Алгоритмы зарядки свинцовых аккумуляторов

Заряд аккумулятора

Алгоритм заряда

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

На текущий момент на рынке аккумуляторов наиболее распространены следующие типы:

— SLA (Sealed Lead Acid) Герметичные свинцово-кислотные или VRLA (Valve Regulated Lead Acid) клапанно-регулируемые свинцово кислотные. Изготовлены по стандартной технологии. Благодаря конструкции и применяемых материалов, не требуют проверки уровня электролита и доливки воды. Имеют невысокую устойчивость к циклированию, ограниченные возможности работы при низком разряде, стандартный пусковой ток и быстрый разряд.

— EFB (Enhanced Flooded Battery) Технология разработана фирмой Bosch. Это промежуточная технология между стандартной и технологий AGM. От стандартной такие аккумуляторы отличаются более высокой устойчивостью к циклированию, улучшен прием заряда. Имеют более высокий пусковой ток. Как и у SLA\VRLA, есть ограничения работы при низкой заряженности.

— AGM (Absorbed Glass Mat) На текущий момент лучшая технология (по соотношению цена\характеристики). Устойчивость к циклированию выше в 3-4 раза, быстрый заряд. Благодаря низкому внутреннему сопротивлению обладает высоким пусковым током при низкой степени заряженности. Расход воды приближен к нулю, устойчива к расслоению электролита благодаря абсорбции в AGM-сепараторе.

— GEL (Gel Electrolite) Технология, при которой электролит находиться в виде геля. По сравнению с AGM обладают лучшей устойчивостью к циклированию, большая устойчивость к расслоению электролита. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, и высокие требования к режиму заряда.

Существуют еще несколько технологий изготовления аккумуляторов, как связанных с изменением формы пластин, так и специфическими условиями эксплуатации. Не смотря на различие технологий, физико-химические процессы протекающие при заряде — разряде аккумулятора одинаковые. По-этому алгоритмы заряда различных типов аккумуляторов практически идентичны. Различия,в основном, связаны со значением максимального тока заряда и напряжения окончания заряда.

Например, при заряде 12-ти вольтового аккумулятора по технологии:

— SLA\VRLA максимальный ток 0.1С, напряжение 14,2 … 14,5В

— AGM максимальный ток 0.2С, напряжение 14,6 … 14,8В

— GEL максимальный ток 0.2С, напряжение 14,1 … 14,4В

Значения приведены усредненные по рекомендациям различных производителей аккумуляторов. Конкретные значения необходимо уточнить у производителя.

Определение степени заряженности аккумулятора

Есть два основных способа определения степени заряженности аккумулятора, измерение плотности электролита и измерение напряжения разомкнутой цепи (НРЦ).

НРЦ — это напряжение на аккумуляторе без подключенной нагрузки. Для герметичных (не обслуживаемых) аккумуляторов степень заряженности можно определить только измерив НРЦ. Измерять НРЦ необходимо не раньше, чем через 8 часов после остановки двигателя (отключения от зарядного устройства), с помощью вольтметра класса точности не ниже 1.0. При температуре аккумулятора 20-25оС (по рекомендации фирмы Bosch). Значения НРЦ приведены в таблице.

(у некоторых производителей значения могут отличаться от приведенных) Если степень заряженности аккумулятора меньше 80%, то рекомендуеться провести заряд.

Алгоритмы заряда аккумуляторов

Существуют несколько наиболее распространенных алгоритмов заряда аккумулятора. На текущий момент большинство производителей аккумуляторов рекомендуют алгоритм заряда CC\CV (Constant Current \ Constant Voltage – постоянный ток \ постоянное напряжение).

Такой алгоритм обеспечивает достаточно быстрый и «бережный» режим заряда аккумулятора. Для исключения долговременного пребывания аккумулятора в конце процесса заряда, большинство зарядных устройств переходит в режим поддержания (компенсации тока саморазряда) напряжения на аккумуляторе. Такой алгоритм называется трехступенчатым. График такого алгоритма заряда представлен на рисунке.

Указанные значения напряжения (14.5В и 13.2В) справедливы при заряде аккумуляторов типа SLA\VRLA,AGM. При заряде аккумуляторов типа GEL значения напряжений должны быть установлены соответственно 14.1В и 13.2В.

Дополнительные алгоритмы при заряде аккумуляторов

Предзаряд У сильно разряженного аккумулятора (НРЦ меньше 10В) увеличивается внутреннее сопротивление, что приводит к ухудшению его способности принимать заряд. Алгоритм предзаряда предназначен для «раскачки» таких аккумуляторов.

Асимметричный заряд Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора можно проводить заряд асимметричным током. При таком алгоритме заряд чередуется с разрядом, что приводит к частичному растворению сульфатов и восстановлению емкости аккумулятора.

Выравнивающий заряд В процессе эксплуатации аккумуляторов происходит изменение внутреннего сопротивления отдельных «банок», что в процессе заряда приводит неравномерности заряда. Для уменьшения разброса внутреннего сопротивления рекомендуется проводить выравнивающий заряд. При этом аккумулятор заряжают током 0.05. 0.1C при напряжении 15.6. 16.4В. Заряд проводиться в течении 2. 6 часов при постоянном контроле температуры аккумулятора. Нельзя проводить выравнивающий заряд герметичных аккумуляторов, особенно по технологии GEL. Некоторые производители допускают такой заряд для VRLA\AGM аккумуляторов.

Определение емкости аккумулятора

В процессе эксплуатации аккумулятора его емкость уменьшается. Если емкость составляет 80% от номинальной, то такой аккумулятор рекомендуется заменить. Для определения емкости аккумулятор полностью заряжают. Дают отстояться в течении 1. 5 часов и затем разряжают током 1\20С до напряжения 10.8В (для 12-ти вольтового аккумулятора). Количество отданных аккумулятором ампер-часов является его фактической емкостью. Некоторые производители используют для определения емкости другие значения тока разряда, и напряжения до которого разряжается аккумулятор.

Контрольно-тренировочный цикл

Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора одна из методик это проведение контрольно тренировочных циклов (КТЦ). КТЦ состоят из нескольких последовательных циклов заряда с последующим разрядом током 0.01. 0.05С. При проведении таких циклов, сульфат растворяется, емкость аккумулятора может быть частично восстановлена.

Источник

Методика третьего электрода

(с последними изменениями от 27 сентября 2020 года)

Также советую ознакомиться с раделом «Восстановление аккумуляторов» в этом разделе моего сайта:
http://adopt-zu.soroka.org.ua/vosst.html

Расчет напряжения АКБ методом третьего электрода

Состояние банок АКБ можно легко проверить.
Методика мной предлагается такая:
Сделайте «щуп» (он будет третьим электродом, измерительным) из куска тонкого провода-припоя длиной порядка 10-15см. Один конец вольтметра подключаем к «минусу» АКБ а второй — к «палочке припоя» и палочку аккуратно макаем в электролит в каждой банке — замеряя напряжение. (при отключенном ЗУ . ) Чтобы не закоротить к пластинам — конец палочки можно обмотать микрофиброй или стеклотканью — проницаемость по электролиту это не изменит а вот возможный КЗ от палочки к пластинам уберет.
Т.е. первая (от минуса) банка меряется во второй «пробке» т.е. опуская щуп во вторую банку мы меряем на самом деле напряжение в первой банке + «небольшая дельта» в сотые вольта(«электролитный контакт»). «небольшая дельта» — нас мало интересует — а вот напряжение банок — ОЧЕНЬ. («дельта» это разность потенциалов между материалом «палочки припоя» и отрицательным электродом банки АКБ. Её нужно учитывать при вычислении истинного напряжения банки АКБ).
Что мы ищем ? мы ищем КЗ банку или переполюсовку. каждая полностью заряженная банка должна выдавать 2.116 Вольта. Разряженная банка = 2В ровно или чуть ниже.
Ищем банку в которой ЯВНО напряжение ниже или выше нормы в 2.11В (хорошо-бы записать на бумажку все ваши показания вольтметра).
Потом включаем ЗУ на заряд малым (2-4А) током, и меряем опять «в банках» — записываем и сравниваем. Если в каких-то банках(банке) «очень много» (т.е. более 2.11В) то это кандидат на размышления.
Переполюсованная банка выглядит как «очень низкое напряжение» (0.4—1.8В) или вообще «обратная полярность». При «заряде» она будет показывать растущее напряжение. КЗ банка выдает «ноль» напряжения как в режиме ХХ так и в режиме «зарядное подключено».
сделайте пожалуйста такую проверку.

Замер от клеммы «-«

Первый замер(ФОТО ЭТО ПРИМЕР)

1) Замерьте и введите общее напряжение АКБ между выводами (+) и (-):
2) Вставьте «щуп» в отверстие первой банки от (-) вывода АКБ (между «минус» и «банка6»)
Введите Ваша дельта от «щупа» к (-) выводу АКБ:

Теперь смотрим на картинку и вводим напряжения перемещая щуп в новую банку
Введите напряжение Банка1—Минус:
Введите напряжение Банка2—Минус:
Введите напряжение Банка3—Минус:
Введите напряжение Банка4—Минус:
Введите напряжение Банка5—Минус:
Введите напряжение Банка6—Минус:
Рассчитать общее напряжение АКБ

Замер от клеммы «+»

Второй замер(ФОТО ЭТО ПРИМЕР)

Введите напряжение Банка1—Плюс:
Введите напряжение Банка2—Плюс:
Введите напряжение Банка3—Плюс:
Введите напряжение Банка4—Плюс:
Введите напряжение Банка5—Плюс:
Введите напряжение Банка6—Плюс:
Рассчитать общее напряжение АКБ

Итого(ФОТО ЭТО ПРИМЕР)

А вот так меряется «дельта»(пример)

Как правильно «лечить» разбалансированный аккумулятор

Во-первых — Эффективно лечить разбалансировку банок АКБ можно, только работая с каждой отстающей банкой отдельно! Просто так, гонять КТЦ(контрольно-тренировочные циклы) всему АКБ — т.е. заряжать и разряжать всю батарею сразу до 10.8В «на батарею» (все шесть банок) — во многих случаях на практике бесполезно, и даже вредно, потому что может не уменьшить а увеличить дисбаланс, и вызвать кипение «здоровых» банок при заряде, в то время как «больные» будут оставаться недозаряженными.
Для того, чтобы работать с банками в отдельности, нужно изготовить свинцовые палочки. С их помощью можно подключаться непосредственно к токоотводам каждой банки, если у вас есть доступ к каждой банке. Подключаться нужно к отрицательным токоотводам в соседних банках и банке которая «слабая». Положительные токоотводы покрыты перекисью свинца PbO2 (имеют коричневый окрас) из-за чего трудно добиться хорошего контакта с ними, отрицательные же токоотводы имеют хороший контакт, так как состоят из губчатого свинца.
Пример для понимания: Чтобы подзарядить, например, банку №4, «минус» подключаем к отрицательному токоотводу в четвёртой банке, «плюс» подключаем к отрицательному токоотводу в пятой банке, т.к. он непосредственно связан с положительным токоотводом четвёртой банки.
Заряжать и разряжать АКБ лучше в импульсном режиме. В моих ЗУ все режимы заряда импульсные, а разряд производится с «выкачкой емкости»(прерывисто).
Напряжение заряда для одной банки не должно превышать 2,4В, что соответствует 14,4В для 12-вольтовой батареи. В импульсном режиме можно допускать 2,5В (15В для батареи). В любом случае нужно следить, чтобы не было «кипения» электролита.
Ток заряда нужен 0,1С, другими словами, 10% от ёмкости аккумулятора, например: для батареи 65Ач следует подавать ток 6,5А — это верно как для одной банки так и для всей батареи. Но это справедливо для «относительно нормальных» АКБ, но часто бывавет что лучше выставить режимы S-Ca 7Ач или ZAR, для того чтобы малым импульсным током дозарядить банки не вызывая их кипения.
Для того, чтобы осуществлять контроль состояния банок, периодически замеряем плотность электролита, а так же напряжение(НРЦ) в банках, либо на минусовых клеммах, как описано выше, либо по методу третьего электрода.

Источник

Основные правила и нюансы зарядки свинцового аккумулятора. Схемы доработки АКБ

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.

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

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:

Источник