Свинцовые аккумуляторы являются источником энергии в машине с двигателем внутреннего сгорания. Генераторы машин содержат реле-регулятор, который не пропускает напряжение свыше 14,4 В, т.е отключает возбуждение ротора на больших оборотах двигателя. Это означает, что аккумулятор полностью зарядиться не может. Нет, если проехать 400 км, то аккумулятор зарядится, но если в день проезжать 50 км, то аккумулятор полностью так и не зарядится. В результате, обычно зимой, втягивающее реле просто щелкнет, а мотор не заведется. Естественно, что нужно либо нести аккумулятор домой и отогревать в теплой ванне, либо ставить на зарядку. Кстатит, если на улице -20С и мотор не заводится, но можно снять аккумулятор и поставить его в ванну с теплой водой. Вода не должна полностью покрывать аккумулятор. Нагрев таким образом можно добиться, чтобы электролит стал достаточно жидким, чтобы завести машину.
Для зарядки аккумулятора нужно подать на него постоянное напряжение. Выходное напряжение блока питания считается по формуле: U=2,7 В/бн - вольты на банку. Количество банок в автомобильных аккумуляторах обычно 6 - по количеству пробок для забора электролита.
Количество банок рассчитается как общее напряжение аккумулятора разделенное на два: n=U/2. Итак, получается напряжение блока питания должно быть U=2,7*6=16,2 В. Напряжение можно брать и выше - по итогу все отрегулируется током. В качестве блока выбирается трансформатор. Ток вторичной обмотки трансформатора выбирается по формуле: I=0,2*C, где С - емкость аккумулятора. Если учесть, что стандартный аккумулятор - 60 Ач, то ток через вторичку составит I=0,2*60=12 А. После трансформатора ставится выпрямительный диод - обычно на 15 А - но можно и больше, но не меньше тока вторичной обмотки трансформатора.
Однако, если дать все напряжение блока питания аккумулятору, то пластины аккумулятора сразу высыпятся. Необходимо регулирование напряжения, а следовательно - будет регулироваться и ток. Для регулирования тока необходим либо переменный резистор с толстой спиралью, подключенный последовательно с аккумулятором, либо регулятор света (диммер), включенный перед трансформатором. Для индикации тока ставится амперметр.
Если все собрано, то вначале подключаем аккумулятор к зарядному устройству, выставляем регулятор в нулевое положение и включаем трансформатор. Отключать аккумулятор от зарядного устройства при включенном зарядном нельзя - возникнет искра и может взорваться скопившийся водород. Далее выставляем ток по амперметру. Напряжение при заряде нам нисколько не интересно. Главное ток, а напряжение будет, если ток идет. Ток выставляется таким, чтобы I=0,1*С, где С - емкость аккумулятора. Для аккумулятора емкостью 60 Ач нужен ток заряда I=0,1*60=6 А. Этим током аккумулятор должен заряжаться 10 ч. Конечно, можно поставить ток 1 А и заряжать 60 ч, если есть время. Малый ток полезен аккумуляторам при зарядке, а вот большой ток может вызвать и необратимые изменения - высыпятся пластины, аккумулятор закипит. Кипение аккумулятора - негативный процесс, его нужно избегать. Если же закипание произошло, нужно отключить аккумулятор от зарядки, охладить и выставить меньший ток заряда.
Есть так называемый "уравнительный заряд" - при нем плотность электролита во всех банках становится одинаковой. Уравнительный заряд проводится после полной зарядки аккумулятора, выставляется ток I=0,15 А/бн, что для 6-ти баночного аккумулятора означает I=0,15*6=0,9 А. Этим током нужно заряжать 12 ч.
Критерием зарядки аккумулятора служит плотность электролита в его банках. Сейчас производят необслуживаемые аккумулятора, где нельзя промерить электролит и долить в него дистиллированную воду.
Однако, встречаются и обслуживаемые аккумуляторы, где сверху установлены пробки под большую крестообразную отвертку. При заряде таких аккумуляторов пробки нужно открутить, чтобы дать водороду свободно выходить. Специальным прибором - ареометром - измеряем плотность электролита в каждой банке.
У заряженного аккумулятора плотность 1,27 - 1,30 г/см 3 .
Если получилось опрокинуть аккумулятор и электролит вытек - нельзя заливать свежий электролит. Нужно собрать хоть немного электролита старого, залить в банки дистиллированную воду и на выравнивающей заряде вытягивать банки. Это достаточно длительный процесс, но верный.
Сейчас во многие аккумуляторы встраивают датчик уровня электролита. Он выполняется в виде глазка. Если посмотреть в глазок то он имеет цвет - зеленый, тогда уровень электролита высокий и аккумулятор теоретически заряжен. Если цвет глазка красный, то аккумулято либо разряжен, либо нуждается в доливке дисциллированной водой.
Хороший аккумулятор это тот, о котором не думаешь. Многие думают не так, но соглашаются с этим утверждением, когда их собственный аккумулятор подводит в самую ответственную минуту. Здесь хочется вспомнить фильм «Берегись автомобиля», но улыбка от вспомнившихся кадров замечательного фильма ситуацию не исправит…
Так вот, это значит что перед нами стоит прямая и серьезная задача? Как же реанимировать аккумулятор, если он не «крутит» стартер? Как его зарядить? Поможет ли зарядка? Вопросов много и все они хорошие и достойные, так как не однозначные. Именно в них мы и постараемся разобраться в нашей статье.
Немного из истории кислотного аккумулятора
Если гальваническую батарею изобрел Вольт в 1799 году, то аккумулятор, нечто похожее но с возможностью восстановления цикла, был создан уже через 4 года. То есть в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Конечно, в то время все эти элементы питания были несовершенными и со своими минусами. Ведь только слишком простое может быть совершенно изначально, а аккумулятор это ой как не просто.
Значимых вех в истории аккумуляторов внес в 1859-1860 годах Александр Беккерель. Молодой человек решил заняться улучшением вторичных элементов, чтобы сделать их надежными источниками тока для телеграфии. Сначала он заменил платиновые электроды "газового элемента" Грове свинцовыми. А после многочисленных экспериментов и поисков вообще перешел к двум тонким свинцовым пластинкам. Он их проложил суконкой и навил этот сэндвич на деревянную палочку, чтобы он влезал в круглую стеклянную банку с электролитом. Далее подключил обе пластины к батарее. Через некоторое время вторичный элемент зарядился и сам оказался способен давать достаточно ощутимый и постоянный ток. При этом, если его сразу не разряжали, способность сохранять электродвижущую силу оставалась в нем на довольно продолжительное время. Это было настоящее рождение накопителя электрической энергии, а проще аккумулятора.
Надо отметить, что и сегодня по такой схеме изготавливаются аккумуляторы фирмы OPTIMA. В этом случае удается уместить в аккумуляторе максимальную площадь электродов, при этом за счет скрутки эвольвентой пластины получаются более стойкие к обсыпанию.
Минусом такой конструкции являются его преимущества, вернее продолжение тех самых плюсов. В центре эвольвенты свернутых электродов процессы могут иметь некую инерционность, так как доступ электролита к ним будет ограничен.
Поэтому как бы ни были хороши такие аккумуляторы, но цена, простота конструкции все же диктуют нам другие условия. Когда аккумуляторы представляют собой набор банок с плоскими электродами. При этом наполнителем может служить кислота, либо гель все с той же кислотой.
Нет, бывают аккумуляторы и литий-ионные, и литий – полимерные и алюминий – ионные, но все они на автомобилях не применяются. По крайней мере обширно и массово.
Самые распространенные аккумуляторы сегодня (свинцово - кислотные или кислотно - свинцовые, что одно и тоже)
Итак, раз самые распространенные именно свинцово - кислотные аккумуляторы, то об их зарядке мы и поговорим далее.
Еще раз подытожим. Свинцово-кислотные аккумуляторы могут быть с кислотой или с гелем. С гелем аккумуляторы считаются не обслуживаемыми. Формы банок могут быть плоскими в виде кирпичиков или бочонками, как на рисунках выше. Это все не столь принципиально. Режимы зарядки от этого если и поменяются, то не принципиально оппозитно.
Перед зарядкой аккумулятора необходимо проверить…
Перед тем как начать заряжать аккумулятор, необходимо проверить то, насколько равномерно банки разряжены и каков уровень электролита в аккумуляторе.
В аккумуляторе каждая из его банок является обособленной и независимой батарейкой - аккумулятором, с чуть меньшим потенциалом. То есть если скажем аккумулятор на 12 вольт и в нем 6 банок, то не трудно посчитать 12/6 = 2, что каждая из банок рассчитана на то, чтобы выдавать свои 2 вольта. Однако очень глубокий разряд приводит к тому, что самые «слабые» банки АКБ начинают заряжаться в обратную сторону. Происходит так называемая переполюсовка. В этом случае электроды меняются местами - на минусе начинает образовываться оксид свинца, на плюсе сульфат бария, на котором отлично "растут" друзы кристаллов сульфатов свинца... Хотя все должно происходить оппозитно - наоборот, для каждого из электродов. Так вот, здесь важно не допустить появления такой банки, а если и появилась слабая банка, то желательно ее «подтянуть» отдельно, до начала зарядки всего аккумулятора.
Проверить ми выявить такие ущербные банки в аккумуляторе легко. Берем прибор и измеряем напряжение для них вначале через контакт «+» и электролит, а затем через минус и электролит. В итоге, записываем все в табличку, вроде той, что выше и делаем заключение о «слабой», «просевшей» банки. В нашем случае это крайняя правая. Именно ее вначале стоит зарядить на 2 вольта, при этом с правильными полюсами, а затем начать заряжать весь аккумулятор.
Вы спросите, почему нельзя заряжать аккумулятор сразу, так бы и переполюсованная банка стала заряжаться в нормальном направлении!? Здесь все просто. Все банки уже зарядятся в то время, когда самая «просевшая» только начнет набирать свой потенциал. В итоге, на остальных банках будет перезаряд, который тоже вреден.
На что еще следует обратить внимание, так это на уровень элоктролита в каждой банке. Это в том случае если у вас электролит – жидкость, а не гель. Доливаем дистиллированную воду. Не надо доливать кислоту, так как плотность проверяется только после полной зарядки, а не на разряженном аккумуляторе.
Теперь о рекомендуемом цикле зарядки аккумулятора.
Как зарядить кислотный аккумулятор. График идеальной зарядки аккумулятора (АКБ)
Вначале мы вашему вниманию представим график, зарядки аккумулятора по напряжению, а затем расскажем, почему следует заряжать именно так.
Точка 1-2 соответствует поднятию напряжения за счет исключения омических потерь. Далее начинается непосредственный процесс зарядки.
(2-3 точки) Как видите, начинается все с импульсного напряжения и тока. Это необходимо для того, чтобы «раскачать» все поры, трещины замазки на электродах аккумулятора. Импульсное напряжение и ток способны обеспечить ступенчатую реакцию с электродами аккумуляторов, то есть десульфатацию. В итоге, зарядка будет производиться как бы порционно. Первый плюс будет в том, что время зарядки будет несколько увеличено, а значит, будут происходить полноценные процессы восстановления. Второе, это то, что ток будет способствовать открытию пор на отложениях сульфатации, что само собой увеличит возможность реакции с электродами, а также емкость батареи. Процитируем фразу из исследований компании Battery Council International, относившимся к зарядке аккумуляторов применяемых в солнечных батареях.
Широтно-импульсная модуляция тока заряда может предотвратить образование отложений сульфатов, помогает преодолеть резистивный барьер на поверхности электродной сетки и пробить коррозию на переходах. В дополнение к улучшенному КПД заряда и увеличенной емкости, существуют убедительные доказательства того, что такой режим заряда может восстановить емкость АБ…
Таким образом, эту стадию можно назвать одну из важных при зарядке аккумулятора. Обеспечить ШИМ модуляцию можно за счет применения аналогового или цифрового генератора (мультивибратора).
Следующая стадия точки 3-4. Когда происходит основанное восстановление от сульфатации. Здесь хочется сказать о времени протекания процесса. Это довольно долго, но быстрее нельзя. Обеспечив 1/10 по току, от емкости аккумулятора, необходимо заряжать АБ. Увеличение тока, и попытка зарядить его быстрее, может привести к тому, что процессы просто не будут происходить быстрее, за счет ограничения по диффузии. В итоге, ничего хорошего из этого не получиться. Так заряжаем аккумулятор до начала точки газовыделения (точки 4-5), еще это процесс называют кипением аккумулятора.
При этом сохраняем тот же ток 1/10 от емкости и заряжаем аккумулятор еще 2-3 часа. Не допускаем интенсивного выделения газовыделения, чтобы не разрушить намазки на пластинах, не привести к осыпанию пластин. Хотя в настоящее время большинство аккумуляторов имеют защиту от осыпания пластин, за счет установки электродов в пакеты и подобные применяемые технологии. Здесь также важно ограничить напряжение подачи на аккумулятор, не подавать более того, что написано у него в инструкции. Ведь именно в этот момент можно несколько искусственно завысить напряжения аккумулятора, что скажется на его емкости. Поднимать напряжения аккумулятор необходимо не выше его номинального, а затем выдержать еще 2-3 часа, это уже точки 5-6.
После этого можно отключить аккумулятор от зарядного устройства. В этот момент произойдет снижение напряжения за счет омических потерь, которые были также и на точках 1-2. Далее, в течение нескольких часов напряжение аккумулятора упадет примерно до 12,5 – 12,7 вольт.
Это напряжение будет соответствовать приходу аккумулятора в некое собственное равновесное устойчивое положение. Именно с этого момента можно говорить о полном цикле заряда аккумулятора.
Теперь, когда аккумулятор заряжен, необходимо проверить его плотность.
Проверка плотности после зарядки кислотного аккумулятора
Плотность электролита должна быть в соответствии с приведенной в инструкции. В качестве рекомендательной информации можем привести такую таблицу.
Не стоит выбиваться из предписанной плотности, так как пониженная плотность электролита ведет к сульфатации, а повышенная к активизации коррозии пластин.
Именно из-за этих особенностей необходимо соблюдать «золотую середину». Рекомендуемая плотность после зарядки 1,24 г/см3.
Важно: для установления плотности электролит используйте лишь чистую серную кислоту или дистиллированную воду. Если вы будете использовать химические реагенты (жидкости) с примесями, то в аккумуляторе начнут протекать самопроизвольные токи между электродами, то есть аккумулятор просто будет разряжаться, не будет держать заряд. Назовите это как хотите, но эксплуатационные свойства аккумулятора существенно снизятся.
Теперь мы подходим к частным случаям, которые объяснят нам, почему нельзя аккумулятор часто разряжать, перезаряжать и недозаряжать.
Что будет если аккумулятор часто разряжать
Не смотря на то, что вроде как в аккумуляторы происходя обратимые процессы и в идеале они должны протекать туда и обратно бесконечно количество раз, но в жизни такого не бывает. Впрочем, как и других идеальных вещей и случаев.
У кислотного аккумулятор два серьезных врага, если можно так сказать. Первый, это кристаллы сернокислого свинца, то есть длительно протекающий процесс сульфатации. Второй, это растрескивание и выпадение в осадок пластин, либо составляющих от замазки на них.
Так вот, в случае с глубокими зарядами, мы имеем дело с первым «врагом», то есть возможно появление кристаллов, которые трудно будет растворить, а значит зарядить аккумулятор уже если и удастся, то емкость у него будет снижена.
Вот примерный график зависимости количества циклов зарядки – разрядки и емкости аккумулятора.
Что будет если аккумулятор недозаряжать
Мы много говорили о сульфатации, но до сих пор так и не видели ее «в живую». Что же она собой представляет? Взгляните на картинку. Светлые площади на электродах это и есть сульфатация.
Теперь вы видите насколько может сократиться полезная площадь электродов, что эквивалентно также повлечет за собой и сокращение емкости аккумулятора.
Так если мы не будем доводить процесс десульфатации до своего логического заключения, то есть если сульфаты останутся, то это приведет к их дальнейшему застыванию на том же месте и разрастанию. В итоге что!? Тоже самое что и при частом разряде. Емкость аккумулятора снизиться, способность к зарядке ухудшиться.
Что будет если аккумулятор перезаряжать
Перезарядка аккумулятора приведет к кипению аккумулятора, что соответственно может повлиять на уровень и плотность электролита, а также на осыпание и вымывание частиц из электродов. Если в первом случае восстановить электролит можно долив кислоту и дистиллированную воду, то в случае вымывания, а тем более высыпания пластин, восстановить их не получится. В этом случае упадет полнота протекания процесса, то есть та же самая емкость батареи. Во-вторых, выделившиеся, вымывшиеся частицы растворятся в электролите, что приведет к потере его «чистоты». В итоге, возникнут внутренние токи, через которые и будет происходить самопроизвольный разряд аккумулятора.
Подводя итог о том, как зарядить аккумулятор
Итак, мы много вам рассказали о том, как правильно заряжать аккумулятор, что можно и нужно с ним делать во время зарядки, а что нельзя. Объем статьи получился несколько значительный, но более кратко и не рассказать. Тем не менее, как бы это не было сложно постараемся резюмировать:
- заряжаем током 1/10 от емкости, большим током заряжать нежелательно, не будет успевать протекать химическая реакция, так как время заряда в этом случае тоже должно будет сократиться;
- использование ШИМ модуляции на первых этапах зарядки способно «раскачегарить» сульфатные отложения, тем самым восстановить первоначальные свойства»
- недозарядка и частая разрядка аккумулятора, приводит к наросту сульфатации на электродах, снижению емкости;
- перезарядка приводит к расслоению электродов и к потере чистоты электролита.
Именно так кратко можно сказать о процессах, которые мы столь долго описывали выше.
Здесь хотелось бы сказать также и о зарядном устройстве, но лепить все в одну кучу было бы неправильно. Статью о зарядном устройстве необходимо выделить в отдельную, тем более, что она подразумевается как интеллектуальная зарядное устройство, если предусматривать режим ШИМ модуляции. Если это простая зарядка, то вам необходимо будет обеспечить все процессы самому. А с учетом того, что аккумулятор заряжает 11-12 часов, это довольно муторно. Что же, чтобы совсем вас не оставить без информации о зарядных устройствах, можем порекомендовать ознакомиться со статьями «
Зарядка свинцово-кислотного аккумулятора должна состоять из трех этапов - режима зарядки постоянным током , режима насыщения и режима поддержания заряда . 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 , 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.
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.
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 – 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 , могут храниться без зарядки несколько дольше.
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
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 . Не храните батареи с низким зарядом.
Одним из самых востребованных аккумуляторов в мире до сих пор остается свинцово-кислотный. Несмотря на то, что этот тип батарей был изобретен еще в 19 веке, когда и началось его производство, благодаря высокой эффективности он остается популярным до сих пор. Сейчас можно встретить несколько разновидностей таких батарей.
Содрежание
Что такое свинцово кислотный аккумулятор
В классическом исполнении АКБ состоит из свинцовых пластин-электродов, которые перемежаются пористым диэлектриком. Такая компоновка позволяет избежать замыкания. Пористое вещество называют сепаратором. Вся конструкция помещена в электролит.
В современном исполнении электроды делаются в виде плоских решеток из свинца. Причем в эти решетки запрессовывают порошок, сделанный из диоксида свинца. Подобный подход значительно увеличивает полезную площадь взаимодействия электродов с электролитом, так удается увеличивать емкость АКБ.
Электролит представляет собой водный раствор серной кислоты. В растворе используют только дистиллированную воду, в ней отсутствуют соли и механические частицы, которые могут оказать влияние на работу батареи.
Важным параметром является электрическая проводимость электролита. Этот параметр зависит от процентного содержания кислоты в растворе, а также от температуры. Проводимость соответствует плотности, поэтому на практике обычно используют измерение плотности. При комнатной температуре оптимальной плотность электролита считается 1,26 г/см 3 , для этого достаточно получить раствор кислоты в 35%.
Сейчас можно встретить аккумуляторы, которые имеют вместо пластин сеть из переплетенных углеродных нитей, покрытых свинцовым напылением. Это позволяет снизить массу батареи, но при этом увеличить емкость. Эта технология недешевая, что снижает ее распространенность.
Иногда вместо жидкого электролита используют гель. Для этого электролит загущают щелочным раствором силикатов натрия. Такая технология значительно продлевает срок эксплуатации батареи.
Вместо обычного сепаратора, могут использоваться пористые варианты, сделанные из стеклоткани. Они маркируются – AGM. Допускают жесткие режимы заряда/разряда.
Разновидности и особенности свинцово кислотных АКБ
На практике сейчас можно встретить самые разные батареи. Это позволяет решать самые разные задачи по энергообеспечению самых разных устройств. Разберем наиболее популярные виды аккумуляторов.
- Lead-Acid. Требуют обслуживания. Считаются классическими автомобильными стартерными батареями. Сюда входят сурьмянистые, малосурьмянистые, и аккумуляторы. Обычно используют для двигателей внутреннего сгорания, но это не единственный вариант использования. Бывают варианты на 6v и 12v. Основной недостаток – высокий уровень саморазряда.
- AGM VRLA. Современные необслуживаемые батареи. Могут иметь вольтаж – 2v, 4v, 6v и 12v. Основная отличительная особенность – сепараторы выполнены из стекловолокна. Также обычно используется абсорбированный электролит. Это позволяет увеличить срок эксплуатации АКБ в полтора раза. Использование технологии сепараторов из стекловолокна сделало возможным увеличивать зарядный ток, что ускоряет зарядку. Обычно допускается заряжать током в 25-30% от емкости. Разработано несколько разновидностей, подходящих для разных буферных и циклических режимов.
- VRLA. Необслуживаемые АКБ с герметичным корпусом (необслуживаемые кальциевые и ). Могут иметь вольтаж – 2V, 4V, 6V и 12V. Предназначены для эксплуатации в буферном режиме. Не требуют дополнительной вентиляции при использовании в помещениях.
- GEL VLRA. Одна из самых современных модификаций. Тут применяется гелеобразный электролит. Однообразная консистенция, позволяет добиваться наиболее эффективного контакта электролита с электродом, что увеличивает емкость. Также гель позволяет продлить срок службы батареи. Является необслуживаемой батареей. Требует периодической зарядки, для продления срока эксплуатации нужно использовать только высокоточное зарядное устройство, оно должно обеспечивать точный уровень силы тока. Существует несколько разновидностей, отличающихся особенностями электродов. Обозначение каждого из них позволяет определить возможность использования АКБ в определенных условиях. Есть батареи 2v, 4v, 6v, 12v, 24v, 36v и 48v.
- OPzV. Это необслуживаемые АКБ 2V. Имеют трубчатые пластины электродов. Отличаются устойчивостью к глубокому разряду и продолжительностью службы до 22 лет.
Даже базовых разновидностей свинцово-кислотных АКБ достаточно много, также существуют и подвиды. Это позволяет подобрать батарею, идеально подходящую под ваши потребности.
Где применяются свинцово кислотные аккумуляторы
Используются такие АКБ достаточно широко. В первую очередь речь идет об автомобильной промышленности, где все стартерные батареи являются свинцово-кислотными. Такое использование обусловлено мощным током, который они могут воспроизводить, а также устойчивостью к большому уровню разряда.
Также часто именно такие батареи обеспечивают стационарные аварийные источники. Емкости бывает достаточно, чтобы закончить работу и перевести оборудование в отключенный режим. Примером такого являются бесперебойный источники питания для компьютерной техники.
Могут применяться в ИБП в этом случае, используют батареи с возможностью отдавать энергию небольшими порциями, но продолжительное время. Такие же требования к аккумуляторам предъявляют резервные источники питания. Оптимальным вариантом для решения подобной задачи станут AGM VRLA.
Такими АКБ могут комплектоваться электровелосипеды, гироскутеры, лодочные электромоторы и другая техника. Тут применяются тяговые аккумуляторы, позволяющие оптимально и экономно расходовать энергию и легко выдерживая частые глубокие разряды.
У всех аккумуляторов есть срок годности, с многочисленными циклами заряда-разряда и множеством проработанных часов аккумулятор теряет свою емкость и держит заряд все меньше и меньше.
Со временем емкость аккумулятора настолько падает что дальнейшая его эксплуатация стает невозможна.
Вероятно у многих уже накопились аккумуляторы от бесперебойников (UPS), систем сигнализаций и аварийного освещения.
В множестве бытовой и офисной техники находятся свинцово-кислотные аккумуляторы, и в независимости от марки аккумулятора и технологии производства, будь то обычный обслуживаемый автомобильный аккумулятор, AGM, гелевий (GEL) или маленький аккумулятор от фонарика, все они имеют свинцовые пластины и кислотный электролит.
По окончание эксплуатации такие аккумуляторы выбрасывать нельзя потому как они содержат свинец, в основном их ждет судьба утилизации где свинец извлекают и перерабатывают.
Но все же, не смотря на то что такие аккумуляторы в основном "необслужываемые", можно попытаться их восстановить вернув им прежнюю емкость и использовать еще некоторое время.
В этой статье я расскажу о том как восстановить 12вольтовый аккумулятор от UPSa на 7ah , но способ подойдет для любого кислотного аккумулятора. Но хочу предупредить что данные меры не следует производить на полностью рабочем аккумуляторе, так как на исправном аккумуляторе добиться восстановления емкости можно всего лишь правильным способом зарядки.
Итак берем аккумулятор, в данном случае старый и разряженный, поддеваем отверткой пластмассовою крышку. Скорее всего она точечно приклеена к корпусу.
Подняв крышку видим шесть резиновых колпачков, их задача не обслуживание аккумулятора, а стравливания образующихся при зарядке и работе газов, но мы воспользуемся ними в наших целях.
Снимаем колпачки и в каждое отверстие, с помощью шприца, наливаем 3мл дистиллированной воды, следует заметить что другая вода не годится для этого. А дистиллированную воду можно легко найти в аптеке или на авторынке, в самом крайнем случае может подойти талая вода от снега или чистая дождевая.
После того как мы долили воду, ставим аккумулятор на зарядку и заряжать его будем с помощью лабораторного (регулируемого) блока питания.
Подбираем напряжения пока не появляются какие то значения зарядного тока. Если аккумулятор в плохом состояние то зарядного тока может не наблюдаться, поначалу, вообще.
Напряжения надо повышать, пока не появится зарядный ток хотя бы в 10-20мА. Добившись таких значений зарядного тока нужно быть внимательным, так как ток будет со временем расти и придется постоянно уменьшать напряжение.
Когда ток дойдет до 100мА дальше напряжения уменьшать не надо. А когда ток заряда дойдет до 200мА нужно отключить аккумулятор на 12 часов.
Дальше снова подключаем аккумулятор на зарядку, напряжение должно быть таким чтоб ток зарядки для нашего 7ah аккумулятора был в 600мА. Также, постоянно наблюдая, поддерживаем заданный ток на протяжении 4 часов. Но смотрим за тем чтоб напряжение зарядки, для 12вольтового аккумулятора, было не больше 15-16 вольт.
После зарядки, спустя примерно час, аккумулятор нужно разрядить до 11 вольт, сделать это можно с помощью любой 12вольтовой лампочки (например на 15ват).
После разрядки аккумулятор нужно снова зарядить с током в 600мА. Лучше всего проделать такую процедуру несколько раз, то есть несколько циклов заряд-разряд.
Скорее всего вернуть номинальную емкость аккумулятору не получится, так как сульфатация пластин уже понизила его ресурс, а к тому же имеют место быть и другие пагубные процессы. Но аккумулятор можно будет дальше использовать в штатном режиме и емкости для этого будет достаточно.
По поводу быстрого износа аккумуляторов в бесперебойниках, было замечено следующие причины. Находясь в одном корпусе с бесперебойником, аккумулятор постоянно поддается пассивному нагреву от активных элементов (силовых транзисторов) которые кстати говоря нагреваются до 60-70 градусов! Постоянный прогрев аккумулятора ведет к быстрому испарению электролита.
В дешевых, а порой и даже некоторых дорогих моделях UPSов отсутствует термокомпенсация заряда, то есть напряжение заряда выставлено на 13,8 вольта, но это допустимо для 10-15градусов, а для 25 градусов, а в корпусе порой и намного больше, напряжение заряда должно быть максимум 13,2-13,5 вольта!
Хорошим решением будет вынести аккумулятор за пределы корпуса, если хотите продлить его срок службы.
Также сказывается "постоянный маленький под заряд" бесперебойником, 13.5 вольтами и токе в 300мА. Такая подзарядка призводит к тому что когда кончается активная губчатая масса внутри аккумулятора то начинается реакция в его электродах что призводит к тому что свинец токоотводов на (+) становится коричневым (PbO2) а на (-) стает "губчатым".
Таким образом, при постоянном пере заряде, мы получаем разрушение токоотводов и "кипение" электролита с выделением водорода и кислорода, что приводит к увеличению концентрации электролита, что опять способствует разрушению электродов. Получается такой замкнутый процесс что призводит быстрому расходу ресурса аккумулятора.
Кроме того такой заряд (пере заряд) большим напряжением и током от которого электролит "кипит" - переводит свинец токоотводов в порошковый оксид свинца который со временем осыпается и может даже замыкать пластины.
При активном использование (частом заряде), рекомендуется раз в год доливать в аккумулятор дистиллированную воду.
Доливать только на полностью заряженный аккумулятор с контролем как уровня электролита так и напряжения. Некоем случае не переливать, лучше ее не долить потому как назад отбирать ее нельзя, потому что отсасывая электролит вы лишаете аккумулятор серной кислоты и в последствие концентрация меняется. Думаю понятно что серная кислота нелетучая поэтому в процессе "кипения" во время зарядки, она вся остается внутри аккумулятора - выходит только водород и кислород.
На клеммы подключаем цифровой вольтметр и шприцем на 5мл с иглой заливаем в каждую банку по 2-3мл дистиллированной воды, одновременно светя внутрь фонариком чтобы остановиться если вода перестала впитываться - после заливки 2-3мл смотрите в банку - увидите как вода быстро впитывается, а напряжение на вольтметре падает (на доли вольта). Повторяем доливку для каждой банки с паузами на впитывание по 10-20сек(примерно) до тех пор пока не увидите что "стекломаты" уже влажные - то есть вода уже не впитывается.
После доливки осматриваем нет ли перелива в каждой банке аккумулятора, вытираем весь корпус, устанавливаем на место резиновые колпачки и приклеиваем на место крышку.
Так как аккумулятор после доливки показывают примерно 50-70% зарядки, вам надо его зарядить. Но зарядку нужно осуществлять или регулируемым блоком питания или же бесперебойником или штатным устройством, но под присмотром, то есть во время зарядки необходимо пронаблюдать за состоянием аккумулятора (нужно видеть верх аккумулятора). В случае с бесперебойником, для этого придется сделать удлинители и вывести аккумулятор за пределы корпуса UPSa.
Под аккумулятор подстелем салфетки или целлофановые мешочки, заряжаем до 100% и смотрим, не протекает из какой либо банки электролит. Если вдруг такое произошло, прекращаем зарядку и убираем салфеткой подтеки. С помощью салфетки смоченной в растворе соды - очищаем корпус, все впадины и клеммы куда попал электролит, для того чтоб нейтрализовать кислоту.
Находим банку откуда произошло "выкипание" и смотрим, если в окошке видно электролит, отсасываем излишки шприцем, а потом аккуратно и плавно заправляем этот электролит обратно внутрь волокна. Часто случается что электролит после доливки не равномерно впитался и вскипел вверх.
При повторной зарядке наблюдаем за аккумулятором как описано выше и если "проблемная" банка аккумулятора снова начнет "изливаться" при зарядке, излишки электролита придется удалить из банки.
Также под осмотром следует проделать хотя бы 2-3 полных цикла разряда-заряда, если все прошло отлично и нет никаких подтеков, аккумулятор не греется (легкий нагрев при заряде не в счет), то аккумулятор можно собирать в корпус.
Ну а теперь рассмотрим особо кардинальные способы реанимации свинцово-кислотных аккумуляторов
Из аккумулятора сливается весь электролит, а внутренности промываются сначала пару раз горячей водой, а потом уже горячим раствором соды (3ч.л соды на 100мл воды) оставив в аккумуляторе раствор на 20 минут. Процесс можно повторить несколько раз, а вконце хорошенько промыв от остатков раствора соды - заливают новый электролит.
Дальше аккумулятор сутку заряжают, а спустя, в течение 10 дней, по 6 часов вдень.
Для автомобильных аккумуляторов током до 10 ампер и напряжением 14-16 вольт.
Второй способ это обратная зарядка, для этой процедуры понадобится мощный источник напряжения, для автомобильных аккумуляторов например сварочный аппарат, рекомендуемый ток - 80ампер напряжением 20 вольт.
Делают переполюсовку, то есть плюс к минусу а минус к плюсу и на протяжение пол часа "кипятят" аккумулятор с его родным электролитом, после чего электролит сливают и промывают аккумулятор горячей водой.
Дальше заливают новый электролит и соблюдая новую полярность, на протяжение сутки заряжают током 10-15 ампер.
Но самый эффективный способ делается с помощью хим. веществ.
Из полностью заряженного аккумулятора сливают электролит и после неоднократной промывки водой, заливают аммиачный раствор трилона Б (ЭТИЛЕНДИАМИНТЕТРАУКСУСНОКИСЛОГО натрия), содержащий 2 весовых процента трилона Б и 5 процентов аммиака. Происходит процесс десульфатации на протяжение 40 - 60 минут, на протяжение которого с небольшими брызгами выделяется газ. По прекращению такого газообразования можно судить о завершение процесса. При особо сильной сульфатации аммиачный раствор трилона Б следует залить снова, убрав перед этим отработавший.
Вконце процедуры внутренности аккумулятора тщательно промывают несколько раз дистиллированной водой и заливают новый электролит нужной плотности. Аккумулятор заряжают стандартным способом до номинальной емкости.
По поводу аммиачного раствора трилона Б, его можно разыскать в химических лабораториях и хранить в герметичных емкостях в темном месте.
А вообще если интересно то состав электролита которые выпускают фирмы Lighting, Electrol, Blitz, akkumulad, Phonix, Toniolyt и некоторые другие, это водный раствор серной кислоты (350-450гр. на литр) с прибавлением сернокислых солей магния, алюминия, натрия, аммония. В составе электролита фирмы Gruconnin кроме того содержатся калиевые квасцы и медный купорос.
После восстановления аккумулятор можно заряжать обычным для данного типа способом (например в UPSe) и не допускать разряда ниже 11вольт.
В многих бесперебойниках присутствует функция "калибровка АКБ" с помощью которой можно осуществлять циклы разряд-заряда. Подключив на выходе бесперебойника нагрузку в 50% от максимума ИБП, запускаем эту функцию и бесперебойник разряжает АКБ до 25% а потом заряжает до 100%
Ну а на совсем примитивном примере зарядка такого аккумулятора выглядит так:
На аккумулятор подается стабилизированное напряжение 14.5 вольта, через проволочный переменный резистор большой мощности или через стабилизатор тока.
Ток заряда расчсчитывается по простой формуле: емкость аккумулятора разделяем на 10, например для аккумулятора в 7ah будет - 700мА. И на стабилизаторе тока или с помощью переменного проволочного резистора необходимо выставить ток в 700мА. Ну а в процессе зарядки ток начнет падать и нужно будет уменьшать сопротивления резистора, со временем ручка резистора придет до упора в начальное положение и сопротивление резистора будет равно нулю. Ток будет дальше постепенно уменьшатся до нуля пока напряжение на аккумуляторе не станет постоянным - 14.5 вольта. Аккумулятор заряжен.
Дополнительную информацию по "правильной" зарядке аккумуляторов можно найти
светлые кристаллы на пластинах - это сульфатация
Отдельная "банка" батарея аккумулятора подвергалась постоянному недозаряду и в результате покрыта сульфатами, ее внутреннее сопротивление росло с каждым глубоким циклом, чтоб привело к тому что, во время заряда она стала "закипать" раньше всех, из-за потери емкости и выведения электролита в нерастворимые сульфаты.
Плюсовые пластины и их решетки превратились по консистенции в порошок, в следствие постоянного подзаряда бесперебойником в режиме "стенд-бай".
Свинцово кислотные аккумуляторы кроме автомобилей, мотоциклов и разнообразной бытовой техники, где только не встречаются и в фонариках и в часах и даже в самой мелкой электронике. И если вам попал в руки такой "нерабочий" свинцово-кислотный аккумулятор без опознавательных знаков и вы не знаете какое напряжение он должен выдавать в рабочем состояние. Это легко можно узнать по количеству банок в аккумуляторе. Отыщите защитную крышку на корпусе аккумулятора и снимите ее. Вы увидите колпачки для стравливание газа. по их количеству станет понятно на сколько "банок" данный аккумулятор.
1 банка - 2вольта (полностью заряженная - 2.17 вольта), то есть если колпачка 2 значит аккумулятор на 4 вольта.
Полностью разряженная банка аккумулятора должна быть не ниже 1.8 вольта, ниже разряжать нельзя!
Ну а вконце дам небольшую идею, для тех кому не хватает средств на покупку новых аккумуляторов. Найдите в вашем городе фирмы которые занимаются компьютерной техникой и УПСами (бесперебойниками для котлов, аккумуляторами для систем сигнализаций), договоритесь с ними чтоб они не выбрасывали старые аккумуляторы от бесперебойников а отдавали вам возможно по символической цене.
Практика показывает что половина AGM (гелевых) аккумуляторов можно восстановить если не до 100% то до 80-90% точно! А это еще пару лет отличной работы аккумулятора в вашем устройстве.
