Буферный режим для свинцовых аккумуляторов

Циклический и буферный режимы работы акб

Буферный режим

Буферный режим работы аккумуляторных батарей является самым «любимым» — батарея находится на постоянной подзарядке и очень редко получает глубокий разряд. В таком режиме аккумулятор прослужит вам максимально долго.

Примером использования аккумулятора в буферном режиме может быть источник бесперебойного питания: когда присутствует сеть, аккумулятор постоянно держит заряд, а в момент, когда сеть пропадает, аккумулятор начинает отдавать накопленную энергию. В компьютерных источниках бесперебойного питания обычно используют аккумуляторы 12 В ёмкостью от 7 до 26 А-ч, это даёт возможность компьютеру проработать от аккумулятора дополнительных 10-15 минут при отключении электричества.

Сфера применения при буферном режиме:

• накопители солнечной энергии
• источники бесперебойного питания (ИБП)
• системы аварийного освещения
• лифты
• пожарные и охранные системы
• контрольно-кассовые аппараты
• аварийные системы

Циклический режим

Циклический режим работы является самым «жёстким» для аккумуляторной батареи. В таком режиме её полностью разряжают, потом ставят на зарядку и снова полностью разряжают. Срок службы в таком случае будет зависеть от глубины разряда аккумулятора.

Большинство свинцово-кислотных аккумуляторов AGM-типа имеют циклический ресурс не более 300 циклов 100% разряда, но уже существуют аккумуляторы нового поколения, циклический ресурс которых составляет 600 циклов 100% разряда.

Сфера применения при циклическом режиме:

• поломоечные машины
• лодочные моторы
• электромобили
• погрузочная техника и т.д.

Источник

Приборы для контроля аккумуляторов

Последние изменения на сайте сделаны 17.05.2021 г.

Необслуживаемые свинцовые кислотные аккумуляторы — аккумуляторы для UPS

Немного о герметичных свинцовых аккумуляторах

С овременные герметичные свинцовые кислотные аккумуляторы предоставляют наилучшие возможности для создания стационарных аккумуляторных батарей длительного использования. Они недороги, неприхотливы в эксплуатации и практически не требуют обслуживания. Одно из основных их применений — аккумуляторы для UPS (UPS — uninterruptible power supply, русский аналог: ИБП — источник бесперебойного питания).

И спользование свинцово-кальциевых сплавов позволило уменьшить коррозию решеток. Сепараторы из стекломатов (или гелевый электролит) обеспечили полную внутреннюю рекомбинацию образующихся газов и исключили их выделение аккумулятором. В результате, старение аккумуляторов для UPS замедлилось, батареи UPS можно длительно эксплуатировать в буферном режиме, не подвергая тренировкам. Для аварийных ситуаций (несоблюдение режима зарядки) аккумуляторы для UPS оснащены предохранительным клапаном, открывающимся при повышении давления в аккумуляторе. Практически же (при соблюдении режимов эксплуатации) аккумуляторы герметичны.

П о этой причине аккумуляторы для UPS могут эксплуатироваться не только в вертикальном положении, но и на боку. Современные герметичные свинцовые кислотные аккумуляторы могут быть (хотя и ограниченное число раз) восстановлены после глубоких разрядов (падения напряжения на аккумуляторе ниже рекомендованного производителем).

Две технологии аккумуляторов для UPS

П рактическая герметичность современных кислотных аккумуляторов (англ.: VRLA Betteries — Valve Regulated Lead Acid Batteries; рус.: свинцовые кислотные аккумуляторы с предохранительным клапаном) достигается за счет полной рекомбинации образующихся при зарядке аккумулятора газов. Известны и применяются две технологии, обеспечивающие полную рекомбинацию: AGM и Gel.

П ервая из них — AGM (англ.: absorbent glass mat; рус.: абсорбирущий сепаратор из стекломата) основана на том, что в сепараторе из тонких стеклянных нитей задерживаются (не поднимаясь к поверхности) пузырьки газа, формируя полости для диффузии кислорода.

Д ругая технология — Gel (по русски — гель) достигает образования таких же пузырьков (полостей) непосредственно в объеме электролита, загущенного до желеобразного (гелеобразного) состояния с помощью силикагеля.

С точки зрения применения этих аккумуляторов для UPS, систем связи или других приложений, обе технологии герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов равноценны.

Два режима работы аккумуляторных батарей

О бычно рассматривают два режима работы аккумуляторных батарей: буферный и циклический.

Буферный режим работы аккумуляторных батарей

П ри буферном режиме работы батарея постоянно подключена к зарядному устройству и к нагрузке (при использовании аккумулятора для UPS нагрузкой является инвертор UPS). Если в электрической сети есть напряжение, то после зарядки, батарея в течение длительного времени находится под действием конечного напряжения зарядки. Слабый ток, протекающий через батареи, компенсирует саморазряд батареи и постоянно поддерживает батарею в полностью заряженном состоянии. В случае отключения напряжения в электрической сети, батарея разряжается на подключенную к ней нагрузку.

В старых открытых аккумуляторах такой режим эксплуатации приводил к постепенному разложению воды, входящей в состав электролита, и к необходимости периодической доливки воды в аккумулятор. Современные свинцовые аккумуляторы в этом не нуждаются — продукты разложения воды рекомбинируют внутри аккумулятора и потери жидкости не происходит.

Циклический режим работы аккумуляторных батарей

П ри циклическом режиме работы батарею заряжают, а затем отключают от зарядного устройства. Разряд батареи производится по мере необходимости.

В большинстве UPS (не только в on-line UPS) аккумулятор работает в буферном режиме. Однако в некоторых UPS зарядное устройство отключают после полной зарядки аккумулятора — аккумулятор UPS в этом случае ближе к к циклическому режиму работы. Производители декларируют увеличение срока службы аккумуляторов в таких UPS. Буферный режим работы характерен также для систем бесперебойного питания постоянного тока, которые широко применяются для коммуникаций (связи), систем сигнализации, электростанций и других непрерывных производств.

Ц иклический режим работы аккумуляторных батарей используется при работе различных переносных или перевозимых устройств: электрических фонарей, средств коммуникаций, измерительных приборов.

П роизводители аккумуляторов иногда указывают в перечне технических характеристик, для какого режима работы предназначен тот или иной аккумулятор. Но в последнее время, большинство герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов могут применяться и в буферном и в циклическом режимах.

Аккумуляторы для всех

С амые распространенные герметичные свинцовые кислотные аккумуляторы — это 5-летние аккумуляторы общего применения. Они могут использоваться для буферного и циклического режима работы, имеют расчетный ресурс 5 лет. Они могут применяться как аккумуляторы для UPS или других систем резервного питания. Другое их применение — для моделей, переносных приборов, игрушек, вроде детского мотороллера. У фирмы CSB они имеют марку GP (от англ. general purpose — общего назначения). Аккумуляторы GP неприхотливы, практически герметичны (допускается использование в любом положении, кроме зарядки аккумулятора клеммами вниз). Как аккумуляторы для UPS, они могут работать от 2 до 7 лет, в зависимости от условий эксплуатации (прежде всего, температуры).

HR аккумуляторы для UPS

Н екоторые аккумуляторы специально позиционируются производителем, как аккумуляторы для UPS. При той же массе (а иногда и тех же размерах) эти аккумуляторы во время коротких (10-30 минут) разрядов отдают большую емкость, чем обычные аккумуляторы. Прирост времени работы UPS может быть больше 50% (при временах разряда около 10 минут). При длительных разрядах эти «аккумуляторы для UPS» не имеют преимуществ по сравнению с обычными.

У фирмы CSB и некоторых других производителей такие аккумуляторы имеют обозначение HR (от английского high rate — высокий темп, большая мощность). Эти аккумуляторы можно, конечно, использовать не только, как аккумуляторы для UPS. Их выгодно применять во всех случаях, когда требуется компактная система питания с небольшими временами работы от батареи.

L аккумуляторы. Для UPS и не только.

Н аиболее распространены аккумуляторы со сроком службы в буферном режиме 5 лет. Но выпускаются также аккумуляторы со сроком службы увеличенным до 10 лет. Они часто имеют те же размеры и вес, что и 5-летние батареи, но заметно дороже. В их названии часто есть буква L (от англ. Long — продолжительный). В частности у фирмы CSB есть серия 10-летних аккумуляторов GPL. Батареи UPS, составленные из таких аккумуляторов, действительно работают заметно дольше — их старение замедлено. Но, как любые аккумуляторы для UPS (или других систем питания) GPL любят правильную зарядку, не любят повышенные температуры и частые разряды.

Перед установкой аккумулятора в UPS.

П риобретая аккумулятор, убедитесь, что на его верхней поверхности . имеется такая наклейка. Она является свидетельством предпродажной проверки аккумулятора тестером аккумуляторов. Наклейка является гарантией того, что в момент продажи аккумулятор полностью исправен и при правильной эксплуатации прослужит многие годы.

Источник

Буферное зарядное устройство свинцовых аккумуляторов

При эксплуатации свинцовых аккумуляторов в нормальном режиме существует два основных способа их зарядки:

• быстрый — метод поддержания постоянного зарядного тока до полной зарядки;
• буферный — I-U зарядка стабильным током до определённого напряжения и дальнейшее его ограничение.

Оба способа имеют как достоинства, так и недостатки и находят своё применение. Здесь и далее по тексту, если не указано другое, то имеется в виду двенадцати-вольтовая аккумуляторная батарея (с номинальным напряжением 12,6 Вольт). При первом способе зарядка выполняется сравнительно быстро и аккумулятор заряжается до полной своей ёмкости при конечном напряжении 14,5-15 Вольт, но в конце зарядки из-за высокого напряжения на электродах происходит обильное газообразование и этим самым снижается срок службы батареи:

Во втором случае зарядка происходит гораздо дольше с ограничением конечного напряжения 13,6-13,8 Вольт и с большИм падением зарядного тока после достижения 80-90% заряда. Выделение газов при этом незначительно, или вовсе отсутствует, как в современных герметичных гелиевых аккумуляторах. В этом режиме такие аккумуляторы могут без проблем проработать весь свой срок эксплуатации:

Быструю зарядку чаще применяют для аккумуляторов, работающих в циклическом режиме, например в детских электромобилях. А в буферном режиме батареям приходится находится в источниках бесперебойного и аварийного питания. Если долгая продолжительность зарядки не критична, то для циклической эксплуатации батарей так же можно использовать буферный режим, но время зарядки в таком случае будет довольно большим.

В наличии как раз имелось зарядное устройство для быстрой зарядки аккумуляторных батарей детских электромобилей. Судя по наклейке на корпусе оно должно заряжать аккумулятор до 14,5 Вольт током 4 Ампер, питаясь от сети переменного тока напряжением 100-240 Вольт частоты 50/60 Герц, и потребляя при этом мощность до 58 Ватт:

Это довольно высокие значения с учётом того, что предназначено оно для зарядки аккумуляторов с ёмкостью до 8 А·ч, и максимально допустимый зарядный ток для таких батарей составляет 2-2,5 Ампер.

Зарядное устройство моноблочного типа «вилка на корпусе» и имеет сетевой разъём европейского стандарта:

Возле места расположения индикаторных светодиодов передняя часть корпуса имеет вентиляционные щели, которые были деформированы при эксплуатации в результате сильного внутреннего нагрева:

После замеров было установлено, что зарядное устройство на холостом ходу без подключённой нагрузки выдаёт постоянное напряжение почти 15 Вольт:

При этом не имеется в наличии системы отключения нагрузки по окончанию процесса, что обязательно для режима быстрой зарядки. А это нехорошо скажется на долговечности аккумулятора и с каждым циклом будет сильно уменьшать оставшийся ресурс и срок службы. Данное зарядное устройство планировалось использовать для зарядки герметичного AGM-аккумулятора фирмы «Panasonic» для которого рекомендованное напряжение буферного режима составляет 13,6-13,8 Вольт:

Было принято решение попробовать переделать зарядное устройство, так как зарядка батарей таким режимом нежелательна. Правда устройство имеет два индикаторных светодиода — красный для индикации напряжения на выходных клеммах, и зелёный для предупреждения о снижении зарядного тока ниже определённой величины и следовательно достижения на аккумуляторной батарее максимального потенциала. Но так как зарядка в таком случае не прекращается, то если вручную не отключить устройство от сети, батарея всё последующее время будет находится под высоким потенциалом, что в свою очередь вызовет газообразование в электролите и этим самым будет происходить преждевременное быстрое старение аккумулятора.

Блок зарядного устройства был разобран для изучения элементов стабилизации и/или ограничения максимального выходного напряжения и оценки возможности коррекции электрических параметров. После разборки и быстрого внешнего осмотра стало понятно, что заявленные на этикетке параметры явно завышены и блок не в состоянии долговременно обеспечивать указанный в 4 А зарядный ток и рассеивать мощность 58 Вт. Охлаждающие радиаторы на микросхеме преобразователя и на выпрямительном диоде слишком малы, даже с учётом вентиляционных щелей на верхней крышке корпуса. Также вторичная обмотка трансформатора, хоть и секционная и состоит из нескольких параллельно соединённых обмоток, всё равно суммарная площадь сечения получается маленькой для обеспечения такого большого тока:

Сразу после разборки был заменён мощный низкоомный резистор, так как старый весь обуглился и рассыпался. Вместо него был подобран и установлен самодельный проволочный резистор такого номинала, чтобы зарядный ток в начале зарядки не превышал 1,5 Ампер. Так же были удлинены выводы индикаторных светодиодов, так как они не доставали до отверстий в корпусе:

Далее нужно было освободить плату от корпуса и произвести зарисовку фрагмента стабилизирующего звена устройства. Делается это простым выниманием платы из нижней части и вытаскиванием вилки, которую удерживает небольшая пластмассовая защёлка. Не нужно ничего отпаивать, и на самом деле это оказалось очень удобным. Следует просто освободить защёлку, а вместе с ней и вилку, проводами припаянную к плате:

После освобождения платы и возможности её свободного вращения в руке, для осмотра и проведения анализа, можно зарисовать нужный участок схемы с указанием номиналов установленных радиоэлементов. Сверху платы сразу бросается в глаза интегральный стабилизатор TL431, от обвязки которого и зависит уровень выходного напряжения, а точнее его максимальное значение, так как под нагрузкой во время процесса зарядки выходное напряжение будет проседать из-за сопротивления последовательно установленного низкоомного шунта:

Получилось зарисовать и далее начертить фрагмент вторичной цепи преобразователя зарядного устройства после трансформатора. Схема является стандартной для большинства импульсных источников питания и подстройка уровня выходного напряжения не составит труда для радиолюбителя. Позиционные номера радиокомпонентов совпадают с маркировкой на плате:

Зелёным цветом выделены резисторы, от которых зависит напряжение стабилизации и максимальный ток зарядки. Резисторы R7 и R8 составляют делитель выходного напряжения для интегрального стабилизатора TL431, и от них зависит его уровень. Подбором резистора R8 можно менять это значение в некоторых пределах. А изначально обугленный резистор токового шунта, имеющий сопротивление 1 Ом и в последствии заменённый на резистор более высокого сопротивления, по всей видимости предназначен для ограничения выходного тока, а так же служит датчиком для системы определения и индикации процесса зарядки, которая в данном случае нас не интересует.

На сайте «Паяльник» имеется калькулятор для расчёта сопротивления резисторов делителя стабилизатора TL431 «TL431 калькулятор». Введя исходные данные можно легко и просто определить нужные сопротивления под определённые характеристики. Нам в данном случае легче подобрать одно из плеч делителя, а именно резистор R8, составляющий верхнее плечо и в оригинале имеющий сопротивление 23,2 кОм. Пересчитав данные калькулятором под выходное напряжение 13,8 Вольт получается значение сопротивления указанного резистора 21,3 кОм:

Но вместо того, что бы менять установленный на плате резистор, Мы поступим по другому, и к уже имеющемуся резистору параллельно установим резистор такого сопротивления, что-бы общее сопротивление двух параллельно установленных резисторов было равно необходимому, ранее рассчитанному, сопротивлению верхнего плеча. Для расчёта общего сопротивления параллельно соединённых резисторов на сайте так же имеется удобный калькулятор «Параллельное соединение резисторов». Подставив одно, имеющееся значение, и подбирая другое можно определить каким должно быть сопротивление второго, параллельно устанавливаемого резистора, для получения необходимой величины. В нашем случае это значение составило 270 кОм:

На подкорректированной схеме красным цветом отмечены внесённые изменения. Как уже ранее упоминалось, резистор шунта Мы установили с сопротивлением в два Ом, а добавленный новый резистор на 270 кОм обозначен на схеме как R new:

На самой плате устройства параллельно резистору R8 был припаян резистор с гибкими выводами на сопротивление 270 кОм, а места пайки и вся плата были тщательно зачищены спиртом:

После доработки и подключения к сети выходное напряжение без нагрузки составило 13,7 Вольт, что является в пределах нормы максимального напряжения буферного режима зарядки свинцовых аккумуляторных батарей с рабочим напряжением в 12 Вольт:

Рекомендованный зарядный ток такого режима в процессе зарядки не должен превышать 20-30% от значения ёмкости аккумулятора, и в данном случае составил примерно 1 Ампер:

В конце зарядки зажигается зелёный светодиод и зарядный ток падает до 0,1 Ампер. В таком состоянии аккумулятор можно оставить без присмотра, не опасаясь что произойдёт перезаряд и закипание электролита:

Доработка оказалась несложной и в любой момент можно вернуть прежние параметры просто отпаяв добавленный резистор. В процессе эксплуатации и продолжительной работы зарядного устройства было замечено значительное снижение температуры корпуса по сравнению с предыдущим вариантом, а весь процесс зарядки занимал примерно 8 часов. На информационной наклейке красным маркером были замазаны выходные параметры, которые уже не актуальны, а при надобности маркер легко можно стереть спиртом:

В следующих статьях будет рассмотрен многофункциональный измерительный прибор для мониторинга параметров заряда/разряда аккумуляторов и переделка обычного двенадцативольтного импульсного блока питания под зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторных батарей с добавлением в схему узла стабилизации зарядного тока и индикатора зарядки.

Источник