Что такое заряд аккумулятора определение

Процесс заряда аккумуляторов различных типов

Заряд и разряд аккумулятора являются основными процессами, которые идут при его эксплуатации. Во время заряда аккумуляторная батарея восполняет потерянную ёмкость и по окончании процесса вновь может эксплуатироваться. В этом материале речь пойдёт о заряде аккумуляторов основных типов: свинцово-кислотных, щелочных и литиевых. Будут рассмотрены процессы происходящие при зарядке и режимы.

Заряд аккумуляторов различных типов

Свинцово-кислотные АКБ

Самой распространённой сферой применения свинцово-кислотных аккумуляторов, являются стартерные батареи в транспортных средствах. Они применяются для запуска двигателя, а также поддержки генератора при сильной нагрузке на бортовую сеть автомобиля. В штатном режиме работы свинцово-кислотные АКБ не испытывают глубокого разряда. Заряд батареи после пуска осуществляется током, вырабатываемым генератором. Кроме того, рекомендуется периодически выполнять зарядку стартерного аккумулятора от зарядного устройства. Какие реакции при этом происходят?

Происходящие процессы

В электрохимической реакции внутри свинцово-кислотного аккумулятора участвуют материалы положительного и отрицательного электрода, а также электролит. Активная масса положительного электрода представляет собой диоксид свинца (PbO₂). В случае с отрицательным электродом – это порошок свинца (Pb). При заряде свинцово-кислотной аккумуляторной батареи на электродах протекают следующие реакции.

Общий процесс в электрохимической системе описывается уравнением.

В процессе заряда из электролита расходуется вода и постепенно увеличивается его плотность. Плотность электролита полностью заряженного аккумулятора находится около 1,27 гр/см 3 . Ниже можно посмотреть таблицу степени заряженности АКБ.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,11	11,7	8,4	0	-7
1,12	11,76	8,54	6	-8
1,13	11,82	8,68	12,56	-9
1,14	11,88	8,84	19	-11
1,15	11,94	9	25	-13
1,16	12	9,14	31	-14
1,17	12,06	9,3	37,5	-16
1,18	12,12	9,46	44	-18
1,19	12,18	9,6	50	-24
1,2	12,24	9,74	56	-27
1,21	12,3	9,9	62,5	-32
1,22	12,36	10,06	69	-37
1,23	12,42	10,2	75	-42
1,24	12,48	10,34	81	-46
1,25	12,54	10,5	87,5	-50
1,26	12,6	10,66	94	-55
1,27	12,66	10,8	100	-60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Основной проблемой в процессе заряда свинцово-кислотного аккумулятора является неполное растворение сульфата свинца (PbSO₄). Это вещество забивает поры активной массы, в результате чего снижается площадь взаимодействия электролита с материалом электрода. Из-за этого происходит постепенная потеря ёмкости.

По мере эксплуатации аккумуляторной батареи сульфата свинца на пластинах после заряда остаётся всё больше. Процесс носит название сульфатации. Он является причиной выхода из строя большинства свинцово-кислотных аккумуляторов на транспортных средствах.

Режимы заряда

Если не считать ускоренной зарядки, то есть две основные схемы заряда свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. При постоянном напряжении и постоянном токе. Сегодня в продаже можно найти много зарядных устройств (ЗУ), имеющих возможность использования этих режимов, а также их комбинаций.

Наиболее распространённой является схема заряда при постоянном напряжении. Смысл здесь в том, что на терминалы аккумулятора подаётся постоянное напряжение. Заряд обеспечивается благодаря выравниванию напряжений на выводах ЗУ. Полнота заряда в этом случае зависит от напряжения, подаваемого на только выводы АКБ. То есть если заряжать аккумуляторную батарею одинаковое время напряжением 14,4, 15 и 16 вольт, то наиболее полный заряд достигается при 16 В.

Другой распространённой схемой является заряд постоянным током. Этот процесс включает в себя несколько этапов, на каждом из которых поддерживается постоянная сила тока.

Такая схема зарядки требует постоянного контроля и корректировки подаваемого тока. Этапы разделяются по уровню напряжения на выводах аккумулятора.

Обычно процесс выглядит следующим образом.

• На первом этапе сила тока устанавливается в размере 10% от номинальной ёмкости АКБ. После этого проводится зарядка до постоянного напряжения 14,4 вольта.
• Второй этап начинается с напряжения 14,4 вольта. Это значение является тем уровнем, на котором начинается разложение воды из электролита на кислород и водород. У аккумуляторов, выпускаемых по технологии Ca-Ca, это значение напряжения выше. Чтобы минимизировать выделение газов, сила тока снижается в два раза. То есть если на первом этапе она была 5 ампер, то здесь нужно уменьшить до 2,5 А.
• Третий этап стартует с напряжения 15 вольт. Сила тока уменьшается два раза по сравнению со вторым этапом. Далее через определённые промежутки времени (1─2 часа) проверяется напряжение на терминалах. Как только оно перестаёт меняться, так можно считать процесс оконченным. На последнем этапе будет идти активное выделение газов. По этой причине аккумуляторная батарея должна находиться в хорошо проветриваемом помещении, а рядом не должно быть искр и открытого пламени.

Выше был упомянут метод ускоренной зарядки аккумуляторной батареи. Подобный режим есть во многих зарядных устройствах. Он отличается лишь тем, что на аккумулятор подаётся увеличенный до 30% (по сравнению со штатным значением 0,1*С) ток. Это используется в тех случаях, когда аккумулятору нужно быстро отдать заряд, который необходим для запуска двигателя. Увеличенная сила тока при зарядке отрицательно сказывается на состоянии электродов и активной массы. Поэтому без необходимости этот режим лучше не использовать.

Щелочные аккумуляторные батареи

Щелочные аккумуляторы используются в качестве тяговых. Их можно встретить в различной складской технике, железнодорожном транспорте, электроинструменте и других сферах применения, где они работают в режиме циклирования.

Происходящие процессы

Наиболее распространёнными электрохимическими системами щелочных аккумуляторов являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные. Рассмотрим процесс заряда на их примере. Оба типа батарей имеют положительный электрод с активной массой из гидроокиси никеля (NiOOH). В ней присутствует графит и окись бария. Окись бария продлевает срок службы АКБ, а графит увеличивает электропроводность активной массы.

Активная масса на отрицательном электроде в никель─кадмиевых аккумуляторах представляет собой смесь порошков кадмия (Cd) и железа (Fe). У никель─металлогидридных аккумуляторов активная масса на минусовом электроде является смесью порошков железа и его окислов. В неё добавляют сернокислый никель (NiSO4) и сернистое железо (FeS).

Ниже представлены реакции, происходящие в щелочном аккумуляторе при заряде.

2Ni(OH)₂ + 2KOH + Fe(OH)₂ -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Fe

2Ni(OH)₂ + 2KOH + Cd(OH)₂ -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Cd

В процессе разряда активная масса на положительном электроде окисляется и 2Ni(OH)₂ превращается в гидроокись никеля. Одновременно с этим в активной массе отрицательного электрода происходит восстановление, в результате которого образуется железо и кадмий.

Режимы заряда

Если рассматривать заряд стандартного аккумуляторного элемента Ni-Cd, то рекомендуемый ток составляет 10─20% от номинальной ёмкости. Во время зарядки может доходить до 16 часов. Допустимый диапазон температур для зарядки щелочных аккумуляторов составляет от 0 до 50 по Цельсию. Наиболее эффективно процесс заряда происходит в диапазоне температур от 10 до 40 градусов Цельсия.

На практике конструкция щелочных аккумуляторов позволяет заряжать их током не менее 30% от номинальной ёмкости. Процесс заряда в этом случае занимает несколько часов. При заряде щелочных аккумуляторов есть один важный момент. Особенно это актуально для никель─кадмиевых батарей. Они имеют такую проблему, как «эффект памяти». Поэтому перед зарядом эти АКБ требуется разрядить. Подобным функционалом располагают многие зарядные устройства, предназначенные для работы со щелочными аккумуляторами.

Поэтому процесс зарядки щелочного аккумулятора чаще всего начинается с его разряда. При этом не должно допускаться снижение напряжения на выводах элемента ниже 1 вольта. После разряда запускается процесс заряда.

Различных схем заряда для щелочных батарей значительно больше, чем для свинцово-кислотных. Некоторые из них приведены на изображении ниже.

В процессе заряда напряжение на выводах щелочного аккумулятора постепенно увеличивается до 1,6─1,75 вольта. На заключительном этапе напряжение может подниматься до 1,8 вольта. В случае с герметичными щелочными АКБ бывает так, что окончание заряда определяется переданными ампер-часами. Чтобы зарядить батарею целиком иногда расходуется количество энергии, соответствующее 150 процентам от номинальной ёмкости. Напряжение полностью заряженного щелочного аккумулятора в разомкнутой цепи составляет 1,45 вольта.
Вернуться к содержанию

Литиевые

Процесс заряда будет рассмотрен на примере литий─ионных аккумуляторных батарей. В последнее время они получили широкое распространение в качестве источников питания для бытовой техники, потребительской электроники, электроинструмента, электромобилей, электровелосипедов, скутеров и т. п. По сравнению с вышеописанными свинцово-кислотными и щелочными АКБ литий─ионные модели имеют более высокую энергоёмкость.

Происходящие процессы

В литиевый электрохимической системе сейчас используются различные химические соединения и периодически разрабатываются новые. Мы рассмотрим реакции, происходящие при заряде в большинстве распространённых коммерческих Li─Ion батареях.

Отрицательный электрод выполняется из материала, содержащего углерод. Благодаря его природе и составу электролита происходит процесс интеркаляции ионов лития в углерод. Углеродная матрица обладает слоистой структурой, которая может быть упорядоченной или частично упорядоченной. Это уже зависит от конкретного углеродосодержащего материала.

Материалы, используемые для производства положительного электрода, могут отличаться для различных разновидностей литиевых батарей. Чаще всего для этих целей используются литированные оксиды кобальта или никеля. Используются также литий─марганцевые шпинели.

При заряде литий─ионного аккумулятора на электродах протекают следующие реакции.

C + xLi + + xe — -> CLi_x

В процессе интеркаляция ионы лития из электролита внедряются между слоями углерода. При этом объём углеродной матрицы меняется незначительно. Этими качествами был обусловлен выбор углерода в качестве материала анода. Помимо материала, содержащего углерод, в отрицательном электроде могут быть такие добавки, как олово, серебро и их сплавы. В некоторых моделях встречаются композитные материалы.

Режимы заряда

Процесс заряда литий─ионных аккумуляторов комбинированный и проходит в два этапа. На первой стадии ведётся зарядка током, величина которого составляет от 20 до 100% от номинальной емкости батареи. Этот этап продолжается до того, пока напряжение АКБ не достигнет 4,1 вольта. После этого начинается второй этап, во время которого заряд ведётся при постоянном напряжении. По времени вся зарядка продолжается около 3 часов (при максимально допустимом токе), из которых на первый этап отводится один час. Более подробно о процессе заряда литиевых аккумуляторов можно прочитать в этой статье.

Окончание заряда фиксируется в тот момент, когда напряжение достигло максимального (4,1─4,2 В), а ток уменьшился до 3% от своей величины в начале процесса. В некоторых случаях возможен третий этап, который представляет собой хранение. Этот этап представляет собой периодическую подзарядку для компенсации ёмкости, потерянной в результате саморазряда.

Если увеличивать ток заряда выше 0,2─1*С, это не приводит к уменьшению времени процесса. В этом случае просто сокращается первый и увеличивается второй этап.

Бывают зарядные устройства, которые обеспечивают только первый этап зарядки. При таком варианте степень заряженности батареи составляет около 70─80%.
Вернуться к содержанию

Источник

Какое напряжение должно быть на аккумуляторе автомобиля?

Напряжение аккумулятора и его энергоемкость являются главными параметрами, на которые в первую очередь необходимо обращать внимание. Также, можно узнать степень заряда аккумулятора по напряжению, но для этого автовладелец должен осуществлять контроль над значением напряжения аккумулятора автомобиля. Если не забывать про выполнение этой процедуры, то можно увеличить эксплуатационный срок устройства и избавить себя от негативных последствий его разреженности.

Из нашей статьи вы сможете узнать, что из себя представляет напряжение автомобильного аккумулятора, какое значение считается нормальным, какое напряжение должно быть на заряженном аккумуляторе, какое бывает напряжение аккумулятора при работающем двигателе, а также процедуру определения заряда аккумулятора по напряжению через таблицу.

Напряжение АКБ автомобиля

От этого параметра напрямую зависит запуск двигателя, работа бензонасоса при запуске, а также ближнего и дальнего света и т.п. По этой причине нужно чаще выполнять контроль нормального напряжения аккумулятора транспортного средства.

Напряжение заряженной АКБ

Питание на заряженном аккумуляторе автомобиля выполняется при помощи генератора. Однако в этом случае нужно учитывать одно обстоятельство: обеспечить полное функционирование АКБ таким методом возможно только в том случае, если проехать на авто не меньше 100км. Поэтому нужно не забывать про важность этой процедуры и выполнять проверку аккумулятора автомобиля по напряжению вовремя.

Сколько вольт должно быть на заряженном аккумуляторе

Сколько вольт должен показывать заряженный аккумулятор и какое напряжение должно быть на аккумуляторе для полноценной работы прибора? Напряжение заряженного автомобильного аккумулятора, равное 12,5В-12,9В, говорит о том, что батарея готова на 100% к использованию. Прибор с таким значением не нужно подсоединять к ЗУ, поскольку может произойти выкипание электролита, а это может привести к негативным последствиям. Покупая АКБ в магазине, учитывайте, что напряжение полностью заряженного аккумулятора автомобиля должен быть равен 12,6В. Однако при покупки батареи вам может встретиться вольтаж, равный 12,5В, но не нужно расстраиваться, поскольку это базовое состояние для устройства, которое продолжительное время не использовалось.

Напряжение заряженного автомобильного аккумулятора без нагрузки

Каким должен быть значение напряжения аккумулятора автомобиля без подключения нагрузки? В большинстве случаев, без применения дополнительной нагрузки, вольтаж равен 12,6В. Однако в некоторых случаях, при завершении зарядки, аккумулятор автомобиля может выдавать вольтаж до 13,2В.

Существуют батареи, у которых написано значение вольтажа на каждой банке АКБ. Здесь необходимо внимательно изучить следующее: электролитическая плотность в банках должна быть одинаковой, однако возможна маленькая неточность в пределах 0,02г/см3. Напряжение АКБ в таком случае составляет 1,9В. Если оно проседает до значения менее 1,7В, то банка прибора вышла из строя.

Сколько ампер в заряженной АКБ

Чтобы ответить на вопрос, какое напряжение должно быть у аккумуляторов, надо рассмотреть данные АКБ, которые размещены на самом приборе. Нужно посмотреть на такие важные характеристики, как напряжение заряженного аккумулятора автомобиля без нагрузки и энергоемкость устройства. Если вольтаж равен 65ампер/час, то батарея во время подзарядки может отдавать ток 5А в течение 11ч. Чтобы узнать число ампер, необходимо подсоединить изделие к ЗУ.

Но нужно учитывать, что показатели тока у различных батарей могут серьезно различаться. Все зависит от дополнительной нагрузки. Чем больше ее значение, тем больше энергии отдает АКБ. Также вольтаж на заряженном аккумуляторе автомобиля находится в зависимости от температуры. Так при температурах меньше 0˚С, батарея начинает выполнять свои функции хуже, поскольку снижается скорость прохождения хим. реакций.

Чтобы добиться нормального напряжения АКБ под нагрузкой, производители стали разрабатывать технологию хорошего соприкосновения раствора с пластинами, которые изготавливают из специальных материалов.

Таблица заряда

Чтобы не доводить АКБ до критичной степени разреженности, то нужно посмотреть на таблицу заряда. Если вы знаете напряжение на клеммах аккумулятора, то можно узнать и степень заряженности батареи. Помимо этого, здесь можно узнать значение электролитической плотности.

Какое напряжение на аккумуляторе автомобиля вообще считается нормальным

Если вольтаж варьируется от 12,5В до 13,2В, то, значит, параметр находится в нормальном состоянии.

Последнее значение появляется после зарядки. За 12ч перерыва функционирования автомобиля, вольтаж составляет 12,6В-12,8В. Чтобы узнать точно, надо оставить машину в покое на 12ч. Перед измерением необходимо снять 1 клемму с батареи. Держать заряд новый аккумулятор с энергоемкостью, к примеру, 50 А/ч сможет, при отсутствии морозов, 141 сутки.

Минимальное напряжение

Чтобы не допустить полной разреженности и поломки батареи, нужно регулярно следить за ее напряжением. Минимальным напряжением считается 10,5В. При 9В нормально подзарядить прибор возможно только оригинальным зарядником высокого качества. Но даже при восстановлении уровня заряда, аккумулятор не будет функционировать в прежнем режиме.

Под нагрузкой

Чтобы узнать вольтаж АКБ, надо приобрести специальный прибор. Однако он позволяет узнавать только готовность батареи к дальнейшему функционированию и степень зарядки АКБ. Это изделие не применяется для определения энергоемкости. По этой причине уточнить срок службы батареи через это изделие никак нельзя.

Прибор имеет следующую комплектацию, в которую входит:

• корпус со встроенным прибором, мультиметром;
• спирали, которые осуществляют сопротивление;
• кабели, которые имеют на концах «крокодилы» для удобства подключения к АКБ;
• переключатель.

Существует 2 вида таких изделий: цифровые, которые показывают параметр на дисплее, и аналоговые, показывающее значение при помощи стрелки. Первый тип лучше, поскольку выдает более точное значение, по сравнению со вторым. Большинство нагрузочных вилок функционируют при плюсовой температуре от 1˚С до 35˚С. Но встречаются изделия, которые могут неплохо работать даже при -25˚С, но правда стоимость такого прибора будет в разы выше, чем обычные аппараты. Изделие может создавать ток от 100А до 200А.

Выполнять проверку батареи посредством нагрузочной вилки можно в течение 10 секунд, хотя по гармонизированным стандартам проверку можно осуществлять 20 секунд.

При работающем двигателе

При функционирующем двигателе авто более 10минут, вольтаж будет составлять от 13,5В до 14,5В. В этом случае, параметр будет несколько больше обычного, поскольку работает генератор авто. Начать проверять значение вольтажа необходимо после работы двигателя более 20 минут. Затем нужно включить элементы, которые расходуют автомобильную энергию:

• очистители стекла;
• обогреватель лобового стекла;
• печку;
• дальний свет;
• автомагнитолу.

После этого значение должен немного измениться (примерно на 0,2В). Если значение сильно уменьшилось, то, скорее всего, у вас генератор находится в неисправном состоянии или бывает другая ситуация, например, если вы используете сабвуфер или другой мощный прибор, и генератор не может справиться с такой нагрузкой, по этой причине вольтаж начинает проседать. В таком случае имеется только одно решение – купить более мощный генератор.

Нормальное напряжение аккумулятора автомобиля зимой

Из-за зимних морозов значение электролитической плотности АКБ начинается изменяться. При этом вольтаж будет зависеть от того, сколько процентов заряда имеет АКБ. Если процент большой, то значение будет увеличиваться, а если зарядки мало, то параметр снизится, а из-за этой причины запустить двигатель будет проблематично.

У автовладельцев имеется такая точка зрения, что зимой этот параметр серьезно снижается, но на самом деле это не так, при морозе химические реакции начинают работать медленнее.

При отрицательной температуре окружающей среды в -20˚С нормальным значением напряжения является 12В. Однако из-за замедления прохождения химических реакций происходят такие изменения как:

• Уменьшение рабочей энергоемкости АКБ машины. Она составляет половину от заявленных параметров, которые указаны на маркировке.
• При электролитической плотности в 1,3 г/см3 вольтаж зимой достигает 12,5В.
• Если внешняя температура воздуха меньше -25 градусов, то батарея прекращает подзаряжаться от генератора.

Для увеличения плотности батареи в транспортном средстве, который используется в северных районах, добавляют в АКБ состав концентрации сильной двухосновной кислоты.

При нахождении плотности электролита в пределе от 1,30г/см3 до 1,32г/см3, нормальным значением вольтажа аккумулятора без дополнительной нагрузки при отрицательной температуре будет 13В.

При увеличении такой концентрации, необходимо внимательно смотреть, чтобы электролитическая плотность не достигла 1,35 г/см3, так как это может вызвать поломку пластин.

Видео о напряжении аккумулятора автомобиля

Источник