Способ заряда аккумуляторной батареи

Алгоритмы заряда аккумуляторных батарей

Введение

Аккумулятор — это химический источник тока. Его основной особенностью является возможность повторного накопления энергии, то есть осуществления процесса заряда. В системах оперативного постоянного тока (далее — СОПТ) в основном применяются свинцово-кислотные аккумуляторы. Принцип их работы основан на химических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора нагрузки начнется процесс разряда. Во время разряда происходит преобразование свинца, диоксида свинца, серной кислоты в свободные электроны, воду и сульфаты свинца. Во время заряда идет обратная реакция — сульфаты свинца разрушаются, восстанавливается свинец и серная кислота.

Алгоритм заряда описывает, как нужно заряжать аккумулятор, а именно — какие нужно поддерживать параметры напряжения и тока, а также в течение какого времени. Благодаря алгоритмам заряда и принципам, заложенным в их основу, обеспечивается:

• Быстрая скорость заряда.
• Безопасность.
• Максимальное сохранение ресурса.
• Замедление старения.

В процессе разряда аккумулятора образовались сульфаты свинца. Чтобы восстановить уровень заряда аккумулятора и его емкость необходимо преобразовать максимально возможное количество сульфатов свинца в свинец на катоде и оксид свинца на катоде. При подаче на аккумулятор напряжения большего, чем на нем, начинается процесс заряда. Чем выше поданное напряжение, тем интенсивней будет протекать химическая реакция и тем больший ток будет течь через аккумулятор. Если величина поданного напряжения будет недостаточна, то ток протекающий через аккумулятор будет слишком мал и заряд будет протекать очень медленно. Из-за этого не произойдет разрушение сульфатов свинца, образовавшихся при разряде, и емкость аккумулятора не восстановится.

При повышенном напряжении заряда повышается скорость протекания химических реакций и величина тока, следовательно, повышается температура АКБ. Ближе к концу заряда процесс электролиза воды начинает преобладать и происходит так называемое закипание электролита из-за выделения кислорода и водорода.

Это опасно тем, что возникает риск взрыва выделившегося водорода, а потеря воды в аккумуляторе приведет к снижению плотности электролита и снижению ресурса батареи. Поэтому очень важно при заряде АКБ поддерживать необходимый уровень тока и напряжения.

Способ заряда конкретного аккумулятора определяется его производителем. Наиболее распространенными являются следующие методы заряда: U, IU, IUI.

Рассмотрим каждый из них подробнее.

Алгоритмы и методы заряда АКБ

Метод заряда U

Этот способ является самым простым. Напряжение в режиме заряда от режима подзаряда не отличается. Обычно напряжение подзаряда составляет 2,25 В/элемент. Если батарея состоит из 17 12 В аккумуляторов, то общее напряжение на батарее должно поддерживаться на уровне 230 В. Ток заряда в методе U ограничен на уровне 10-30 % от емкости АБ.

В начале заряда аккумулятор имеет низкое напряжение и потребляет большой ток, поэтому зарядно-подзарядное устройство (далее — ЗПУ) его ограничивает. Затем уровень заряда увеличивается и напряжение растет. Как только оно достигает значения уставки, ЗПУ начинает его стабилизировать. Батарея продолжает заряжаться постоянным напряжением и потребляемый ей ток постепенно снижается. Как только потребляемый аккумулятором ток станет мал, то считают, что аккумулятор заряжен.

Алгоритм заряда аккумуляторов Delta FT 12-50 M

Метод IU

Отличается от метода U повышенным напряжением в режиме заряда. Благодаря этому увеличивается скорость заряда АКБ и эффективнее происходит разрушение сульфатов свинца, но важно следовать рекомендациям производителя, чтобы не повредить энергоноситель.

Рекомендации по заряду аккумуляторов, изготовленных по технологии AGM

Метод IUI

Здесь уже добавляется третья дополнительная ступень, которая называется ступенью выравнивания. В этой ступени напряжение на одном аккумуляторе может достигать 15,5 В. Ток ограничен на уровне 2-5 % от емкости АКБ. Благодаря этой ступени происходит выравнивание напряжений между аккумуляторами в батарее, а также между элементами в самом аккумуляторе. Так как ступень выравнивания проводится при очень высоком напряжении, то она жестко ограничена по времени. Длительность этой ступени определяет производитель аккумуляторов. Данный метод заряда не подойдет для аккумуляторов, изготовленных по технологии GEL, так как повышение напряжения на них обычно не рекомендуется.

Заключение

После завершения заряда АБ зарядно-подзарядное устройство переходит в режим подзаряда. В СОПТ АБ работает в буферном режиме, то есть в обычном режиме АБ потребляет небольшой ток и осуществляет питание импульсной нагрузки. При исчезновении питания по стороне переменного тока АБ осуществляет питание нагрузки. Условием завершения заряда является снижение потребляемого тока, либо заряд АБ завершается по истечению времени.

В зарядно-подзарядном устройстве LAUREL реализованы все вышеперечисленные методы заряда, поэтому LAUREL может эксплуатироваться с большинством типов современных АБ.

Источник

Как заряжать аккумулятор

Как заряжать аккумулятор — этот вопрос рано или поздно встает перед любым автомобилистом, и наиболее часто это происходит в зимний период с приходом холодов и возросшей нагрузкой на аккумулятор.

Аккумулятор – это химический источник тока, состоящий из нескольких источников, собранных в батарею. Один элемент (еще одно название — банка) имеет напряжение 2,1 В. Они объединяются последовательно в количестве 6 штук. За счет объединения нескольких элементов в одну батарею получается напряжение 12.6 В. При запуске автомобиля стартером на него подается напряжение 12,6 вольта, но большого тока. Это дает возможность провернуть стартером коленвал двигателя.

Какие бывают аккумуляторы

Аккумуляторные батареи за более чем 150 лет со времени изготовления первой постоянно совершенствовались, но конструкция и принцип работы остались неизменными. Сегодня можно встретить различные виды, у которых различный состав электролита и материалы электродов.

Виды аккумуляторов:

1. Свинцовые:

• свинцовые. Самые первыми стали выпускаться аккумуляторные батареи свинцовые с серной кислотой в качестве электролита. Они обладают возможностью выдать большой ток для запуска автомобиля. Такие аккумуляторы используются до сих пор. Но в связи с тем, что свинец очень мягкий материал, то сейчас производят легирование его различными материалами.
• Сурмянистые — свинцовые с добавлением сурьмы. Для улучшения качеств свинца в него стали добавлять сурьму. Сурьмянистыми называются аккумуляторы, которые имеют в составе электродов больше 5% сурьмы. Этот материал активизирует процесс электролиза, во время которого происходит разложение воды в электролите на кислород и водород, что выглядит как закипание электролита. Большое испарение воды приводит к оголению пластин электродов и их разрушению. Поэтому в такие АКБ приходится подливать воду. Из-за этого их еще называют обслуживаемыми. Такие аккумуляторы в современных автомобилях не используются. Они применяются в стационарных источниках питания, где требуется неприхотливость батарей.
• Малосурьмянистые свинцовые батареи – те в которых используется меньше 5% сурьмы. В такие аккумуляторы уже не требуется слишком часто заливать воду. Но потери электролита все равно присутствуют, и воду в них заливать все равно требуется.
• Кальциевые свинцовые аккумуляторы получают добавлением в свинец кальция вместо сурьмы. Использование этого вещества снижает интенсивность электролиза, и испарение воды в них практически отсутствует. Добавление серебра в такие батареи также улучшает КПД и увеличивает емкость батареи. Главным минусом кальциевых батарей является потеря их свойств при сильном разряжении. Несколько случаев глубокого разряда приводит к тому, что емкость аккумулятора сильно и необратимо падает.
• Гибридные свинцовые. Гибридные аккумуляторные батареи – это те, в которых используются сразу две технологии: сурьма для положительного электрода и кальций для отрицательного. Такие батареи имеют средние характеристики: надо чаще подливать воду, но они более устойчивы к глубокому разряду.
• Свинцовые AGM и гелиевые – представляют собой свинцовые аккумуляторы, у которых электролит связан и не может вытечь при опрокидывании. В AGM используется пористое стекловолокно, которое пропитывается электролитом. Гелевые АКБ получаются добавлением соединений кремния. Такие аккумуляторы устойчивы к вибрации и имеют низкий саморазряд. Выдают пусковой ток вне зависимости от заряда батареи практически до полного разряда. После разряда полностью восстанавливают свою емкость и выдерживают большое количество разрядов-зарядов (около 200).

2. Щелочные:

Щелочные АКБ имеют в качестве электролита щелочь. В стартерных аккумуляторных батареях применяются крайне редко.
Щелочные батареи бывают:

• никель-кадмиевые. Они имеют положительный электрод с покрытием гидроксидом, метагидроксидом или гидратом окиси никеля. Минусовой электрод покрыт железом с кадмием. В качестве электролита используется едкий калий.
• Литий-ионные. Это весьма перспективные аккумуляторные батареи, используемые в качестве дополнительных источников тока. У них в качестве минусового электрода — литий или литий-ферро-фосфатные сплавы. Плюсовой электрод — оксид лития с марганцем и кобальтом. Такие аккумуляторы имеют большую удельную емкость и низкую степень саморазряда. Из недостатков – чувствительны к отрицательным температурам, имеют низкое число зарядов-разрядов.

Зарядные устройства для аккумулятора

Основное назначение зарядного устройства — зарядить аккумулятор. Зарядных устройств на рынке автотоваров много, нужно выбрать наиболее подходящее по функциям и стоимости.

По конструкции зарядные устройства подразделяются на группы:

• пуско-зарядные устройства, которые помогут моментально завести машину, когда нет времени заряжать аккумулятор. Они отдают кратковременный импульс большой мощности, который помогает прокрутить двигатель.
• Трансформаторные – устаревшие модели, сейчас не выпускаются, но стабильные и долговечные.
• Импульсные – в них ток подается по мере зарядки; они предназначены для постепенной зарядки аккумулятора.

Зарядные устройства для аккумуляторов бывают:

• автоматические. Автоматические зарядники не могут заряжать сильно убитые аккумуляторы, поскольку не воспринимают нагрузку на своих клеммах, и не начинают их заряжать. Они хороши для полного цикла зарядки, поскольку автоматически регулируют подачу тока и плавно снижают зарядный ток по мере набора заряда аккумулятором и сами отключаются при полном заряде. Такие зарядники можно оставить работать на всю ночь без присмотра.
• Зарядники с ручной регулировкой тока. В продаже есть много недорогих моделей зарядников с ручной регулировкой, которые смогут зарядить даже сильно и длительно разряженные аккумуляторы, подавая вначале ток крайне слабой силы. Он подает ток постоянной силы, и за таким зарядником нужно постоянно следить, так как возможен взрыв из-за резкого «закипания» электролита.

По выходному напряжению бывают:

• 6 В — обычно применяются для зарядки АКБ скутеров и мотоциклов;
• 12 В — используются для зарядки АКБ легковых автомобилей;
• 24 В — заряжают АКБ сельхозтехники.

Также зарядные устройства различаются по:

• мощности, она должна быть больше чем емкость аккумулятора;
• току зарядки. Еще один параметр, который обязательно должен контролироваться и регулироваться зарядным устройством. Для зарядки ток не должен превышать 10% от емкости аккумулятора. Для АКБ емкостью 55 А-ч его величина должна быть 5,5 А. Максимальный ток, который может выдавать зарядное устройство – должно быть в 2-3 раза выше номинального требуемого для зарядки.

Для зарядки гелевых аккумуляторов требуется наличие у ЗУ специального режима. Кроме этих параметров зарядные устройства снабжают схемами защиты от перегрева, неправильного подсоединение клемм к выводам, интеллектуальными системами управления зарядкой.

Зарядка аккумуляторов

Чтобы правильно зарядить аккумулятор, делать это нужно в помещении, где есть вытяжка и желательно при комнатной температуре, так как при минусовой температуре процесс зарядки идет хуже. Было бы неплохо проводить полную зарядку два раза в год – осенью и весной. После долгого простоя в холодное время года — это обязательно, если вы заботитесь о долговечности работы своего аккумулятора.

Удобнее заряжать аккумулятор зарядным устройством, позволяющим регулировать напряжение и ток зарядки. Иначе на 100% зарядить батарею очень трудно. Если ваш зарядник не имеет специальных режимов, то придется самостоятельно регулировать ток зарядки и контролировать появления газов в конце процесса.

Для обеспечения полного заряда при достижении напряжения в 14,4 В ток снижается на половину и продолжается зарядка до тех пор, пока не начнется выделение газов. В современных аккумуляторах при достижении напряжения зарядки до 15 В полезно уменьшить зарядный ток еще в два раза.

Полностью заряженным считается аккумулятор, у которого ток зарядки и напряжение не будут меняться в течении 1-2 часов. У необслуживаемых АКБ состояние полной зарядки наступает при напряжении 16,3- 16,4 В.

У автоматических зарядников не требуется часто контролировать ток и напряжение заряда. Когда процесс зарядки батареи подходит к концу, будет увеличиваться внутреннее сопротивление батареи и соответственно будет снижаться ток заряда. При падении тока зарядки до 200 мА процесс останавливается полностью.

Как определить заряжен или разряжен аккумулятор

Это можно сделать двумя способами:

• измерить плотность электролита с помощью ареометра. Зная температуру окружающей среды и плотность электролита можно определить степень разряда АКБ по таблице.
• измерить напряжение на клеммах батареи. При измерении напряжения на клеммах при подключенном аккумуляторе используется цифровой мультиметр. Если напряжение на выше 12,6 В значит батарея заряжена. Если 11,6 В и ниже батарея полностью разряжена.

Правила безопасности при зарядке аккумулятора

При зарядке аккумулятора нужно соблюдать требования техники безопасности:

• не рекомендуется заряжать в непроветриваемом помещении по причине выделения смеси водорода и кислорода, образующихся при электролизе;
• рядом с заряжающимся аккумулятором нельзя курить и выполнять работы с открытым огнем и искрообразованием;
• сначала подключают клеммы, а потом включают в сеть;
• отключение в обратном порядке – сначала отключают от сети, потом отключают клеммы;
• в обслуживаемых аккумуляторах выкручивают пробки.

Как зарядить аккумулятор

Пошаговая инструкция как зарядить аккумулятор:

• отсоединить и снять аккумулятор;
• занести его в помещение, имеющее вытяжку и плюсовую температуру, дать отстояться;
• очистить клеммы от окисной пленки;
• очистить от грязи корпус АКБ;
• осмотреть на предмет отсутствия повреждений корпуса и утечки электролита;
• подсоединить зарядное устройство учитывая полярность;
• настроить зарядное устройство: установить ток и напряжение зарядки в зависимости от емкости и типа АКБ.

У обслуживаемых аккумуляторов перед подсоединением зарядника нужно выполнить:

• выкрутить пробки банок и проверить наличие электролита;
• долить дистиллированную воду в банки так, чтобы электролит полностью закрывал пластины;
• по возможности проверить плотность электролита (при 25 о C его плотность должна быть в пределах 1,16 – 1,25 г/см 3 );
• отверстия закрыть пробками, но не закручивать, чтобы грязь не попала внутрь.

Как заряжать постоянным током

Для зарядки постоянным током используется зарядные устройства с возможностью постоянной поддержки тока зарядки. Используются две ступени зарядки.

Первая ступень – ток зарядки равен 10% от емкости батареи (если емкость 60 А-ч – ток зарядки – 6А). Вторая ступень – ток зарядки 5% от емкости батареи. Она используется для устранения негативных факторов, которые возникают при зарядке близкой к 100%.

Время зарядки составляет 10 – 12 часов. Если есть возможность использовать ареометр для контроля плотности, то замеряя плотность, можно определить степень зарядки по плотности электролита.

Как заряжать постоянным напряжением

Для зарядки постоянным напряжением используется источник с выходным напряжением 14,4-15 В при зарядки аккумулятора выдающего 12,6 В. Для батареи, выдающей 6,3 В, используется блок питания с выходным напряжением 7,2–7,5 В.

Основным недостатком такого способа является большой ток зарядки в начале процесса, что может привести к перегреву электролита. В случае зарядки при низкой температуре окружающей среды в АКБ возникает большое внутреннее сопротивление, и заряд таким способом затруднен.

При возможности регулировки тока зарядки его выставляют в размере 95% от емкости. Процесс при таком способе получается быстрым без перегрева и сильного выделения газов. Другим недостатком такого способа является не полный заряд аккумулятора, что снижает срок его службы.

Сколько времени необходимо заряжать аккумулятор

Строго определенного времени сколько надо заряжать аккумулятор нет.

Время на зарядку разное и зависит от:

• емкости батареи и степени ее разряда;
• температуры окружающей среды;
• возраста и степени сульфатации пластин.

Кроме тока, который регулируют при зарядке важно выставить напряжение:

• При выходном напряжении ЗУ — 14,4 В — в течении суток батарея зарядится на 80%.
• При выходном напряжении ЗУ — 15,0 В — в течении суток батарея зарядится на 90%.
• При выходном напряжении ЗУ — 16,0 В — в течении суток батарея зарядится на 100%. Важен и ток зарядки. В современных устройствах он регулируется автоматически.

Время на зарядку аккумулятора высчитывают по простой формуле:

t= C/I +10%, где:

• t — время зарядки;
• С – емкость аккумулятора;
• I — мощность ЗУ;
• 10% — потери энергии на тепло.

Как заряжать необслуживаемые АКБ

Большинство современных аккумуляторов — необслуживаемые. В них нет пробок для добавления электролита, крышка плотно зафиксирована. Сверху или сбоку имеется индикатор заряда, по которому можно узнать о состоянии АКБ. Для зарядки необслуживаемых аккумуляторов рекомендуется использовать автоматические зарядные устройства, которые которые лучше остальных справляются с этой задачей.

Выбрав нужный режим и поставив аккумулятор на зарядку, можно не волноваться о необходимости контроля и регулировки режимов. Устройство сделает все само. Если у вашей зарядки нет таких режимов, то следует заряжать в щадящем режиме при токе зарядки – 3-5 А. Будет заряжаться дольше, но срок службы аккумулятора тоже увеличится.

Как часто надо подзаряжать аккумулятор

Часто подзаряжать не следует. Рекомендуется зарядить аккумулятор перед морозами и второй раз – весной. Низкий заряд АКБ в зимнее время упадет еще ниже при низкой температуре. При высоких летних температурах низкий заряд батареи приведет к усилению сульфатации пластин и росту кристаллов сернокислого свинца, которые не смогут раствориться даже когда АКБ заряжен полностью.

Хорошо проверять напряжения АКБ с помощью цифрового мультиметра. Если напряжения на клеммах аккумулятора не меньше 12,6 В, то можно не волноваться. При напряжении ниже 12,6 В требуется подзарядка.

Можно ли заряжать аккумулятор, не снимая его с автомобиля

Не рекомендуется проводить зарядку, не снимая его с автомобиля. В процессе зарядки используются высокие токи и повышенные напряжения. Современный автомобиль буквально напичкан электроникой, и просто заглушив мотор, нет гарантии, что все электронные устройства автомобиля будут отключены от АКБ. Заряжая его повышенным напряжением и током можно вывести из строя электронику.

Как заряжать АКБ при редких поездках

Если вы ездите на машине достаточно редко, и поездки короткие, то аккумулятор не успевает за время поездки подзарядиться от генератора. В таких случаях аккумулятор быстро разряжается, поскольку он испытывает нагрузку, когда вы заводите автомобиль и не подпитывается в поездке, что особенно заметно в зимний период.

В таком случае автовладельцы подключают зарядные устройства и подпитывают АКБ постоянно. Такое режим не является правильным и сокращает срок службы батарей. Лучше заряжать автомобиль привычным способом – от генератора после пуска мотора или от зарядного устройства.

Если вы совсем не ездите на машине зимой, то перед установкой автомобиля на хранение, батарею следует полностью зарядить и не одевать минусовую клемму.

Источник