Поделки своими руками для автолюбителей
Как восстановить уравновешивающим зарядом аккумуляторную батарею?
Итак, уравновешивающий заряд аккумуляторной батареи является одним из восстановительных зарядов. Как все знают, аккумуляторные батареи состоят из нескольких аккумуляторов, как правило, это шесть
отдельных банок, шесть отдельных аккумуляторов и все эти шесть банок работают одновременно.
Но, тем не менее какая-то из банок всегда начинает отставать, как правило, отставать начинает какая-то из крайних банок или та, что возле положительной или отрицательной клеммы, потому что, как правило, у аккумуляторной батареи проблемы всегда начинаются с крайних банок.
Такая отстающая банка очень негативно влияет на работу всей аккумуляторной батареи, она снижает мощность аккумуляторной батареи, снижает ресурс аккумуляторной батареи и приводит к саморазряду аккумуляторной батареи, ну и как следствие она конечно же сульфатируется. Итог в скором времени вам придётся идти в магазин за новой аккумуляторной батареей.
Чтобы значительно продлить ресурс аккумуляторной батареи вам нужно время от времени проводить уравновешивающий заряд всей батареи. То есть в батарее вам нужно отставшие банки подтянуть до уровня исправных банок, ну и конечно же сбить сульфат, который образовался на пластинах даже у здоровых банок, то есть провести анти сульфатацию аккумуляторной батареи.
Заряд этот можно назвать не только восстановительным, но еще и профилактическим. Такой заряд обязательно надо проводить если аккумуляторная батарея простояла разряженной более суток, то есть больше чем 24 часа или когда батарея не полностью заряжалась несколько раз подряд, то есть некоторое время она была не полностью заряженной и это в свою очередь повлекло к тому, что на пластинах аккумуляторной батареи осел сульфат.
На автомобиле аккумуляторная батарея никогда полностью не заряжается по той причине, что она заряжается там при постоянном напряжении, а при таком напряжении, на автомобиле, зарядить практически никогда нельзя, так вот работа аккумуляторной батареи на автомобиле это и есть как раз тот случай, когда аккумуляторная батарея постоянно находится чуть чуть в не до заряженном состоянии, а раз она не до конца заряжена значит она непременно, частично сульфатирована.
И вот, если вы откроете любую инструкции по аккумуляторной батареи, любого производителя, то увидите, что аккумуляторную батарею рекомендуется заряжать в такие-то периоды, в зависимости от типа аккумуляторных батарей. Допустим для свинцовых, обычных аккумуляторных батарей, которые уже не выпускают — это было три месяца — было написано «заряжать аккумуляторные батареи раз в три месяца». Для гибридных аккумуляторов, как правило писали заряжать аккумуляторные батареи раз в 6 месяцев, для необслуживаемых аккумуляторных батареи сейчас пишут — заряжать аккумуляторные батареи не позже чем раз в год.
Но честно говоря заряд с интервалом раз в год лично я считаю это очень и очень долго, аккумуляторную батарею надо заряжать хотя бы раз в полгода. И вот когда вы в инструкции читаете, что батарею надо зарядить раз в полгода, при том там написано очень хитро, что раз в полгода батарея нуждается в полной зарядке, так вот когда вы это читаете в инструкции, то инструкция как раз таки подразумевает заряд именно вот этим методом, то есть она подразумевает именно восстановительно -профилактический заряд, то есть уравновешивающий заряд.
Как значительно продлить жизнь вашей аккумуляторной батареи вот сегодня и поговорим как это правильно делать.
Итак, батареи условно разделим на два вида, те батареи у которых есть пробки и те батареи у которых нет пробок, то есть не обслуживаемые.
Как провести такой заряд? Для начала берём нашу батарею и просто ставим на заряд как обычно и заряжаем зарядным устройством по максимуму. Заряжаем до того состояния, когда она начнёт кипеть (если у вашей аккумуляторной батареи есть пробки) если это обычная батарея она закипит при 14,4 вольтах, гибридная закипит при 15 с копейками вольтах, кальцевая батарея закипит при 16 с копейками вольта.
Вот когда закипела батарея значит первый этап заряда закончен, если батарея необслуживаемая (пробок нет) значит ей кипеть не надо значит заряжаете как обычно до 14,4 вольта.
После того, как АКБ закипела, значит она уже больше заряда не берёт и весь ток расходуется на электролиз воды, соответственно заряд вы больше дать аккумуляторной батарей не можете, значит вы её отключаете и она у вас просто стоит.
Зачем ей надо дать постоять? Потому что внутри пор активной массы пластин собираются пузырьки газа и вот надо время, для того чтобы эти пузырьки вышли. Принято считать, что эти пузырьки выходят полностью за 8 часов. За это время часть пузырьков из активной массы пластин выйдет и вы снова ставите эту батарею на заряд, но теперь вы ставите её на заряд не нормальным током, как было в первый раз, а теперь вы ставите её на заряд током, который не превышает 10% от нормального, то есть если у вас батарея 60 ампер часов, нормальный ток для нее 6 ампер часов, то вы ставите 10% от 6 ампер, то есть это будет 0,6 ампер. Вот таким зарядным током ставите на заряд дальше.
На таком маленьком токе батарея будет заряжаться довольно продолжительное время, это время зависит от степени сульфатации пластин аккумуляторной батареи и вот этим маленьким током вы заряжаете батарею до того момента, пока она не начнет выделять газ, то есть не начнёт кипеть.
После того, как она закипела вы снова ее отключаете и снова даёте возможность ей постоять несколько часов, для того, чтобы вышли пузырьки и после отдыха опять включаете на заряд этим же малым током. И вот такую процедуру вы повторяете несколько раз, обычно её надо повторить около 5-6 раз.
В итоге после 6 цикла вы должны получить кипящую батарею, притом газовыделение должно идти на обоих электродах положительном и отрицательном, и плотность электролита должна быть постоянной.
После этого можно считать что вы аккумуляторную батарею зарядили, но тут надо сделать одну оговорку, этот способ подходит только для батарей у которых сульфат, вот только, только сел на пластины, он еще молодой и не стал застарелым, поэтому я сказал, что этим зарядом можно заряжать аккумуляторные батареи, которые находились в разряженном состоянии более 24 часов.
Но этот заряд вам не поможет, если ваша аккумуляторная батарея простояла в разряженном состоянии довольно длительное время, потому что этим зарядом можно сбить только сульфат, который только, только образовался.
Что делать если ваш сульфат уже немножко застарел? Тут есть другой способ, в чём смысл — вы все делаете точно так, как написано выше, но перед тем, как заряжать аккумулятор первый раз нормальным током, вы заливаете в каждую банку дистиллированную воду. Если батарея на 60 ампер часов, то в каждый аккумулятор доливаем 40=50 миллилитров дистиллированной воды, в принципе можно доливать на глаз, но так, чтобы плотность электролита в каждом аккумуляторе (банке) не опускалась ниже 1,25.
Если вы живете где-то в очень жарком регионе, то вам можно доливать воды до плотности 1,23, долили воды и делаете все те же процедуры, которые я вам рассказал, чем меньше плотность электролита, тем легче растворяется сульфат, поэтому уменьшение плотности электролита способствует его растворению, именно для этого вы и доливаете дистиллированную воду.
Так вот этот способ позволяет вам поднять плотность электролита за счет того, что вы растворяете сульфат, который образовался на пластинах.
Как визуально можно отличить отстающую банку от нормальных? То есть, во всех банках батарей положительные пластины у меня были темно-коричневого цвета и только в одной банке они были светло-коричневого цвета, почему светло-коричневого цвета, потому что именно сульфат даёт светло-коричневый цвет положительных пластин.
И вот я проводил этот же заряд, малым током, то есть уравновешивающий, но в дистиллированной воде и таким образом в конце все шесть банок стали у меня одинаковым цветом положительных пластин, то есть пластины стали темными, то есть аккумуляторная батарея уравновесилась.
Источник
Выравнивание заряда батарей обеспечивает долгое время работы и продлевает срок службы
Texas Instruments
Сихуа Уэн (Sihua Wen), инженер по применению аккумуляторных батарей, Texas Instruments
Обычно в любой системе, состоящей из нескольких последовательно включенных батарей, возникает проблема разбалансировки заряда отдельных батарей. Выравнивание заряда – это метод проектирования, позволяющий увеличить безопасность эксплуатации батарей, время работы без подзарядки и срок службы.Новейшие микросхемы защиты батарей и указатели заряда компании Texas Instruments – BQ2084, семейства BQ20ZXX, BQ77PL900 и BQ78PL114, представленные в производственной линейке компании, – необходимы для реализации этого метода.
ЧТО ТАКОЕ РАЗБАЛАНСИРОВКА БАТАРЕЙ?
Перегрев или перезаряд ускоряют износ батареи и могут вызвать воспламенение или даже взрыв. Программно-аппаратные средства защиты уменьшают опасность. В блоке из многих батарей, включенных последовательно (обычно такие блоки применяются в лаптопах и медицинском оборудовании) существует возможность разбалансировки батарей, что ведет к их медленной, но неуклонной деградации.
Не существует двух одинаковых батарей, всегда есть небольшие отличия в состоянии заряда батарей (СЗБ), саморазряда, емкости, сопротивлении и температурных характеристиках, даже если речь идет о батареях одинаковых типов, от одного производителя и даже из одной производственной партии. При формировании блока из нескольких батарей производитель обычно подбирает схожие по СЗБ батареи посредством сравнения напряжений на них. Однако отличия в параметрах отдельных батарей все равно остаются, а со временем могут и возрасти. Большинство зарядных устройств определяет полный заряд по суммарному напряжению всей цепочки последовательно включенных батарей. Поэтому напряжение заряда отдельных батарей может варьироваться в широких пределах, но не превышать порогового значения напряжения, при котором включается защита от перезаряда. Однако в слабом звене – батарее с малой емкостью или большим внутренним сопротивлением напряжение может быть выше, чем на остальных полностью заряженных батареях. Дефектность такой батареи проявится позже при длительном цикле разряда. Высокое напряжение такой батареи после завершения заряда свидетельствует об ее ускоренной деградации. При разряде по тем же причинам (большое внутренне сопротивление и малая емкость) на этой батарее будет наименьшее напряжение. Сказанное означает, что при заряде на слабой батарее может сработать защита от перенапряжения, в то время как остальные батареи блока еще не будут заряжены полностью. Это приведет к недоиспользованию ресурсов батарей.
МЕТОДЫ БАЛАНСИРОВКИ
Разбалансировка батарей оказывает существенное нежелательное воздействие на время работы без подзарядки и срок службы. Выравнивание напряжения и СЗБ батарей лучше всего производить при их полном заряде. Существуют два метода балансировки батарей – активный и пассивный. Последний иногда называют «резисторной балансировкой». Пассивный метод довольно прост: разряд батарей, нуждающихся в балансировке, производят через байпасные цепи, рассеивающие мощность. Эти байпасные цепочки могут быть интегрированы в батарейный блок или помещаться во внешней микросхеме. Такой метод предпочтительно использовать в недорогих приложениях. Практически вся избыточная энергия от батарей с большим зарядом рассеивается в виде тепла – это главный недостаток пассивного метода, т.к. он сокращает время работы батарей без подзарядки. В активном методе балансировки для передачи энергии от батарей с большим зарядом к менее заряженным батареям используются индуктивности или емкости, потери энергии в которых незначительны. Поэтому активный метод существенно более эффективен, нежели пассивный. Конечно, за повышение эффективности приходится платить – использовать дополнительные относительно дорогостоящие компоненты.
ПАССИВНЫЙ МЕТОД БАЛАНСИРОВКИ
Наиболее простое решение – выравнивание напряжения батарей. Например, микросхема BQ77PL900, обеспечивающая защиту батарейных блоков с 5–10 последовательно включенными батареями, используется в инструментах без токопроводящего кабеля, скутерах, бесперебойных источниках питания и медицинском оборудовании. Микросхема представляет собой функционально законченный узел и может применяться для работы с батарейным отсеком, как показано на рисунке 1. Сравнивая напряжение батарей с запрограммированными порогами, микросхема при необходимости включает режим балансировки. На рисунке 2 показан принцип действия. Если напряжение какой-либо батареи превышает заданный порог, заряд прекращается, подключаются байпасные цепочки. Заряд не возобновляется до тех пор, пока напряжение батареи ни снизится ниже порогового и процедура балансировки прекратится.
Рис. 1. Микросхема BQ77PL900, используемая в автономном
режиме работы для защиты блока батарей
При применении алгоритма балансировки, использующего в качестве критерия только отклонение напряжения, возможна неполная балансировка из-за разности внутреннего импеданса батарей (см. рис. 3). Дело в том, что внутренний импеданс вносит свой вклад в разброс напряжений при заряде. Микросхема защиты батарей не может определить, чем вызвана разбалансировка напряжений: разной емкостью батарей или различием их внутренних сопротивлений. Поэтому при таком типе пассивной балансировки нет гарантии, что все батареи окажутся на 100% заряженными. В микросхеме указателя заряда BQ2084 используется улучшенная версия балансировки, основанная на изменении напряжения. Чтобы минимизировать эффект разброса внутренних сопротивлений BQ2084 осуществляет балансировку ближе к окончанию процесса заряда, когда величина зарядного тока невелика. Другое преимущество BQ2084 – измерение и анализ напряжения всех батарей, входящих в блок. Однако в любом случае этот метод применим лишь в режиме зарядки.
Рис. 2. Пассивный метод, основанный на балансировке по напряжению
Рис. 3. Пассивный метод балансировки по напряжению
неэффективно использует емкость батарей
Микросхемы семейства BQ20ZXX, используют для определения уровня заряда фирменную технологию Impedance Track, базирующуюся на определении СЗБ и емкости батареи. В этой технологии для каждой батареи вычисляется заряд QNEED, необходимый для достижения полностью заряженного состояния, после чего находится разница ΔQ между QNEED всех батарей. Затем микросхема включает силовые ключи, через которые происходит балансировка батареи до состояния ΔQ = 0. Вследствие того, что разность внутренних сопротивлений батарей не оказывает влияния на этот метод, он может применяться в любое время: и при зарядке, и при разрядке батарей. При использовании технологии Impedance Track достигается более точная балансировка батарей (см. рис. 4).
Рис. 4. Пассивная балансировка, основанная на СЗБ и емкости
АКТИВНАЯ БАЛАНСИРОВКА
По энергоэффективности этот метод превосходит пассивную балансировку, т.к. для передачи энергии от более заряженной батареи к менее заряженной вместо резисторов используются индуктивности и емкости, потери энергии в которых практически отсутствуют. Этот метод предпочтителен в случаях, когда требуется обеспечить максимальное время работы без подзарядки.
Микросхема BQ78PL114, произведенная по фирменной технологии PowerPump, представляет собой новейший компонент компании TI для активной балансировки батарей и использует индуктивный преобразователь для передачи энергии. PowerPump использует n-канальный p-канальный MOSFET и дроссель, который расположен между парой батарей. Схема показана на рисунке 5. MOSFET и дроссель составляют промежуточный понижающий/повышающий преобразователь. Если BQ78PL114 определяет, что верхней батарее нужно передать энергию в нижнюю, на выводе PS3 формируется сигнал частотой около 200 кГц с коэффициентом заполнения около 30%. Когда ключ Q1 открыт, энергия из верхней батареи запасается в дросселе. Когда ключ Q1 закрывается, энергия, запасенная в дросселе, через обратный диод ключа Q2 поступает в нижнюю батарею.
Рис. 5. Балансировка по технологии PowerPump
Потери энергии при этом невелики и в основном происходят в диоде и дросселе. Микросхема BQ78PL114 реализует три алгоритма балансировки:
- по напряжению на выводах батареи. Этот метод похож на пассивный метод балансировки, описанный выше;
- по напряжению холостого хода. В этом методе компенсируется различие во внутренних сопротивлениях батарей;
- по СЗБ (основан на прогнозировании состояния батареи). Метод схож с тем, который использован в семействе микросхем BQ20ZXX при пассивной балансировке по СЗБ и емкости батареи. В этом случае точно определяется заряд, который необходимо передать от одной батареи к другой. Балансировка происходит в конце заряда. При использовании этого метода достигается наилучший результат (см. рис. 6)
Рис. 6. Активная балансировка по алгоритму выравнивания СЗБ
Из-за больших токов балансировки технология PowerPump гораздо более эффективна, чем обычная пассивная балансировка с внутренними байпасными ключами. В случае балансировки батарейного блока ноутбука токи балансировки составляют 25…50 мА. Подбирая значение компонентов можно достичь эффективности балансировки в 12–20 раз лучшей, чем при пассивном методе с внутренними ключами. Типичного значения разбалансировки (менее чем 5%) можно достичь за один или два цикла.
Кроме того, технология PowerPump имеет и другие очевидные преимущества: балансировка может происходить при любом режиме работы – заряд, разряд и даже тогда, когда батарея, отдающая энергию, имеет меньшее напряжение, чем батарея, получающая энергию. По сравнению с пассивным методом теряется гораздо меньше энергии.
ОБСУЖДЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО МЕТОДА БАЛАНСИРОВКИ
Технология PowerPump быстрее производит балансировку. При разбалансировке 2% батарей емкостью 2200 мА·ч она может быть произведена за один или два цикла. При пассивной балансировке встроенные в батарейный блок силовые ключи ограничивают максимальное значение тока, поэтому может потребоваться много больше циклов балансировки. Процесс балансировки может быть даже прерван при большой разнице параметров батарей.
Увеличить скорость пассивной балансировки можно за счет использования внешних компонентов. На рисунке 7 приведен типичный пример такого решения, которое можно использовать совместно с микросхемами BQ77PL900, BQ2084 или семейства BQ20ZXX. Вначале включается внутренний ключ батареи, который создает небольшой ток смещения, протекающий через резисторы RExt1 и RExt2, включенные между выводами батареи и микросхемой. Напряжение «затвор-исток» на резисторе RExt2 включает внешний ключ, и ток балансировки начинает протекать через открытый внешний ключ и резистор RBal.
Рис. 7. Принципиальная схема пассивной балансировки
с использованием внешних компонентов
Недостаток этого метода заключается в том, что одновременно не может происходить балансировка смежной батареи (см. рис. 8а). Это происходит из-за того, что когда открыт внутренний ключ смежной батареи, через резистор RExt2 не может протекать ток. Поэтому ключ Q1 остается закрытым даже тогда, когда открыт внутренний ключ. На практике эта проблема не имеет большого значения, т.к. при таком способе балансировки батарея, подключенная к Q2 быстро балансируется, а следом за ней балансируется и батарея, подключенная к ключу Q2.
Другая проблема заключается в возникновении высокого напряжения сток-исток VDS, которое может возникнуть когда балансируется каждая вторая батарея. На рисунке 8б показан случай, когда балансируются верхняя и нижняя батареи. При этом напряжение VDS среднего ключа может превысить максимально допустимое. Решение этой проблемы – ограничение максимального значения резистора RExt или исключение возможности одновременной балансировки каждой второй батареи.
а) Соседние батареи не могут быть сбалансированы одновременно.
(б) Высокое напряжение сток-исток (VDS ) при балансировке батарей через одну (каждая вторая батарея)
Метод быстрой балансировки – новый путь улучшения безопасности эксплуатации батарей. При пассивной балансировке цель заключается в том, чтобы сбалансировать емкость батарей, но из-за малых токов балансировки это возможно лишь в конце цикла заряда. Другими словами, перезаряд плохой батареи может быть предотвращен, но это не увеличит время непрерывной работы без подзаряда, т.к. слишком много энергии будет потеряно в байпасных резистивных цепочках.
При использовании технологии активной балансировки PowerPump одновременно достигаются две цели – балансировка емкости в конце цикла заряда и минимальное различие напряжений в конце цикла разряда. Энергия запасается и отдается слабой батарее, а не рассеивается в виде тепла в байпасных цепях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Корректная балансировка напряжения батарей – один из путей увеличения безопасности эксплуатации батарей и увеличения срока их службы. Новые технологии балансировки отслеживают состояние каждой батареи, что позволяет увеличить срок их службы и повысить безопасность эксплуатации. Технология быстрой активной балансировки PowerPump увеличивает время работы без подзарядки, а также позволяет максимально и с высокой эффективностью сбалансировать батареи в конце цикла разряда.
Источник