен, что если погонять AGM аккумулятор перевернутым вверх дном, то уже после одной зарядки из него польется серная кислота под давление газов.

Второй распространенный тип интереснее, это т.н. гелевые АКБ. А получаются они благодаря следующему. Если подкислять растворимые силикаты, то будет происходить выделение кремневой кислоты:

Na2SiO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SiO2 + H2O

Если исходный раствор силиката не отличается качеством, то кремневая кислота будет выделяться в виде стекловидной массы, но если он достаточно чист, то кремневая кислота осадится в виде красивого куска однородного полупрозрачного геля. На этом и основан способ получения гелевых АКБ — простое добавление силикатов к электролиту вызывает его затвердение в гелеобразную массу. Соответственно, вытекать оттуда уже нечему и АКБ действительно можно эксплуатировать в любом положении. Сам по себе процесс образования геля не повышает емкости АКБ и не улучшает его качеств, однако, производители его используют при производстве наиболее качественных моделей, а потому эти АКБ отличаются высоким качеством и большей емкостью. Занятно, что в обоих случаях носителем электролита является SiO2 в той или иной форме.

Оба типа АКБ объединяются в славный тип VRLA — valve-regulated lead-acid battery который и применяется в ИБП. Формально они считаются необслуживаемыми и терпящими эксплуатацию в любом положении, но это не совсем так. Более того, многие уже встречались с эффектом, когда буквально несколько мл воды возвращают к жизни, казалось бы, дохлую АКБ от ИБП. Так получается, потому что и эти аккумуляторы не капли не застрахованы от электролиза воды в электролите, а следовательно, и пересыхания. Все происходит точно так-же, как в крупногабаритных АКБ. А вот самые дорогие и крутые необслуживаемые АКБ содержат катализатор для рекомбинации выделяющихся газов обратно в воду и вот уже у них корпус действительно выполнен абсолютно герметичным. Обращаю внимание, что по-настоящему герметичным и необслуживаемым может быть и аккумулятор типа AGM и GEL, но они-же могут ими и не быть и не содержать катализатора рекомбинации кислорода и водорода. Тогда, несмотря на казалось бы продвинутую конструкцию, пользователю придется либо чаще покупать новые аккумуляторы, либо доливать воду при помощи шприца.

Хотелось бы добавить несколько слов о режимах разряда. Производители АКБ указывают какой ток максимально допустим для той или иной модели, но нужно понимать, что аккумулятор — просто смесь химических веществ и ЭДС генерируется исключительно химическим путем. Это не конденсатор который, по электрогидравлической аналогии, можно сравнить с неким механическим сосудом (с гибкой мембраной). Хотя АКБ могут выдавать очень большие значения силы тока, в реальности они лучше всего эксплуатируются как раз при небольших токах, что в разряде, что в заряде. Поэтому ИБП, рассчитанные на заряды небольших АКБ, при работе с крупногабаритными будут заряжать их в наиболее щадящем режиме. Впрочем, в течении далеко не одних суток. Интересно обратить внимание на то, что чем выше мощность ИБП, тем больше аккумуляторов последовательно предпочитает собирать производитель. Тут все логично — большие токи разряда маленькие АКБ выдерживают очень плохо.

Подводя итоги:

1. Малогабаритные и крупногабаритные АКБ идентичны по устройству.

2. Для подавляющего большинства АКБ любого размера доливание воды является необходимой частью текущего обслуживания.

3. Лишь немногие из дорогих моделей АКБ содержат механизм рекомбинации газов и могут быть названы действительно необслуживаемыми.

4. Сам по себе водород, который выделяется при заряде (а это равно постоянной работе в ИБП) АКБ, не является существенной угрозой или проблемой.

5. Нужно очень внимательно работать с АКБ, тщательно избегая пролива даже малейших капель электролита, или лишитесь одежды.

6. Разряд и заряд малыми токами являются наиболее предпочтительными режимами эксплуатации АКБ.

Свинцово-кислотный аккумулятор: инструкция по обслуживанию и эксплуатации

Аккумуляторная батарея – неотъемлемая составляющая любого транспортного средства, которое приводится в движение за счёт двигателя. Первый аккумулятор, а именно свинцово-кислотный, появился ещё в XIX веке и по сей день не утратил своей актуальности. Время идёт, меняются эпохи, а замены столь востребованному устройству пока не придумали. Конечно, появляются его усовершенствованные виды, но это не новое оборудование, а лишь модернизация старого.

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор

Прибор, который «прячется» под капотом и обеспечивает возможность запуска двигателя, есть не что иное, как свинцово-кислотный аккумулятор. Это устройство также обеспечивает питание бортовой сети транспортного средства при заглушенном моторе.

Сама батарея электрический ток не вырабатывает, а лишь накапливает его благодаря протекающим внутри неё электрохимическим реакциям.

Как правило, АКБ представляет собой компактный корпус, изготовленный из высокопрочного полипропилена – материала, являющегося хорошим диэлектриком и при этом химически пассивного – не способного вступать в реакцию с кислотой. Внутреннее пространство батареи занято электродами, которые разделены между собой не проводящими ток сепараторами. Всё остальное свободное пространство заполнено электролитом – водным раствором серной кислоты.

Растворять кислоту необходимо исключительно дистиллированной водой! Она полностью очищена от различных примесей, которые обязательно присутствуют в жидкости, взятой из естественного водоёма или водопроводного крана.

Электроды – это свинцовые пластины, собранные в блоки. Они имеют как положительный (катоды), так и отрицательный (аноды) заряд. При размещении внутри корпуса катоды и аноды чередуются.

Сверху прибор закрыт крышкой, на которую помещены токовыводящие клеммы. Они служат:

  • для соединения с генератором и двигателем при установке на автомобиль;
  • для подключения «крокодилов» зарядного устройства в случае необходимости восстановления потраченного заряда.

Автомобильные аккумуляторы бывают двух типов:

  1. Обслуживаемые – не очень удобны в эксплуатации, требуют постоянного контроля уровня электролита и его плотности, имеют на крышке специальные выкручивающиеся пробки для доливки жидкости и возможности осуществления замеров.
  2. Необслуживаемые – наиболее современный тип батарей, которые нуждаются лишь в своевременной и полноценной зарядке, имеют герметичный корпус, не позволяющий заглянуть во внутрь.

На корпусе каждого прибора установлена маркировочная табличка, содержащая информацию об основных характеристиках источника питания: ёмкость, напряжение, пусковой ток и так далее.

Кроме того, внедрение новейших технологий в производственный процесс позволило наладить выпуск АКБ, в которых жидкая среда заменена гелеобразной. Конечно, эти устройства более надёжны и практичны, но из-за высокой стоимости не нашли широкого применения.

Разновидности

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи не только отличаются типом конструкции, но и имеют множество разновидностей. К самым популярным и востребованным относятся:

  1. Lead-Acid – классический вид батарей обслуживаемого типа. Эта группа включает устройства, материалом для изготовления электродов которых служит свинец не только в чистом виде, но и с различными примесями: сурьма, кальций. В модельном ряду можно встретить источники с различной величиной напряжения. Из эксплуатационных недостатков отмечают предрасположенность к повышенному саморазряду и необходимость регулярного обслуживания.
  2. OPzV – компактные, долговечные и мощные устройства в герметичном корпусе, не требующие никакого обслуживания. Конструктивные особенности: пластины последнего поколения выполнены в форме трубок, вместо жидкого электролита используется гель. Срок службы составляет как минимум два десятка лет. Область применения – электромобили.
  3. VRLA, что в переводе с английского означает «клапанно-регулируемые свинцово-кислотные». Это герметичные необслуживаемые устройства, снабжённые клапаном для выхода газов в случае перезарядки или какой-то неисправности. Могут эксплуатироваться в любом положении.
  4. AGM VRLA – устройства нового поколения, изготовленные по уникальной технологии. Не требуют обслуживания, к тому же они лишены практически всех недостатков классических кислотных. Дело в том, что электролит в них отсутствует в жидком виде, а «заперт» в сепараторе абсорбирующего типа. Это позволило выпускать батареи, отличающиеся компактными размерами, увеличенной ёмкостью и повышенной надёжностью.
  5. GEL VLRA – довольно дорогие источники энергии, в которых электролит превращён в гелеобразную массу. Стоит отметить, что они надёжны в работе лишь в тёплое время года при положительных температурах наружного воздуха. В мороз гель застывает, и прибор создаёт множество проблем автовладельцам, особенно в условиях сурового российского климата.

Аккумуляторные батареи с технологией AGM

В конце прошлого века появились новейшие устройства – свинцово-кислотные необслуживаемые аккумуляторные батареи, при производстве которых впервые была применена самая передовая на тот момент технология AGM. Разработана она американскими учёными, а аббревиатура AGM дословно с английского переводится как «прокладка, пропитанная стекловолокном».

В чём же принципиальное отличие устройств-новинок от обычных классических?

Первое – отсутствие жидкой среды. Электролитом на основе серной кислоты заполняют поры сепараторов из стекловолокна. Пластины точно так же собираются в блоки, образуя электроды, а между ними прокладываются «брикеты с электролитом».

Второе – эта конструктивная особенность обеспечивает наиболее рациональное размещение пластин внутри корпуса, позволяя поместить их намного больше, чем при обычной компоновке батареи. Получается, что при одинаковых габаритах ёмкость AGM аккумулятора будет значительно выше.

Третье – материал пластин – чистейший свинец. Этим обусловлен во многом продолжительный срок службы и повышенная эффективность циклов «заряд – разряд».

Технология AGM предусматривает две конфигурации пластин:

  1. Обычные плоские. Устройства выпускаются как на территории Америки, так и в Европе. Редко, но всё-таки можно встретить в торговой сети.
  2. Спиральные. Батареи с ними производятся исключительно в Америке. Они отсутствуют на европейском и отечественном рынке. Используются преимущественно в военной авиации.

Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов

Если даже рассматривать обобщённо основные достоинства классических АКБ, то они во многом будут зависеть от типа батареи. В связи с чем рассмотрим отдельно преимущества обслуживаемых источников питания и главные плюсы герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов.

Почему же стоит остановить свой выбор на классическом устройстве, нуждающемся в обслуживании?

Благодаря наличию специальных пробок на корпусе мы можем добраться до внутренностей прибора, а именно:

  • визуально оценить состояние пластин;
  • замерить уровень и плотность электролита;
  • при необходимости долить дистиллированной воды.

Чем же так хороши современные необслуживаемые источники энергии:

  1. Удалось решить главную и самую злободневную проблему – избавиться от сульфатации пластин, ведь они всегда теперь находятся в электролитном растворе.
  2. Исключена возможность утечки жидкой среды благодаря полной герметичности корпуса.
  3. Отсутствует испарение воды из раствора при его нагревании – она просто оседает на стенках в виде конденсата, а потом стекает вниз. Таким образом удаётся сохранять неизменным уровень электролита.

Недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

Как правильно эксплуатировать необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареиКак правильно эксплуатировать необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

У новейших устройств, которые не нуждаются в обслуживании, недостаток один – перемычки между банками находятся внутри герметичного корпуса и доступ к ним исключён. Следовательно, при необходимости осуществить замеры напряжения не представляется возможным.

У их предшественников, более устаревших, но ещё используемых довольно часто источников, недостатков намного больше:

  1. Высока вероятность сульфатации пластин:
    • негерметичный корпус позволяет электролиту выкипать;
    • вода в растворе испаряется, вследствие чего происходит повышение плотности оставшейся жидкости.
  2. Необходимость регулярного контроля уровня жидкой среды.
  3. Не исключена возможность замыкания клемм из-за вытекания жидкого содержимого из-под пробок.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Однотипные АКБ различаются между собой значениями параметров основных характеристик. Опираясь именно на эти данные, осуществляется подбор источника энергии для того или иного транспортного средства. Кроме того, величины самых важных характеристик помещаются на маркировочную табличку корпуса. К ним относят:

  1. Ёмкость. Она бывает двух видов:
    • электрическая – это определённое количество энергии, которое способен отдать аккумулятор в процессе разряда, например, при запуске двигателя, выражается в Ампер-часах;
    • разрядная – показывает количество электрической энергии, которое можно получить от данного источника.
  2. Номинальное напряжение, как правило, стандартно для определённых групп транспортных средств:
    • легковые автомобили – 12 В;
    • грузовые – 24 В;
    • мотоциклы – 6 В.
  3. Саморазряд – это способность батареи утрачивать заряд при длительном хранении или отсутствии эксплуатации транспортного средства на протяжении долгого времени. Критериями, вызывающими самопроизвольный разряд, являются: условия хранения, приготовление электролитного раствора с использованием обычной воды, переворачивание источников обслуживаемого типа. Определяется в процентах. Чем ниже значение этого параметра, тем лучше.

Где применяются свинцово-кислотные аккумуляторы

Сфера применения аккумуляторных батарей свинцово-кислотного вида довольно обширна:

  1. Они просто незаменимы в автомобильной промышленности – все стартерные двигатели комплектуются именно этими источниками энергии.
  2. Авиационная промышленность. Сюда относятся AGM аккумуляторы, производство которых основано на применении передовых технологий.
  3. Источники бесперебойного питания.
  4. Различные виды мототехники.
  5. Лодочные моторы.

Принцип работы

Принцип действия кислотных батарей основан на протекании электрохимических процессов внутри корпуса. В результате взаимодействия свинцовых электродов с электролитом на основе серной кислоты между ними возникает разность потенциалов. Другими словами, при запуске двигателя происходит разряд батареи – металл и кислота вступают в электрохимическую реакцию, химическая энергия которой тут же преобразуется в электрическую.

При зарядке АКБ, наоборот, электрическая энергия превращается в химическую.

Эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторов

Эксплуатация современных аккумуляторных батарей не доставит особых хлопот даже новичкам. Но её правила различаются в зависимости от типа источника.

Общие правила эксплуатации любых АКБ:

  • не допускать хранения устройства в полностью разряженном состоянии;
  • строго соблюдать условия хранения, установленные производителем;
  • не нарушать порядок подключения к клеммам;
  • всегда иметь в наличии зарядное устройство для своевременного восстановления заряда;
  • надёжно закреплять батарею в специальном углублении под капотом автомобиля;
  • не забывать утилизировать вышедший из строя источник энергии.

Свинцово-кислотные аккумуляторы ремонту не подлежат.

Дополнительно для герметичных устройств: нельзя вскрывать корпус необслуживаемой батареи – неизбежно получение ожога путём выплёскивания электролита.

Рекомендации для обслуживаемых устройств:

  • регулярно контролировать уровень и плотность электролита;
  • использовать исключительно дистиллированную воду для заливки.

Как заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Обычно в процессе эксплуатации транспортного средства осуществляется восстановление затраченной ёмкости – зарядка свинцового аккумулятора. При исправном генераторе автомобиля и регулярном использовании машины батарея будет всегда в заряженном состоянии, полностью готова к работе.

Но бывают ситуации, когда требуется вернуть мощность источнику энергии, воспользовавшись специальным зарядным устройством для свинцово-кислотных аккумуляторов, номинальное напряжение которых составляет 12 В. Такая необходимость может возникнуть в следующих случаях:

  • при неисправности цепи «генератор – аккумуляторная батарея»;
  • при эксплуатации авто редко и на короткие расстояния;
  • при запуске мотора при слишком низких температурах воздуха.

Основные этапы зарядного процесса:

  1. Устанавливаем устройство на ровную горизонтальную поверхность.
  2. Подключаем «крокодильчики» зарядника к клеммам батареи, строго соблюдая полярность.
  3. Выставляем зарядный ток.

Приступить к зарядке можно только после того, как температура электролитной жидкости достигнет комнатной.

Ток заряда

Основные параметры зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов во многом определяются их разновидностью. Так, классическое устройство, заполненное электролитом в жидком виде, требует установки токовой величины заряда в пределах 10 % номинальной ёмкости, указанной на маркировке.

Что же касается источников с гелеобразным наполнителем, то здесь параметр тока можно смело выставлять равным 20–30 % номинала ёмкостной характеристики.

Для AGM аккумуляторов сила тока может варьироваться в интервале от 10 % до 30 % от заявленной производителем ёмкости.

Время заряда

Как долго следует заряжать свинцово-кислотный аккумулятор? Продолжительность зарядного процесса напрямую зависит от степени разряженности батареи. В среднем на полноценную зарядку обычной АКБ, как правило, уходит от 8 до 12 часов. Сильно разряженное устройство можно привести в состояние полной готовности, используя высокие токи. Но такой способ следует использовать только в случае крайней нужды и очень редко.

Источники энергии, произведённые по AGM технологии, заряжаются намного быстрее, но для них требуется приобретение специального зарядного устройства, позволяющего осуществлять процесс поэтапно.

Ёмкость и напряжение

Желательно не допускать полной потери ёмкости. Чем больше величина остаточной ёмкости, тем меньше потребуется времени на зарядку.

Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи без нагрузки обычно составляет 12,7–13 В. При работающем моторе этот показатель возрастает примерно на полторы единицы.

При зарядке максимальная величина напряжения в оптимальном варианте не должна превысить 14,6 В. В противном случае это может привести к перезарядке, закипанию электролитной жидкости, а также самым негативным образом сказаться на дальнейшей работе самого прибора.

Восстановление аккумулятора

Бытует мнение, что после глубокого разряда невозможно вернуть устройству номинал мощности, размер которого указан на маркировке. Но многочисленные исследования показали, что это абсолютно не так. Существуют методы, позволяющие вернуть источник энергии на первоначальный уровень мощности.

Как можно восстановить свинцово-кислотный аккумулятор, вернув ему полноценную функциональность? Алгоритм действий достаточно прост, но требует строгого соблюдения их последовательности:

  1. Подключить зарядное устройство к клеммам источника, соблюдая полярность.
  2. Установить следующие параметры зарядки:
    • ток – 5 % от номинала ёмкости;
    • напряжение – 2,45 В.
  3. Запустить восстановительный процесс, который будет протекать медленно и долго.
  4. Для достижения наилучшего результата рекомендуется осуществить 2–3 цикла «заряд – разряд»: сначала постепенно доводить мощность до максимально возможного предела, потом такая же неспешная глубокая разрядка, а затем всё по новому кругу.

Реанимацию нужно производить только при положительных температурах. Температура жидкости внутри устройства должна соответствовать аналогичному показателю окружающей среды.

Что же касается восстановления свинцово-кислотных AGM аккумуляторов, то их предварительно нужно «смочить». Случаются такие ситуации при нарушении правил эксплуатации, когда «брикеты» с электролитом высыхают, и батарея утрачивает способность принимать заряд. Нужно, набрав в шприц дистиллированной воды, впрыснуть её в сепараторы в небольшом количестве. А спустя несколько часов, можно приступать к реанимации устройства.

Заряд свинцово кислотных аккумуляторов AGM и GEL

Категория: Поддержка по зарядным устройствам
Опубликовано 03.05.2016 12:02
Автор: Abramova Olesya

Свинцово-кислотные аккумуляторы используют специальный алгоритм зарядки, известный как CC/CV (constant current/constant voltage — с англ. «постоянный ток/постоянное напряжение»). Постоянный ток заряда воздействует на аккумулятор, постепенно повышая напряжение на клеммах. Когда это напряжение достигает определенного значения, зарядный ток понижается до уровня насыщения. Общее время зарядки составляет 12-16 часов для обычных аккумуляторов и 36-48 для специальных промышленных образцов. Время зарядки может быть уменьшено до 8-10 часов путем приложения более высоких токов и использования особых многоступенчатых режимов, но тем не менее полностью зарядить аккумулятор таким способом не выйдет. Свинцово-кислотная электрохимическая система является довольно медленной и не может заряжаться так быстро, как другие. (Смотрите BU-202: Новые свинцово-кислотные электрохимические системы).

Зарядка свинцово-кислотного аккумулятора должна состоять из трех этапов — режима зарядки постоянным током [1], режима насыщения [2] и режима поддержания заряда [3]. Заряд постоянным током поставляет большую часть энергии и занимает около половины времени от всего процесса зарядки; заряд насыщения использует более низкую силу тока и необходим для достижения полной зарядки, а режим поддержания компенсирует потери, вызванные саморазрядом.

Во время зарядки постоянным током аккумулятор получает около 70 процентов своего заряда в течение 5-8 часов; заполнение оставшихся 30 процентов лежит на режиме насыщения, который длится еще 7-10 часов. Режим насыщения является очень важным для аккумулятора, и если им пренебрегать, то это чревато сульфатацией [BU-804b], которая приводит к потере производительности или даже к выходу из строя. Режим поддержания на третьем этапе призван сохранять аккумулятор в заряженном состоянии. На рисунке 1 показаны три этих этапа.

заряд свинцово кислотных аккумуляторов GEL

Рисунок 1: Этапы зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов. Аккумулятор считается полностью заряженным, когда его напряжение достигает определенного установленного уровня. Режим поддержки компенсирует саморазряд, который в той или иной степени присутствует во всех электрических батареях.

Переход от стадии 1 к стадии 2 происходит, когда напряжение аккумулятора достигает определенного предела. Зарядный ток начинает плавно понижаться, и это понижение происходит во время всего режима насыщения. В конце, когда аккумулятор полностью заряжен, значение зарядного тока составляет примерно 3-5 процентов от его емкости. Неисправный аккумулятор с большими потерями никогда не сможет достигнуть этого низкого тока насыщения, поэтому в зарядных устройствах есть встроенный таймер, который принудительно завершает зарядку.

Правильная установка зарядного напряжения аккумулятора является крайне важной и должна составлять от 2,30 до 2,45 вольт на элемент. Выбор значения зарядного напряжения из этого диапазона лежит на совести производителей, и отдать преимущество какому-либо определенному значению весьма непросто. С одной стороны, аккумулятор должен быть полностью заряжен, чтобы использовать максимальную емкость и избежать сульфатации на отрицательных пластинах; а с другой стороны, излишнее перенасыщение и несвоевременное переключение в режим поддержания заряда вызывает коррозию положительных пластин, а также приводит к излишнему газообразованию и потерям воды из электролита.

Температура может оказывать влияние на напряжение и вследствие этого выбор зарядного напряжения может быть несколько затруднен. Более жаркое состояние окружающей среды требует немного низшего напряжения, а более холодное — немного большего. Продвинутые зарядные устройства имеют температурные датчики для контроля и регулировки зарядных характеристик, чтобы достигнуть оптимальной эффективности зарядки.

Температурный коэффициент зарядки свинцово-кислотных элементов составляет -3мВ/°С. Смысл состоит в том, что устанавливается некое значение напряжения для усредненной температуры 25°С, и это зарядное напряжение должно быть уменьшено на 3 мВ за каждый градус выше 25°С, и соответственно, увеличено на 3 мВ за каждый градус ниже 25°С. Если такие возможности с измерением температуры невозможны, то лучше выбрать более низкое зарядное напряжение из соображений безопасности. В таблице 2 сравниваются преимущества и недостатки выбора различных пиковых значений зарядного напряжения для свинцово-кислотного аккумулятора.

  2,30 — 2,35 В на элемент 2,40 — 2,45 В на элемент
Преимущества Увеличение срока службы; умеренная температура аккумулятора; температура зарядки может превышать 30°С. Более высокие показатели емкости; менее предрасположены к сульфатации
Недостатки Медленный процесс зарядки; показатель емкости нестабилен и уменьшается с каждым циклом. Подвержены сульфатации. Склонность к газообразованию и коррозии; необходимость обслуживания путем разбавления водой электролита. Не подходит для зарядки при высокой окружающей температуре из-за сильного перезаряда.

Таблица 2: Влияние зарядного напряжения на свинцово-кислотные аккумуляторы небольшой емкости. Цилиндрические свинцово-кислотные элементы имеют более высокое значение напряжение в сравнении с VRLA и стартерными аккумуляторами.

После полной зарядки с помощью режима насыщения аккумулятор не должен находиться в режиме поддержания заряда более 48 часов. Это особенно важно для герметичных версий, поскольку они более чувствительны к перезаряду в сравнении с затопленными моделями. Перезаряд приводит к излишнему тепло- и газообразованию.

Рекомендуемое значение напряжения поддержания заряда для большинства затопленных свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 2,25-2,27 В на элемент. К большим стационарным аккумуляторам при температуре окружающей среды 25°С, как правило, применяется напряжение 2,25 В на элемент. Производители рекомендуют понижать напряжение поддержания заряда в случае, если температура окружающей среды превышает 29°С.

Не все зарядные устройства имеют функцию поддержания заряда, а в транспортных средствах это вообще редкость. Если зарядное устройство остается в режиме поддержания заряда и напряжение не опускается ниже 2,30 В на элемент, то не допускайте, чтобы аккумулятор оставался подключенным к такому зарядному устройству более 48 часов. Если аккумулятор не эксплуатируется, лучше хранить его отдельно, подвергая зарядке каждые 6 месяцев (аккумулятор системы AGM [BU-201a] – каждые 6-12 месяцев).

Вышеописанные параметры напряжений применяются и к затопленным, и к аккумуляторам с клапаном сброса давления (около 34 кПа). Цилиндрические герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, такие как Hawker Cyclon, требуют более высоких напряжений, точное значение которых следует узнавать из спецификаций производителя. Приложение неправильного зарядного напряжения вызовет постепенное уменьшение емкости аккумулятора вследствие сульфатации. В аккумуляторных элементах Hawker Cyclon установлен специальный клапан сброса давления 345 кПа, что позволяет иметь место процессу рекомбинации газов, которые образуются во время зарядки.

Возможны трудности при применении режима поддержания заряда на возрастные аккумуляторы, так как каждый элемент в них имеет свое уникальное состояние. Элементы, будучи соединены последовательно, получают одинаковый зарядный ток, и практически невозможно отслеживать состояние каждого. Возможна ситуация, когда присутствуют “слабые” элементы, которые уже подвергаются перезаряду, и в то же время другие еще полностью не зарядились. Ток поддержания заряда, который является слишком высоким для элемента с ухудшенными характеристиками, может вызвать сульфатацию более сильного соседнего элемента. Существуют специальные устройства балансировки элементов аккумулятора, которые могут компенсировать разницу напряжений, вызванную дисбалансом элементов.

Колебание зарядного напряжения также является одной из проблем зарядных устройств. Пик такого напряжения принимает слишком высокое значение, вызывая выделение водорода, а во время его проседания происходит краткий период разряда аккумулятора, что вкупе приводит к истощению электролита. Производители стараются ограничивать колебания напряжения разбросом максимум в 5 процентов.

Колебания зарядного напряжения могут нести не только проблемы — изучается его влияние на уменьшение сульфатации в аккумуляторе. Но этот эффект еще не до конца изучен, и не все производители используют пульсацию в своих зарядных устройствах.

Большинство стационарных аккумуляторов эксплуатируются в режиме поддержания заряда, который неплохо себя рекомендует. Другим решением может быть режим гистерезиса, который подразумевает отключение поддержания заряда, когда аккумулятор находится в режиме ожидания. Суть этого режима состоит в том, что аккумулятор просто подзаряжается время от времени, восполняя потери энергии от саморазряда или от приложенной нагрузки. Этот режим хорошо подходит для установок, не подключенных к нагрузке во время режима ожидания.

Свинцово-кислотные аккумуляторы всегда должны храниться в заряженном состоянии. Их необходимо заряжать каждые 6 месяцев, чтобы предотвратить падение напряжения ниже 2,05 В на элемент, что вызывает сульфатацию. Свинцово-кислотные аккумуляторы, использующие технологию AGM [BU-201a], могут храниться без зарядки несколько дольше.

Измерение напряжения разомкнутой цепи во время хранения обеспечивает надежную индикацию уровня заряда. Напряжение элемента 2,10 В при комнатной температуре говорит о заряда на уровне 90 процентов. Такой аккумулятор находится в хорошем состоянии и нуждается лишь в небольшой подзарядке перед началом эксплуатации. (Смотрите BU-903: Как измерить степень заряженности электрической батареи).

При измерении напряжения холостого хода учитывайте температуру окружающей среды. Холодный аккумулятор имеет слегка пониженное напряжение, а теплый — повышенное. Измерять напряжение разомкнутой цепи лучше всего после нескольких часов покоя аккумулятора, так как зарядные или разрядные процессы вносят искажения.

Существует некоторое предубеждение против покупки нового аккумулятора, если его напряжение составляет меньше 2,10 В на элемент. Такое низкое напряжение может быть вызвано потерей заряда из-за длительного хранения или высокого саморазряда вследствие короткого замыкания. И в самом деле, статистические исследования показали, что такие аккумуляторы с пониженным начальным напряжением имеют большее количество отказов. Стоит отметить, что пороговое значение напряжение в 2,10 В относится не ко всем типам свинцово-кислотных аккумуляторов.

Долив воды в электролит

Долив воды в электролит является единственным крайне важным аспектом в обслуживании затопленных свинцово-кислотных аккумуляторов, которым, к сожалению, часто пренебрегают. Частота долива зависит от условий эксплуатации, методов зарядки и рабочей температуры. Перезаряд также приводит к увеличенному расходу воды из электролита.

Новые аккумуляторы должны проверяться каждые несколько недель на необходимость долива воды. Это позволит уберечь верхнюю часть пластин от попадания на воздух, что может привести к необратимым повреждениям вследствие окисления, что, в свою очередь, приводит к снижению емкости и производительности аккумулятора.

При низком уровне электролита необходимо немедленно добавить дистиллированную или де-ионизированную воду. Добавлять воду до требуемого уровня необходимо не перед зарядкой (это может привести к переполнению), а после зарядки. Никогда не добавляйте готовый электролит, так как это приведет к увеличению удельной плотности и будет способствовать коррозии. Некоторые аккумуляторы оборудованы специальной доливочной системой, которая контролирует уровень и плотность электролита.

Рекомендации по зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов

  • Производите зарядку в хорошо вентилируемом помещении. Водород, образующийся во время зарядки, является взрывоопасным газом. (Смотрите BU-703: Влияние электрохимических батарей на здоровье человека).

  • Выберите соответствующую программу зарядки для затопленной, гелевой или AGM версии аккумулятора. Проверьте спецификации производителя о рекомендуемых пороговых значениях напряжения.

  • Дозаряжайте свинцово-кислотные аккумуляторы после каждого использования во избежание сульфатации [BU-804b]. Не храните батареи с низким зарядом.

  • Пластины затопленных аккумуляторов должны быть полностью погружены в электролит. При низком уровне электролита долейте дистиллированную или де-ионизированную воду. Никогда не доливайте готовый электролит.

  • Доливайте воду до обозначенного уровня только после зарядки. Долив при низком уровне заряда может вызвать утечку кислоты.

  • Образование пузырьков в затопленном свинцово-кислотном аккумуляторе указывает на то, что он достиг состояния полного заряда (на аноде образуется водород, а на катоде — кислород).

  • Понизьте напряжение режима поддержания заряда, если температура окружающей среды выше 29°С.

  • Не допускайте замерзания свинцово-кислотного аккумулятора. Пустой аккумулятор замерзает раньше в сравнении с полностью заряженным. Никогда не заряжайте замерзший аккумулятор.

  • Избегайте зарядки при температуре выше 49°С.


Зарядные устройства Victron Energy (Голландия)

 

Phoenix Charger Skylla-i Skylla-TG
Зарядное устройство для свинцово-кислотных AGM аккумуляторов Зарядное устройство для яхты, катера и судна Skylla-i Victron Energy Профессиональное зарядное устройство для гелевых аккумуляторов
12/24В, 16-200А 24В, 80-500А 24/48В, 30-500А
Мощные профессиональные зарядные устройства для яхт, катеров и другого вида транспорта. Предлагаются однофазные и трехфазные зарядные устройства высокой мощности. Многостадийный адаптивный заряд с возможностью ручного управления.

Последнее обновление 2016-02-23

Свинцово-кислотный аккумулятор

: работа, конструкция и зарядка / разрядка

Практически каждое портативное и портативное устройство состоит из аккумулятора. Батарея представляет собой накопительное устройство, в котором накапливается энергия для обеспечения ее в любой момент. В современном мире электроники доступны различные типы батарей, среди которых Свинцовые Кислотные батареи обычно используются для источников питания высокой мощности. Обычно свинцово-кислотные батареи больше по размеру, имеют прочную и тяжелую конструкцию, они могут хранить большое количество энергии и обычно используются в автомобилях и инверторах.

Даже после конкуренции с литий-ионными батареями спрос на свинцово-кислотные батареи растет день ото дня, потому что они дешевле и проще в обращении по сравнению с литий-ионными батареями. Согласно некоторым исследованиям рынка, рынок свинцово-кислотных аккумуляторов в Индии будет расти со среднегодовым темпом роста более 9% в течение 2018-24 годов. Таким образом, он имеет огромный рыночный спрос в области автоматизации, автомобилестроения и бытовой электроники. Хотя большая часть электромобилей поставляется с литий-ионными батареями, все же есть много электрических двухколесных транспортных средств, в которых для питания автомобиля используются свинцово-кислотные батареи.

В предыдущем уроке мы узнали о литий-ионных аккумуляторах, здесь мы разберемся с принципом работы , конструкцией и применением свинцово-кислотных аккумуляторов. Мы также узнаем о характеристиках зарядки / разрядки, требованиях и безопасности свинцово-кислотных аккумуляторов.

Строительство свинцово-кислотной батареи

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор? Если мы сломаем название Свинцово-кислотный аккумулятор, мы получим Свинцовый, Кислотный и Аккумулятор .Свинец — это химический элемент (обозначение — Pb, атомный номер 82). Это мягкий и податливый элемент. Мы знаем, что такое кислота; он может отдавать протон или принимать пару электронов, когда реагирует. Так, аккумулятор, который состоит из свинца и безводной свинцовой кислоты (иногда ошибочно называемой пероксидом свинца), называется свинцово-кислотным аккумулятором.

Итак, , что такое внутренняя конструкция?

Свинцово-кислотная батарея состоит из следующих элементов, мы можем видеть это на изображении ниже:

Lead Acid Battery Internal Diagram

Свинцово-кислотная батарея состоит из пластин, сепаратора и электролита, твердого пластика с твердым резиновым корпусом .

В аккумуляторах пластины двух типов , положительные и отрицательные. Положительный состоит из диоксида свинца, а отрицательный — из губчатого свинца. Эти две пластины разделены разделителем , который представляет собой изоляционный материал. Вся конструкция хранится в жестком пластиковом ящике с электролитом. Электролит — вода и серная кислота.

Жесткий пластиковый корпус одноклеточный. Одноячеечное хранилище обычно 2.1В. По этой причине свинцово-кислотная батарея на 12 В состоит из 6 ячеек и обычно обеспечивает 6 x 2,1 В / элемент = 12,6 В.

Теперь, , какова емкость накопителя заряда?

Это сильно зависит от активного материала (количества электролита) и размера пластины. Возможно, вы видели, что емкость литиевой батареи описывается в мАч или миллиампер-часах, но в случае свинцово-кислотной батареи это ампер-час. Мы опишем это в следующем разделе.

Работа свинцово-кислотных аккумуляторов

Работа свинцово-кислотного аккумулятора — это все о химии, и очень интересно узнать о ней. В процессе зарядки и разрядки свинцово-кислотных аккумуляторов происходят огромные химические процессы. Разбавленная серная кислота H 2 SO 4 молекулы распадаются на две части при растворении кислоты. Он создаст положительные ионы 2H + и отрицательные ионы SO 4 -. Как мы уже говорили ранее, два электрода соединены как пластины, анод и катод.Анод улавливает отрицательные ионы, а катод притягивает положительные ионы. Эта связь в аноде и SO 4 — и катоде с 2H + обменивается электронами и далее реагирует с h3O или с водой (разбавленная серная кислота, серная кислота + вода).

Батарея имеет два состояния химической реакции: Зарядка и Разрядка .

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов

Как мы знаем, чтобы зарядить аккумулятор, нам нужно обеспечить напряжение, превышающее напряжение на клеммах.Таким образом, для зарядки аккумулятора 12,6 В можно подать напряжение 13 В.

Но что на самом деле происходит, когда мы заряжаем свинцово-кислотную батарею?

Ну, те же химические реакции, которые мы описали ранее. В частности, когда аккумулятор соединен с зарядным устройством, молекулы серной кислоты распадаются на два иона: положительные ионы 2H + и отрицательные ионы SO 4 -. Водород обменивается электронами с катодом и становится водородом, этот водород реагирует с PbSO 4 на катоде и образует серную кислоту (H 2 SO 4 ) и свинец (Pb).С другой стороны, SO 4 — обмениваются электронами с анодом и становятся радикальными SO 4 . Этот SO 4 реагирует с PbSO 4 анода и образует пероксид свинца PbO 2 и серную кислоту (H 2 SO 4 ). Энергия накапливается за счет увеличения плотности серной кислоты и увеличения потенциального напряжения ячейки.

Как объяснено выше, в процессе зарядки на аноде и катоде происходят следующие химические реакции.

На катоде

  PbSO  4  + 2e  -  => Pb + SO  4   2-   

На аноде

  PbSO  4  + 2H  2  O => PbO  2  + SO  4   2-  + 4H - + 2e -  

В сочетании двух приведенных выше уравнений общая химическая реакция будет

.
  2PbSO  4  + 2H  2  O => PbO  2  + Pb + 2H  2  SO  4   

Lead Acid Battery Charging

Существуют различные методы зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов.Каждый метод может использоваться для конкретных свинцово-кислотных аккумуляторов для конкретных приложений. В некоторых приложениях используется метод зарядки с постоянным напряжением , в некоторых приложениях используется метод с постоянным током , в то время как зарядка от щекотки также полезна в некоторых случаях. Обычно производитель аккумуляторов предоставляет правильный метод зарядки определенных свинцово-кислотных аккумуляторов. Зарядка постоянным током обычно не используется при зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов .

Наиболее распространенным методом зарядки, используемым в свинцово-кислотных аккумуляторах, является метод зарядки постоянным напряжением , который является эффективным с точки зрения времени зарядки.В течение полного цикла зарядки напряжение заряда остается постоянным, а ток постепенно уменьшается с увеличением уровня заряда аккумулятора.

Свинцово-кислотная батарея разряжается

Разрядка свинцово-кислотной батареи снова связана с химическими реакциями. Серная кислота находится в разбавленной форме, обычно в соотношении 3: 1 с водой и серной кислотой. Когда нагрузки подключаются поперек пластин, серная кислота снова распадается на положительные ионы 2H + и отрицательные ионы SO 4 .Ионы водорода реагируют с PbO 2 и образуют PbO и воду H 2 O. PbO начинает реагировать с H 2 SO 4 и создает PbSO 4 и H 2 O.

С другой стороны, ионы SO 4 — обмениваются электронами с Pb, образуя радикал SO 4 , который в дальнейшем создает PbSO 4 , реагирующий с Pb.

Как объяснено выше, в процессе разряда на аноде и катоде происходят следующие химические реакции.Эти реакции прямо противоположны реакциям зарядки:

На катоде

  Pb + SO  4   2- => PbSO  4  + 2e -  

На аноде:

  PbO  2  + SO  4   2-  + 4H - + 2e - => PbSO  4  + 2H  2  O  

В сочетании двух приведенных выше уравнений общая химическая реакция будет

.
  PbO  2  + Pb + 2H  2  SO  4  => 2PbSO  4  + 2H  2  O  

Lead Acid Battery Discharging

Из-за обмена электронами между анодом и катодом нарушается баланс электронов на пластинах.Затем электроны проходят через нагрузку, и батарея разряжается.

Во время этого разряда плотность разбавленной серной кислоты уменьшается. Кроме того, в то же время уменьшается разность потенциалов ячейки.

Фактор риска и электрические характеристики

Свинцово-кислотный аккумулятор опасен при ненадлежащем обслуживании. Поскольку аккумулятор выделяет водород во время химического процесса, он очень опасен, если не используется в вентилируемом помещении.Кроме того, неточная зарядка серьезно повреждает аккумулятор.

Каковы стандартные характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов?

Каждая свинцово-кислотная батарея снабжена таблицей данных по стандартному току заряда и току разряда. Обычно свинцово-кислотный аккумулятор на 12 В, применимый в автомобильной промышленности, может иметь диапазон от 100 Ач до 350 Ач. Этот рейтинг определяется как рейтинг разряда с 8-часовым периодом времени.

Например, батарея емкостью 160 Ач может обеспечить 20 А тока питания нагрузки в течение 8 часов диапазона .Мы можем потреблять больше тока, но делать это не рекомендуется. Потребление тока, превышающего максимальный ток разряда в течение 8 часов, приведет к снижению эффективности батареи, а также может измениться внутреннее сопротивление батареи, что еще больше увеличит температуру батареи.

С другой стороны, во время фазы зарядки мы должны быть осторожны с полярностью зарядного устройства , оно должно быть правильно подключено с полярностью батареи. Обратная полярность опасна для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов.Готовое зарядное устройство поставляется с измерителем зарядного напряжения и зарядного тока с возможностью управления. Мы должны обеспечить большее напряжение, чем напряжение аккумулятора, чтобы зарядить аккумулятор. Максимальный ток заряда должен быть таким же, как и максимальный ток питания при 8-часовой разряде. Если мы возьмем тот же пример 12 В 160 Ач, то максимальный ток питания составляет 20 А, поэтому максимальный безопасный ток зарядки составляет 20 А.

Мы не должны увеличивать или обеспечивать большой зарядный ток , так как это приведет к нагреву и увеличению газообразования.

Правила обслуживания свинцово-кислотных аккумуляторов

  1. Полив — это функция, которой часто пренебрегают при обслуживании залитых свинцово-кислотных аккумуляторов. Поскольку перезарядка уменьшает воду, нам нужно часто ее проверять. Меньшее количество воды вызывает окисление пластин и снижает срок службы батареи. При необходимости доливайте дистиллированную или ионизированную воду.
  2. Проверьте вентиляционные отверстия, они должны быть усовершенствованы резиновыми заглушками, часто резиновые заглушки слишком плотно прилегают к отверстиям.
  3. Заряжайте свинцово-кислотные батареи после каждого использования. Длительный период без подзарядки обеспечивает сульфатирование в пластинах.
  4. Не замораживайте аккумулятор и не заряжайте его более чем на 49 градусов по Цельсию. При низкой температуре окружающей среды аккумуляторы необходимо полностью заряжать, поскольку полностью заряженные аккумуляторы безопаснее, чем разряженные аккумуляторы в отношении замерзания.
  5. Не разряжайте аккумулятор ниже 1,7 В на элемент.
  6. Для хранения свинцово-кислотного аккумулятора его необходимо полностью зарядить, а затем слить электролит.Тогда аккумулятор высохнет и его можно будет хранить долгое время.
.

Полезная информация о свинцово-кислотных аккумуляторах — M0UKD — Блог любительского радио

Как они сделаны и как работают?

Свинцово-кислотная батарея состоит из серии идентичных ячеек, каждая из которых содержит наборы положительных и отрицательных пластин.

В полутяговых ячейках используется плоская пластинчатая конструкция. Каждая положительная пластина представляет собой литой металлический каркас, содержащий активный материал из диоксида свинца. Отрицательные пластины содержат активный губчатый свинец. также на аналогичной раме.Обе пластины обычно имеют одинаковую площадь поверхности.

На практике типичная ячейка состоит из гораздо большего количества пластин, чем две, чтобы получить требуемый выходной ток. Все положительные пластины соединены вместе, как и все отрицательные. Поскольку каждая положительная пластина всегда расположена между двумя отрицательными пластинами, всегда имеется одна или несколько отрицательных пластин, чем положительных.

Результирующее напряжение свинцово-кислотного элемента обычно составляет 2 вольта. Для достижения напряжения, необходимого для применения, каждый элемент затем соединяется последовательно с помощью значительных металлических перемычек для образования батареи.В типичном моноблочном аккумуляторе, таком как тот, который используется в автомобиле для запуска, необходимое напряжение составляет 12 вольт, что достигается путем последовательного соединения шести ячеек и помещения их в одну пластиковую коробку. Аккумуляторы для отдыха, где требуется постоянный ток и глубокий цикл, способный разряжаться до 90%, имеют состав, отличный от тяговой батареи, которая используется в автомобиле.

Ячейка с пластинами заполнена электролитом, состоящим из серной кислоты и дистиллированной воды с удельным весом 1.270 при 60 ° F (15,6 ° C). Серная кислота — очень активное соединение атомов водорода, серы и кислорода. Серная кислота является очень реактивным веществом и из-за своей нестабильности способна очень равномерно распределяться по электролиту в батарее. Со временем это действие обеспечивает равномерную реакцию между всеми пластинами. производство напряжения и тока. Химическая реакция между составными частями электролита и губчатым свинцом отрицательных пластин и 2.диоксид свинца на положительных пластинах превращает поверхность обеих пластин в сульфат свинца. Когда происходит этот процесс, водород в кислоте реагирует с кислородом в диоксиде свинца с образованием воды. Конечным результатом всей этой реакции является то, что положительная пластина отдает электроны, а отрицательная пластина получает их в равных количествах, тем самым создавая разность потенциалов между двумя пластинами. Продолжительность реакций, производящих напряжение ячейки, ограничена, если между двумя пластинами нет соединения, и напряжение останется постоянным.

Если между положительной и отрицательной пластинами помещается соединение (нагрузка), химическая реакция может продолжаться, и электроны проходят через цепь от отрицательной пластины к положительной. Фактически, поток электронов — это ток, производимый ячейкой. Только когда запас электронов истощится, то есть когда активный материал на отрицательной пластине израсходован, а электролит в основном превратился в воду, батарея не сможет производить ток.Во время химического процесса могут возникать разные уровни нагрева, и чем быстрее батарея разряжается, тем сильнее будет нагрев и, следовательно, эффективность системы будет снижена.

Уход и обслуживание заливных свинцово-кислотных аккумуляторов

Наиболее важные аспекты ухода за этими и всеми другими типами аккумуляторов связаны как с зарядкой, так и с разрядом, а также с механической обработкой аккумуляторов, т.е. поддержанием их доливки водой и т. Д.

Важно учитывать, что свинцово-кислотные (pb) аккумуляторы, как мы видели выше, являются довольно деликатными химическими предприятиями.

Разряд

Свинцово-кислотные батареи никогда не должны разряжаться. Максимальный рекомендуемый сброс составляет 75% от общего объема. Это означает, что при включении аккумулятора должно оставаться минимум 25% заряда.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, однажды залитые электролитом, всегда следует регулярно заряжать, даже если они не используются. В режиме ожидания заполненный аккумулятор саморазрядится из-за собственного внутреннего сопротивления. оставленный достаточно долго, аккумулятор может полностью разрядиться, даже не будучи запущенным в эксплуатацию.Хранение также влияет на скорость разряда. Батарею нельзя хранить прямо на земле и особенно на бетоне. Лучшим способом хранения являются деревянные поддоны, которые не пропускают или не пропускают влажные дорожки и обеспечивают хорошую циркуляцию воздуха. Во время хранения большинство производителей рекомендуют подзаряжать батарею примерно раз в два месяца.

Как узнать состояние заряда

Чрезвычайно сложно точно измерить степень заряда свинцово-кислотной батареи и предсказать оставшуюся емкость.

Чтобы определить SOC (состояние заряда) свинцово-кислотной батареи, классический подход вольтметра не работает. Напряжение на клеммах будет широко варьироваться между батареями в зависимости от таких факторов, как температура окружающей среды и относительный возраст батареи
. Полный набор таблиц температурных профилей покажет большие различия в напряжении на клеммах холостого хода в широком диапазоне температур. Вот почему хорошее зарядное устройство должно включать в себя схему компенсации температуры
, чтобы избежать «чрезмерной» или «недостаточной» зарядки аккумулятора при различных температурах окружающей среды.Для проверки SOC свинцово-кислотной батареи лучшим индикатором является ареометр. Когда вы проверяете SOC батареи с помощью ареометра, вы фактически измеряете количество серной кислоты, оставшейся в растворе электролита. По мере того, как из батареи расходуется больше энергии, соотношение серной кислоты и воды уменьшается, и образующийся побочный продукт сульфат свинца начинает формироваться на электродных пластинах
. Низкое показание ареометра означает, что химический состав, генерирующий свободные электроны, уменьшается, поэтому для использования сохраняется не так много энергии.

Термин «удельный вес» часто используется для определения SOC свинцово-кислотной батареи. Удельный вес вещества — это сравнение его плотности с плотностью воды (1.000). Представьте себе бутылку емкостью 1 галлон, наполненную водой, и вторую
, наполненную перьями. В обоих есть равные объемы материала, но бутылка с перьями будет весить меньше, чем бутылка с водой. В результате значение удельного веса бутылки с перьями будет меньше, чем у бутылки с водой.В свинцово-кислотных аккумуляторах атомы серы разрушаются и выщелачиваются из раствора электролита при его разряде. Распад электролита снижает его общий «вес», поскольку сера удаляется из раствора, что снижает измерение удельного веса. Взгляните на таблицу ниже:

Состояние заряда, связанное с удельным весом и напряжением холостого хода

Состояние заряда Удельный вес (sg) Напряжение холостого хода (приблизительное)
100% 1.265 12,63
75% 1,210 12,30
50% 1,160 12,00
25% 1,120 11,76
0% 1,100 11,64

Следует проявлять особую осторожность, чтобы не разряжать батарею сверх точки SOC 75%. Как только удельный вес упадет ниже 1.210 уровня на пластинах электродов образуются излишки сульфатных отложений. Этот процесс называется «сульфатированием» и приводит к упрочнению электродных пластин. Если аккумулятор находится в состоянии низкого заряда в течение длительного периода времени, процесс сульфатирования в конечном итоге снизит способность аккумулятора генерировать ионные переносчики заряда до такой степени, что он больше не будет обеспечивать необходимую мощность. Эта точка иначе известна как МЕРТВАЯ БАТАРЕЯ!

Когда вы перезаряжаете аккумулятор, происходит обратный процесс, и сера возвращается в раствор электролита.Правильная повторная работа аккумулятора обеспечит долгий и функциональный срок службы. Если аккумулятор неправильно эксплуатируется, допуская сульфатирование электродных пластин на регулярной основе или в течение длительного периода времени, в процессе зарядки не удастся восстановить прежний полный потенциал аккумулятора. Пора произвести дорогостоящую замену аккумулятора!

Сульфатирование в основном связано с недозарядом. Здесь ионы сульфата вошли в глубокие связи со свинцом на пластинах ячейки. Ионы сульфата могут связываться со свинцом на трех последовательно более глубоких энергетических уровнях.Первый уровень — это связь, которую мы используем, когда обычно заряжаем и разряжаем элемент. Примерно через месяц на первом уровне некоторые облигации образуют облигации второго уровня, для разрыва которых требуется больше электроэнергии. После нескольких месяцев нахождения на связи второго уровня сульфат-ионы действительно подходят к свинцу и образуют связи третьего уровня. Связи третьего уровня электрически недоступны. Никакая перезарядка не разрушит облигации третьего уровня. Чем дольше связь сульфата свинца остается на уровне, тем больше вероятность, что она установит более близкое знакомство и перейдет на следующий более глубокий уровень.Вот почему так важно полностью, регулярно и полностью заряжать свинцово-кислотные элементы.

Уравнительные заряды

Если потеря емкости вызвана связью второго уровня, то повторная серия уравнивающих сборов разорвет связи второго уровня. При выравнивании связи второго уровня сначала будут преобразованы в связи первого уровня, а затем сульфат-ион может полностью оторваться от свинца и повторно войти в раствор электролита. Если ваши свинцово-кислотные элементы потеряли емкость, то первым делом следует попробовать режим выравнивающих зарядов.Уравнивающий заряд — это контролируемая перезарядка уже полностью заряженного элемента. Сначала зарядите элемент, а затем продолжайте заряжать элемент со скоростью C / 20 в течение пяти-семи часов. Во время выравнивающих зарядов напряжение элемента становится очень высоким, примерно 2,7 В постоянного тока на элемент. Эта перезарядка содержит необходимую силу, чтобы разорвать связи второго уровня и вынудить их перейти на первый уровень. Как только они достигают первого уровня, связь легко разрывается, и ионы сульфата снова переходят в раствор в электролите.

Емкость аккумулятора несопоставима с полным баком бензина.Заполненный бензобак содержит конечное количество энергии, которое можно использовать медленно или быстро в зависимости от требуемой энергии. Емкость аккумулятора не так проста.

В аккумуляторе скорость потребления энергии влияет на общее количество энергии, доступной от аккумулятора. Например, батарея на 100 Ач, рассчитанная на 20 часов работы, означает, что в течение 20 часов доступно 100 Ач, или, другими словами, вы можете рассчитывать на потребление до 5 А в час в течение до 20 часов, 20 × 5 = 100Ач.

Если вы попытаетесь разрядить аккумулятор быстрее, вы не сможете рассчитывать на то же количество Ач.Например, если вы опустите его всего за один час, приблизительная емкость станет 100 x 0,59, что = 59 Ач. Другими словами, вы можете подключить к батарее нагрузку, которая будет потреблять 59 ампер всего за один час. Если вы разряжаете всего за полчаса, вы можете рассчитывать получить только половину (47%) емкости ваших батарей.

В большинстве случаев скорость разряда батареи сильно различается, и вы можете видеть, что любой индикатор состояния батареи должен быть довольно умным прибором, если он когда-либо собирается дать точные показания.

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов

Вентиляционные колпачки аккумулятора должны всегда оставаться на месте и плотно прилегать как во время зарядки, так и при разрядке.

Для обеспечения максимального срока службы батарей, т. Е. Наибольшего количества циклов зарядки / разрядки и количества лет службы, большинство производителей аккумуляторов рекомендуют стремиться заряжать аккумуляторы, когда они достигают примерно 50% разряда. Этот уровень разряда, конечно, должен измеряться в соответствии со скоростью разряда батареи, которая, как мы уже видели, изменяет доступную общую емкость батареи.

Кроме того, некоторые производители аккумуляторов указывают, что наилучший срок службы будет достигнут только в том случае, если аккумуляторы будут достаточно разряжены для 4-часовой полной зарядки, прежде чем аккумуляторы будут полностью заряжены.

Разумное эмпирическое правило заключается в том, что вы должны стремиться заряжать батареи только тогда, когда они разряжены на 70–40%. Если вы заряжаете их, они разряжаются лишь незначительно, т.е. менее 40%, вы в конечном итоге закипите их без надобности, что приведет к потере энергии в виде тепла и выделения водорода и, в свою очередь, сократит срок службы аккумуляторов.Фактически аккумуляторы перезаряжаются, что может вызвать повреждение и коробление пластин. В процессе некоторое количество активного материала выталкивается с пластин и падает на дно батареи. Если это происходит часто, конечным результатом является образование перемычки между пластинами, что, в свою очередь, может вызвать короткое замыкание между пластинами. Эта ситуация приводит к разрушению элемента, что снижает емкость аккумулятора.

Чтобы еще больше запутать ситуацию, батарея будет работать с максимальной эффективностью, чем глубже она разряжена, примерно до 75%.Объемная фаза цикла зарядки является наиболее эффективной и тем длиннее, чем глубже разряд.

Доступно множество зарядных устройств. Сегодня производители поставляют автоматические зарядные устройства, которые должны обеспечивать оптимальное время автономной работы. доступно множество профилей зарядки, и теперь, с появлением зарядных устройств с электронным переключением режимов, в вашем автомобиле можно иметь полностью программируемое зарядное устройство, способное заряжать практически любой тип аккумулятора.

Свинцово-кислотные батареи необходимо заряжать осторожно.Если заряд будет слишком сильным и неконтролируемым, аккумуляторы могут перегреться и вызвать тепловую утечку, которая может привести к возможному взрыву.

Слишком осторожная зарядка потребует слишком много времени для полной зарядки аккумуляторов, в результате чего аккумуляторы будут использоваться в недостаточно заряженном состоянии, что приведет к преждевременному выходу из строя из-за сульфатации.

Последние электронные зарядные устройства в основном обеспечивают профиль заряда IUI для стандартных заливных свинцово-кислотных аккумуляторов. Это означает, что ток, потребляемый батареями, может течь с постоянной (I) скоростью, в то время как напряжение может расти само по себе, что будет происходить, когда батарея начнет заряжаться.Эта первая часть цикла зарядки известна как фаза объемной зарядки. Когда будет достигнуто заданное напряжение, обычно это напряжение, при котором аккумуляторы только начинают разряжаться, зарядное устройство переключится в фазу постоянного напряжения (U), и ток, потребляемый аккумулятором, будет постепенно падать, пока не достигнет другого заданного уровня. Эта вторая часть цикла на самом деле является завершающей зарядкой, когда аккумулятор просто до краев очень осторожно долит с очень плавно уменьшающейся скоростью. Наконец, зарядное устройство снова переключится в режим постоянного тока (I), и напряжение снова повысится до нового более высокого предустановленного предела, чтобы добиться успешного выравнивающего заряда.

Оптовый сбор

В этой первой части заряда батарея может потреблять значительный доступный ток. Обычно предел этого уровня тока определяется наличием сетевой розетки подходящего размера, особенно на больших батареях. Однако стоит отметить, что срок службы батареи будет максимальным, если даже эту первую фазу большой зарядки начать осторожно и ограничить максимальный ток. Если сила тока слишком высока, результатом будет чрезмерный нагрев внутри батареи, что является расточительным и может привести к короблению пластин и разрушению батареи.Размер зарядного устройства, подходящий для аккумуляторов, очень важен.

Окончание заряда

После завершения основной фазы начинается завершающая фаза, и батарея полностью заряжается. Этот этап очень важен. Если аккуратно не долить батарею, она выльется через край в виде отработанного тепла и сильного выделения газов на пластины, что снова может привести к деформации пластин и разрушению батареи. Если аккумулятор не заправлен полностью, он сульфатируется уже после нескольких зарядок, что приведет к преждевременному выходу из строя.

Выравнивание

В любом циклическом приложении время от времени необходимо будет уравновешивать ряд батарей, чтобы обеспечить одинаковое напряжение на элементах батареи во всем блоке.

Нет двух одинаковых аккумуляторных элементов или батарей. Во время зарядки и разрядки каждый элемент / аккумулятор будет реагировать на своего соседа совершенно по-разному. Это может означать, что каждая батарея может иметь разное количество заряда. Чтобы получить максимальную отдачу от всего аккумуляторного блока, необходимо, насколько это возможно, убедиться, что все без исключения аккумуляторы имеют одинаковое количество заряда.

Во время цикла зарядки напряжения разных аккумуляторов будут очень высокими. Чтобы привести их всех к одному уровню, необходимо немного перезарядить некоторые, чтобы довести других до полной зарядки.

Выравнивание осуществляется путем повышения напряжения при подаче небольшого постоянного тока на батареи. Допускается повышение напряжения выше нормального конечного напряжения, чтобы позволить более слабым батареям / элементам потреблять больше тока. Более сильные батареи не пострадают при условии, что ток слабый, а период и частота перезарядки не слишком велики и не велики соответственно.Более мощные батареи поглотят избыточный заряд, выделяя тепло за счет легкого кипячения и более сильного выделения газа. Как только более слабые батареи поглотят требуемый ток, выравнивающий заряд может быть остановлен. Время выравнивания должно быть достаточно продолжительным, чтобы все батареи были полностью заряжены. Поскольку фактор времени будет самым надежным способом проверки состояния заряда, будет вольтметр на каждой ячейке или отдельной батарее.

Действительно сложные системы зарядки и контроля аккумуляторов не требуют использования выравнивающего заряда и могут полностью заряжать все аккумуляторы, включая более слабые, без перезарядки сильных.

В этих системах каждая батарея оснащена электронным зажимом, который постепенно снижает количество заряда, поступающего в полностью заряженные батареи, по мере того, как завершается зарядка. Это означает, что более слабые батареи получают больший ток, чтобы довести их до полного состояния заряда, а сильные батареи не будут чрезмерно заряжены. Недостатком этих сложных систем является их стоимость. Цена каждого зажима батареи может быть порядка 1/5 стоимости каждой батареи.

Полив

Тяговые и полутяговые аккумуляторы обычно поставляются со съемными вентиляционными крышками, чтобы их можно было пополнять водой. Процесс зарядки аккумуляторов вызывает выделение газов при достижении определенного напряжения, обычно где-то от 2,35 до 2,4 В на элемент. В результате вода обедняется своими составными частями за счет высвобождения пластин водородного газа. Водород, конечно, гораздо менее плотен, чем воздух и электролит, и, следовательно, выплывает из батарей при первой же возможности.Поэтому эту воду необходимо время от времени дополнять. Если вы не заправляете батарею газом, есть вероятность, что она станет сульфатированной из-за того, что не весь сульфат будет полностью удален во время фазы зарядки без газа.

Важно отметить, что для доливки подходит только очень чистая вода. Он не должен содержать следов минералов и особенно металлических твердых частиц, особенно железа. Наиболее подходящей формой воды является дистиллированная вода или вода, прошедшая химическую обработку и деминерализацию.Для доливки батарей следует использовать только эти типы воды. Водопроводная вода быстро разъедает аккумулятор, и ее нельзя использовать. Частота доливки, необходимая для батарей, зависит от того, как они используются. Если они часто и сильно разряжаются, их необходимо регулярно доливать. Возможно, каждые две недели или месяц.

Если аккумуляторы не заряжаются и не разряжаются часто, то вполне вероятно, что они не потребуют дозаправки в течение более длительного периода времени, скажем, раз в два или три месяца или около того.

Если аккумуляторы регулярно заряжать после коротких разрядов, они потребляют гораздо больше воды, чем обычно. Следует избегать такого обращения с батареями. Очень важно следить за тем, чтобы верхняя часть пластин батареи никогда не открывалась. Они всегда должны быть покрыты электролитом, иначе они быстро сульфатируются, и батарея выйдет из строя. Если полив является слишком сложной задачей, можно установить либо автоматические системы полива, либо каталитические колпачки. В первом случае вентиляционные крышки аккумуляторной батареи заменены специальными крышками с поплавковыми клапанами.

Серия шлангов соединяет крышки поплавка с одной точкой наполнения. Точка заправки может быть устроена так, чтобы время от времени в нее наливалась дистиллированная вода, или может быть установлен резервуар для постоянного пополнения батарей. Колпачки с катализатором предотвращают выход газов зарядки аккумулятора в атмосферу и за счет химического воздействия объединяют газы обратно в воду. Таким образом, потеря воды незначительна или отсутствует. Обе указанные выше системы работают, но имеют недостатки. Множество шлангов, соединяющих элементы батареи и батареи, могут представлять серьезную угрозу безопасности, если одна из ячеек выйдет из строя, а вентиляционные колпачки заблокируются, а в трубках нет воды.В результате возгорание одной ячейки почти мгновенно приводит к возгоранию всех остальных ячеек, поскольку трубки очень быстро заполняются водородом, который является чрезвычайно горючим и взрывоопасным, то есть как водородная бомба! Исследование, проведенное Лукасом в 1970-х годах, показало, что может случиться. В ходе демонстрации две батареи были соединены через вентиляционные крышки поплавка 3-миллиметровой трубкой длиной более 60 футов. Возгорание было искусственно инициировано в одной батарее, и за почти неизмеримо короткое время произошло возгорание во второй батарее.Мораль этой сказки заключается в том, что следует использовать только пробки с поплавком в первоклассном состоянии, и по цене от 5-00 до 8-00 фунтов каждая они недешевы! Кроме того, если трубки когда-либо будут заблокированы или поплавки не будут работать должным образом, весьма вероятно, что батареи не будут получать правильную подачу воды, и в результате выйдет из строя хотя бы одна ячейка.

Крышки катализатора, возможно, лучше. Однако они еще дороже и не вечны. В большинстве герметичных батарей используется встроенная каталитическая система.

Самый дешевый метод полива — ручной. Это также самый надежный способ, если делать это регулярно.

Температура

Температура влияет на зарядку и разрядку. Как правило, чем ниже температура, тем больше заряда может поглотить аккумулятор, а чем выше температура, тем больше он разряжается. Конечно, есть ограничения. Однако бессмысленно заряжать аккумулятор, который только что быстро разряжен и оставлен на солнце. В этих обстоятельствах перед началом зарядки необходимо дать ему остыть.Идеальная температура зарядки варьируется, но разумный ориентир — от 15 до 25 градусов по Цельсию. Идеальная температура нагнетания составляет от 20 до 30 градусов по Цельсию. К сожалению, разрядка аккумулятора при более высокой температуре, хотя и отрицательно сказывается на его характеристиках, отрицательно сказывается на его сроке службы. На самом деле, насколько я могу определить, почти каждый производитель аккумуляторов может рассчитать количество Ач, которое может быть потреблено от любой батареи в течение ее срока службы при заданных условиях постоянной разрядки.Кажется, что существует конечное количество Ач, которое может быть получено от батареи для данного профиля разряда. Сложно предсказать этот профиль разряда!

.

Измерение уровня заряда — Battery University

Узнайте об измерениях SoC и о том, почему они неточны.

Метод напряжения

Измерение степени заряда по напряжению просто, но может быть неточным, поскольку материалы и температура элементов питания влияют на напряжение. Самая вопиющая ошибка SoC, основанная на напряжении, возникает при нарушении работы аккумулятора зарядом или разрядом. Возникающее в результате перемешивание искажает напряжение, и оно больше не соответствует правильному эталону SoC.Для получения точных показаний аккумулятор должен находиться в разомкнутом состоянии не менее четырех часов; Производители свинцово-кислотных аккумуляторов рекомендуют 24 часа. Это делает метод SoC на основе напряжения непрактичным для батареи в активной нагрузке.

Каждый химический состав батареи имеет свой уникальный характер разряда. В то время как SoC на основе напряжения достаточно хорошо работает для свинцово-кислотных аккумуляторов, которые не работают, плоская кривая разряда никелевых и литиевых аккумуляторов делает метод напряжения неприменимым.

Кривые напряжения разряда 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 проблему для измерения топлива на основе напряжения, поскольку она показывает только полный заряд и низкий заряд; важную среднюю часть нельзя точно оценить. На рисунке 1 показан плоский профиль напряжения литий-фосфатных (LiFePO) аккумуляторов.


Рис. 1. Напряжение разряда фосфата лития-железа.
Li-фосфат имеет очень плоский профиль разряда, что затрудняет оценку напряжения для оценки SoC.

Свинцово-кислотные пластины имеют разный состав, что необходимо учитывать при измерении SoC напряжением. Кальций, добавка, которая делает батарею необслуживаемой, повышает напряжение на 5–8 процентов. Кроме того, тепло повышает напряжение, а холод вызывает его уменьшение. Поверхностный заряд еще больше вводит в заблуждение оценки SoC, показывая повышенное напряжение сразу после заряда; короткая разрядка перед измерением нейтрализует ошибку.Наконец, аккумуляторы AGM вырабатывают немного более высокое напряжение, чем их эквивалент.

При измерении SoC по напряжению холостого хода (OCV) напряжение аккумулятора должно быть «плавающим» без подключенной нагрузки. С современными автомобилями дело обстоит иначе. Паразитные нагрузки для служебных функций переводят аккумулятор в состояние напряжения квазизамкнутой цепи (CCV).

Несмотря на неточности, большинство измерений SoC частично или полностью полагаются на напряжение из-за простоты. SoC на основе напряжения популярна в инвалидных колясках, скутерах и гольф-карах.Некоторые инновационные BMS (системы управления батареями) используют периоды отдыха для корректировки показаний SoC в рамках функции «обучения». На рис. 2 показан диапазон напряжений свинцово-кислотного моноблока 12 В от полностью разряженного до полностью заряженного.

Рисунок 2: Диапазон напряжения свинцово-кислотного моноблока 12 В от полностью разряженного до полностью заряженного.

Источник: Power-Sonic


Ареометр

Ареометр предлагает альтернативу измерению SoC затопленных свинцово-кислотных аккумуляторов.Вот как это работает: когда свинцово-кислотная батарея принимает заряд, серная кислота становится тяжелее, что приводит к увеличению удельного веса (SG). Когда SoC уменьшается из-за разряда, серная кислота удаляется из электролита и связывается с пластиной, образуя сульфат свинца. Плотность электролита становится легче и водоподобнее, а удельный вес — ниже. В таблице 2 приведены показания BCI стартерных батарей.

Примерно
в состоянии заряда
Средний
удельный вес
.

Информация о свинцовых батареях — Battery University

Узнайте о различиях внутри семейства свинцово-кислотных и выясните, в чем их недостатки и плюсы.

Свинцово-кислотная батарея, изобретенная французским врачом Гастоном Планте в 1859 году, стала первой аккумуляторной батареей для коммерческого использования. Несмотря на свой преклонный возраст, химический состав свинца по-прежнему широко используется сегодня. Для его популярности есть веские причины; Свинцово-кислотная смесь надежна и недорога по цене за ватт.Есть несколько других аккумуляторов, которые поставляют большую часть энергии так же дешево, как свинцово-кислотные, и это делает их экономически выгодными для автомобилей, гольф-каров, вилочных погрузчиков, морских источников и источников бесперебойного питания (ИБП).

Сетка свинцово-кислотного аккумулятора изготовлена ​​из свинцового сплава. Чистый свинец слишком мягкий и не поддерживает сам себя, поэтому добавляются небольшие количества других металлов, чтобы получить механическую прочность и улучшить электрические свойства. Самые распространенные добавки — сурьма, кальций, олово и селен.Эти батареи часто называют «свинцово-сурьмянистыми» и «свинцово-кальциевыми».

Добавление сурьмы и олова улучшает глубинный цикл, но это увеличивает потребление воды и обостряет потребность в выравнивании. Кальций снижает саморазряд, но положительная свинцово-кальциевая пластина имеет побочный эффект роста из-за окисления сетки при чрезмерном заряде. В современных свинцово-кислотных аккумуляторах также используются легирующие добавки, такие как селен, кадмий, олово и мышьяк, для снижения содержания сурьмы и кальция.

Свинцовая кислота тяжелая и менее долговечна, чем системы на основе никеля и лития при глубоком цикле.Полная разрядка вызывает напряжение, и каждый цикл разрядки / зарядки навсегда лишает аккумулятор небольшой емкости. Эти потери невелики, пока батарея находится в хорошем рабочем состоянии, но затухание увеличивается, когда производительность падает до половины номинальной емкости. Эта характеристика износа применима ко всем батареям в разной степени.

В зависимости от глубины разряда свинцово-кислотный аккумулятор для приложений глубокого цикла обеспечивает от 200 до 300 циклов разряда / заряда. Основными причинами его относительно короткого срока службы являются коррозия сетки на положительном электроде, истощение активного материала и расширение положительных пластин.Это явление старения ускоряется при повышенных рабочих температурах и при больших токах разряда. (См. BU-804: Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов)

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов проста, но необходимо соблюдать правильные пределы напряжения. Выбор низкого предела напряжения защищает аккумулятор, но это снижает производительность и вызывает накопление сульфатации на отрицательной пластине. Предел высокого напряжения улучшает характеристики, но вызывает коррозию сети на положительной пластине. Хотя сульфатирование можно обратить вспять, если вовремя отремонтировать, коррозия необратима.(См. BU-403: Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов.)

Свинцово-кислотные аккумуляторы не подходят для быстрой зарядки, и для большинства типов полная зарядка занимает 14–16 часов. Аккумулятор всегда должен храниться полностью заряженным. Низкий заряд вызывает сульфатирование — состояние, которое снижает производительность аккумулятора. Добавление углерода на отрицательный электрод уменьшает эту проблему, но снижает удельную энергию. (См.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *