Как зарядить герметичный свинцово кислотный аккумулятор

Способы зарядки свинцово-кислотного аккумулятора

Рынок источников питания поражает своим изобилием и разнообразием автомобильных кислотных батарей (АКБ). Основное их отличие заключается в материале, из которого изготовлен электрод, и типе электролита.

Отсюда названия: литиевые, никель-кадмиевые, в том числе свинцово-кислотные и другие. Практически для каждой модели автомобиля существует свой тип АКБ.

Электролит бывает жидкий (водный раствор серной кислоты) или гелевый. В зависимости от этого источники питания разделяют на обслуживаемые и необслуживаемые.

Обслуживаемые требуют постоянного контроля за уровнем электролита способом своевременной добавки его или дистиллированной воды. Особенно важно проверить эти параметры перед зарядкой. В зависимости от времени года требуется доливать то или другое.

Свинцово-кислотные аккумуляторы относятся к обслуживаемым.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы очень популярны и пользуются спросом. Они имеют достаточно низкую стоимость и большой диапазон применения (кроме автомобилей, их можно встретить в бытовой технике, детских игрушках и др.).

Свинцово-кислотные аккумуляторы были известны уже в 60-е годы девятнадцатого века.

Металлические пластины данного аккумулятора покрываются свинцовым суриком. Это химически стойкое антикоррозийное покрытие служит защитой в агрессивной среде кислотного электролита.

Свинцово-кислотный аккумулятор отличается высокой удельной мощностью. За время эксплуатации допускает до 500 циклов перезарядки. Одним из существенных преимуществ является низкая цена.

Что указывает на необходимость подзарядки

При такой популярности следует всегда поддерживать свинцово-кислотные аккумуляторы в рабочем состоянии (впрочем, как и все другие).

А для этого требуется своевременная периодическое заряжение. О том, что такое время наступило, говорят очевидные факты: с трудом запускается двигатель, и значение напряжения опускается до 12 В.

Важно оперативно реагировать на те знаки, которые подает устройство. Если в такой ситуации продолжать использовать аккумулятор, он очень быстро станет неработоспособным без всякой надежды на восстановление.

Лучше чаще перезаряжать аккумулятор (это поможет продлить срок его службы).

Если свинцово-кислотный аккумулятор хорошего качества и приобретен из рук фирмы-изготовителя, частые перезарядки для него не только не опасны, а даже полезны, потому что тогда работа проходит без скачков напряжения.

На протяжении всей эксплуатации технические характеристики таких батарей остаются постоянными, если не доводить их до полного разряда. При отрицательной температуре это может привести еще к короткому замыканию.

Обязательные действия перед зарядкой

Большое влияние на процесс подзарядки имеет температурный режим. Прежде всего надо знать, что не рекомендуется заряжать свинцово-кислотную батарею при минусовой температуре. В зависимости от температуры требования к электролиту меняются.

При холодных погодных условиях важно сохранять плотность электролита, поэтому в это время нужно доливать именно его, а в летнее время – дистиллированную воду. Это касается обслуживаемых аккумуляторов.

Необслуживаемые батареи вынимаются из автомобиля и подключаются к зарядному устройству. Сам процесс происходит в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Важно выполнить несколько обязательных действий, которые являются подготовительными перед процессом подзарядки:

• прежде всего отсоединить аккумулятор, соблюдая осторожность;
• оставить в помещении с достаточной температурой, чтобы он нагрелся (в зимнее время) до требуемой по инструкции температуры;
• тщательно очистить электроды от окислов, образовавшихся в результате химической реакции;
• открутить пробки всех банок, чтобы исключить недопустимо высокого давления в корпусе;
• протереть от грязи весь корпус аккумулятора 10% раствором нашатырного спирта;
• проверить, требуется ли доливка дистиллированной воды;
• в случае необходимости – долить.

Все подготовительные операции завершены.

Правила техники безопасности

На всех этапах проведения зарядки — от подготовки до завершения работы — является обязательным соблюдение правил техники безопасности.

Это особенно важно для обслуживаемых АКБ, потому что это прежде всего связано с наличием серной кислоты, которая небезопасна, и в обращении с ней требуется дополнительная осторожность.

1. Если невозможно изъять АКБ из автомобиля, следует отсоединить ее от отрицательного полюса или от обоих полюсов сразу.
2. Чтобы избежать вытекания электролита, надо использовать для зарядки ровную устойчивую поверхность. Это требование не относится к необслуживаемым аккумуляторам, их положение может быть любым.
3. Чтобы не допустить скопления газов в помещении и возможного отравления ими, помещение должно быть хорошо проветриваемым.
4. Чтобы не произошло возгорание или взрыв, следует проводить работы удаленно от открытого огня или мест возможного искрения.
5. Чтобы исключить нежелательные последствия, запрещается проводить зарядку при отрицательной температуре и температуре выше 30 °С.

Методы зарядки

Известны следующие методы зарядки:

• постоянным током;
• постоянным напряжением;
• комбинированный.

Во время зарядки необходима корректировка этих значений.

Зарядка постоянным током

Этот способ проводится строго под контролем и включает несколько этапов:

• АКБ подключается к зарядному устройству (ЗУ);
• задается ток силой 1/10 от номинального;
• зарядка длится несколько часов, потом прибором измеряется выходное напряжение;
• процесс останавливается, если значение составляет 14 В;
• снижается сила тока до 3 А (если значение было выше, например, 6 А), иначе возможно закипание;
• сила тока снижается снова, теперь уже до значения 1,5 А при достижении другого важного параметра — 15 В;
• процесс зарядки прекращается только тогда, когда два главных параметра перестают меняться и остаются неизменными.

Это медленный способ зарядки, он требует значительно большего времени.

Зарядка постоянным напряжением

Этот способ значительно проще. Позволяет зарядить устройство до 80-90% приблизительно за 6 часов. Значение изначально установленного напряжения составляет 14 В. Процесс протекает намного быстрее, чем при первом способе.

Комбинированный

Практически объединяет первые два способа. Но он значительно дороже, потому что в этом случае используется очень дорогое ЗУ.

Зарядка в автоматическом режиме

Самый простой режим. Применяется только для необслуживаемых батарей. Используется ЗУ, которое может автоматически настраиваться на тот тип аккумулятора, подключенного к нему.

По окончании процесса зарядное устройство самостоятельно отключается.

Каким может быть результат зарядки

Продолжительность процесса составляет от 6 часов (простой способ зарядки) до 24 часов. При минимальном проценте тока это может затянуться и на несколько дней.

Состояние аккумулятора в таком режиме напоминает «отдых» (разряженный аккумулятор хранится на складе при низкой температуре). Это говорит о том, что он быстро придет в негодность, потому что идет сульфатация.

После отключения от ЗУ после успешной зарядки внешний вид аккумулятора ничем не отличается от только что купленного.

При визуальном осмотре не должно быть обнаружено никаких следов налета или выделения сероводорода. Если налет присутствует, он указывает на то, что зарядка проводилась неправильно.

Обязательно нужно проверить сопротивление, если его значение повышается, значит с АКБ что-то не так: или в ней происходит разряд, или она не была заряжена полностью. И то, и другое указывает на неисправность и непригодность батареи.

В случае отсутствия явных признаков неработоспособности источника питания, его нужно проверить «в деле»: установить в машину и попробовать ее не только завести, но и проехать на какое-то расстояние при всех включенных приборах.

Если нет сбоев, значит все прошло и завершилось успешно.

Действия после зарядки

После отключения от ЗУ необходимо тщательно протереть крышку, корпус влажной тряпкой и просушить.

Если после этого измеренное напряжения превышает нуль, это говорит о том, что пропускается ток, и крышку необходимо дополнительно промыть содовым раствором.

Источник

Как заряжать герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

При использовании герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы со временем тратят свой заряд, и его необходимо периодически восстанавливать. Аспекты этого процесса и будут рассмотрены в рамках статьи.

Что называют зарядкой

Заряжаем просто и безопасно

Быстрая зарядка свинцово-кислотных герметичных аккумуляторов

Нормой считается зарядка постоянным током при напряжении в 13,8. Больше этого не рекомендуется из-за возможных негативных последствий. Но если они вас не страшат, то можете повысить напряжение к 14,5 В (это для аккумуляторов на 12 В). В результате аккумулятор при 20% показателе зарядится за 6 часов. Применяется такой способ исключительно при работе в циклическом режиме.

Влияние температуры

Последствия при несоблюдении техники безопасности

Описанные выше способы нацелены на быструю и безопасную зарядку. При этом ставится задача максимального сохранения ресурса свинцово-кислотного аккумулятора путём минимизации факторов его старения. А теперь давайте осмотрим отклонения. Что будет, если использовать ток больший, чем максимально допустимый? Первоначально следует отметить, что герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы не смогут полностью зарядиться. Также из-за уменьшения эффективности механизма рекомбинации газов электролит будет терять воду. Поэтому даже разовой зарядки хватит, чтобы сократить ресурс работы.

А что будет, если уменьшить ток к 0,5 проценту от емкости? Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы зарядятся и в таком случае, но продолжаться данный процесс будет несколько недель. К тому же устройство будет находиться в состоянии, что эквивалентно разряженному. А это приводит к сульфатации и ускоренному старению. Конечно, одной зарядки с малым током недостаточно для серьезных повреждений, но ими лучше не пользоваться. Также необходимо следить и за конечным напряжением, чтобы не произошло недозаряда устройства и уменьшения его ресурса.

А почему свинцово-кислотные аккумуляторы имеют такой диапазон температур для зарядки? Дело в том, что при выходе из них прекращается работа механизма рекомбинации газов, и электролит теряет свою воду.

Всё ли хорошо было сделано

Чтобы получить хороший результат, необходимо соблюдать требуемые параметры в необходимых рамках. Главное место в этом вопросе должны занимать ток и напряжение (учитывайте температуру). Тогда герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы будут заряжаться успешно и смогут прослужить длительное время. Если же вокруг предохранительных клапанов есть электролит, белый налёт или пузырьки, то восстановление характеристик устройства было совершено неправильно. Для определения состояния можно использовать тестер. Восстановление герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов осуществляется с помощью специальных зарядных устройств (которым может потребоваться несколько суток) или дополнительных механических действий (как-то подлить электролит).

Источник

Аккумуляторы: каким напряжением заряжать и как это делать

Аккумуляторы: каким напряжением заряжать и как это делать

Главная страница » Аккумуляторы: каким напряжением заряжать и как это делать

Автономные источники питания – аккумуляторные батареи, видятся в современных технологиях неотъемлемым элементом практически любых проектов. Для автомобильной техники аккумуляторы тоже конструктивная часть, без которой немыслима полноценная эксплуатация транспорта. Всеобщая полезность аккумуляторов очевидна. Но технологически эти приборы всё-таки до конца не совершенны. Например, явное несовершенство отмечается частым зарядом аккумуляторов. Конечно же, здесь актуален вопрос, каким напряжением заряжать аккумулятор, чтобы сократить частоту подзарядки и сохранить все его рабочие свойства на длительный срок эксплуатации?

История появления подобных АКБ

Первым, кто создал и спроектировал реально рабочую свинцово-кислотную АКБ, был французский ученый – Гастон Планте. Этот человек был всерьез заинтересован в создании универсальных на тот момент аккумуляторных батарей, так как имел не только научный интерес, но и отчасти финансовый. Согласно историческим сводкам, Гастону Планте производители аккумуляторов, коих на тот момент было немного, предлагали немалые деньги за создание нового вида аккумулятора и удобной зарядки к нему.

В итоге, французскому учёному частично удалось достичь поставленной цели. Если быть точнее, Планте создал конструкцию АКБ с использованием свинцовых электродов и 10-% раствором серной кислоты. Несмотря на инновационность кислотного аккумулятора в те года, недостаток у него был существенный – необходимость прохождения огромного количества циклов «заряд-разряд» для зарядки батареи «на полную». К слову, количество данных циклов было настолько велико, что для полного вмещения в АКБ электроэнергии могло потребоваться несколько лет. Во многом это происходило из-за используемой в батареях конструкции свинцовых электродов и сепараторов, вследствие чего последующие несколько десятилетий умы «аккумуляторного дела» боролись именно с этим недочётом батарей.

Так, в период с 1880-1900 годов такие учёные как Фор и Фолькмар спроектировали чуть ли не идеальный среди всех типов конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов. Суть такой батареи заключалась в использовании не цельных пластин из свинца, а лишь его окисла, объединённого с сурьмой и нанесённого на специальные пластины. Позже, Селлон запатентовал наиболее удачный вид конструкции данной АКБ, внедрив в неё намазанную окислами свинца и сурьмы металлическую решётку, что в итоге:

• увеличило ёмкость аккумуляторов в несколько раз;
• усилило коммерческий интерес со стороны компаний к АКБ;
• и, в целом, совершило некоторый эволюционный скачок в аккумуляторном деле.

Отметим, что с начала 1890 года свинцово-кислотные батареи пошли в серийный выпуск и стали широко применяться повсеместно.

В 1970 годов произошла герметизация аккумуляторов, вследствие замены в них стандартных кислотных электролитов, на усовершенствованные газы и гели. В итоге, АКБ стала отчасти герметична. Однако полной герметизации добиться не удалось, так как, в любом случае, при зарядке и разрядке батареи образуются некоторые газы, которые важно выпускать из внутренностей аккумулятора для его же блага. Именно с тех пор герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы стали использоваться в огромнейших масштабах и практически не изменялись, за исключением незначительных усовершенствований электролитов и электродов, используемых в их конструкции.

Техника безопасности и меры предосторожности

Установить АКБ требуется на ровную поверхность перед зарядкой, чтобы не допустить утечки электролита. Необслуживаемые батареи можно заряжать в любом положении, потому что в них используется гелеобразный электролит.

Перед зарядкой требуется открыть все окна и двери в помещении, чтобы не допустить отравления парами, которые могут образовываться во время процесса. Содержать заряжаемый объект как можно дальше от огня и любых других искр, которые могут привести к взрыву или воспламенению объекта.

Если автовладелец не может снять АКБ с машины, то рекомендуется отключить минус или лучше оба провода.

Внимание! Запрещено заряжать батарею на холоде, в помещении, где температура выше 30 градусов.

Как обслуживать свинцово-кислотный аккумулятор

По статистике 80% неполадок аккумулятора заключается в его сульфатации, появившейся из-за отсутствия технического обслуживания. Как проверить аккумулятор читайте здесь.

Чтобы предотвратить этот процесс, достаточно регулярно выполнять три процедуры:

• контролировать уровень дистиллированной воды;
• поддерживать чистоту;
• выравнивать заряд.

Как восстановить аккумулятор и убрать потерю емкости, читайте тут.

В процессе работы часть электролита испаряется, концентрация серной кислоты увеличивается, а уровень жидкости в банке понижается, что становится причиной контакта железных пластин с воздухом. Во избежание повреждения ячеек электродов нужно следить за количеством электролита и при необходимости добавлять в банку батареи дистиллированную воду.

СПРАВКА: доливать жидкость необходимо после полной зарядки АКБ.

Пользователи знают, насколько важна чистота АКБ: наличие грязи, пыли, подтёков кислоты может поспособствовать возникновению тока утечки, и аккумулятор разрядится и разбалансируется. Поэтому необходимо регулярно проводить чистку батареи, например, при помощи пароочистителя.

Чем чаще используется источник тока, тем больше ёмкость его ячеек будет отличаться друг от друга, что обязательно приведёт к проблемам в режиме зарядки. Чтобы урегулировать ситуацию, специалисты советуют пользоваться выравнивающим зарядным устройством, которое подаёт слабый ток и увеличивает время процесса на несколько часов, однако позволяет заряду распределиться равномерно и до 100% пополнить энергию.

Стандартное время зарядки пустой батареи составляет 10-12 часов. При этом крайне важно выставлять ток значением до 10% от ёмкости батареи. Обычно схема питания АКБ состоит из двух этапов: на первом аккумулятор заряжается постоянным током, на второй – постоянным напряжением.

Чтобы осуществить проверку работоспособности, существует множество способов, как традиционных, так и современных. К последним относится контроль системы при помощи электронных тестеров, которые показывают более правильные результаты, но могут оказаться дорогостоящими. Конечно, без подобного оборудования не обойтись при проверке современных герметичных аккумуляторов. Но для более традиционных устройств подойдут простые методы, проверенные временем.

1. Контроль плотности жидкости. При помощи ареометра нужно зарегистрировать значение плотности и сравнить с эталонными показателями. Для обеспечения нормальной работы параметр должен быть не ниже 1,23 г/см 3 , но не выше 1,4 г/см 3 .
2. Контроль уровня электролита. Жидкость должна полностью покрывать свинцовые пластины и возвышаться на 1-1,5 см.
3. Контроль с помощью нагрузочной вилки. Данное устройство измеряет напряжение АКБ под действием силы тока в десятки и сотни ампер. Такой метод весьма качественен для определения работоспособности батареи, однако, в случае частого использования нагрузочной вилки существует вероятность износа аккумулятора.

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	-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.
Вернуться к содержанию

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).

Электролитом чаще всего является 20%-й водный раствор едкого калия (КОН). Для увеличения срока службы в него является небольшое количество моногидрата лития (LiOH).

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.

Поиски новых материалов для положительного электрода ведутся постоянно и периодически выпускаются новые модели с усовершенствованными характеристиками.

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

Принцип действия

Принцип работы свинцово кислотного аккумулятора следующий:

1. Реагент отрицательной решетки постепенно распадается под действием электролита, образуя ионы свинца. В результате этого распада появляются свободные электроны, которые затем попадают на положительную решетку электрода (через внешнюю цепь);
2. Ионы свинца взаимодействуют с электролитом, образуя сульфат свинца. Из-за низкой растворимости он оседает на отрицательной решетке.
3. В результате обычный свинец на отрицательной пластине превращается в сернокислый.
4. Положительный электрод меньше взаимодействует с электролитом, чем отрицательный. Его основная составляющая – Pb02 реагирует с водой и делится на положительные и отрицательные ионы.
5. Положительные передают на пластину соответствующий потенциал, где происходит их слияние с электронами. В ходе реакции восстановления образуется Pb2+, который далее реагирует с электролитом.
6. Образовавшийся в результате сернокислый свинец скапливается на положительной решетке, образуя в последствии на ее поверхности свинцовый сульфат.

Батарея получает электроэнергию следующим образом:

1. Возле обеих пластин в электролите содержится некоторое количество воды (H+, OH–) и сульфата свинца (Pb2+, SO2/4)
2. В процессе зарядки электроны движутся с внешнего источника питания от положительного контакта батареи к отрицательному.
3. Поступившие электроны восстанавливают свинец отрицательной пластины.
4. Оставшиеся после восстановления свинца ионы и содержащийся в электролите H+ соединяются в H2SO
5. На плюсовой пластине приходящий ток выбивает 2 электрона у 2-х валентного свинца, окисляя его до 4-х валентного.
6. В результате последующих взаимодействий Pb4+ объединяется с ионами кислорода, восстанавливая материал плюсовой решетки.
7. Оставшиеся ионы, реагируя между собой, компенсируют плотность электролита.

Определяем тип и режим работы аккумулятора

Среди обслуживаемых SLA числятся, преимущественно, классические автомобильные аккумуляторы. Основная масса свинцово-кислотных источников тока, используемых в мото транспорте, лодках, катерах, Станциях без перебойного питания и т.д. принадлежит к герметичным, необслуживаемым, буферным и гелевым.

Разновидности и особенности свинцовых АКБ

На практике сейчас можно встретить самые разные батареи. Это позволяет решать самые разные задачи по энергообеспечению самых разных устройств. Разберем наиболее популярные виды аккумуляторов.

Lead-Acid. Требуют обслуживания. Считаются классическими автомобильными стартерными батареями. Сюда входят сурьмянистые, малосурьмянистые, гибридные и кислотно-кальциевые аккумуляторы. Обычно используют для двигателей внутреннего сгорания, но это не единственный вариант использования. Бывают варианты на 6v и 12v. Основной недостаток – высокий уровень саморазряда.

AGM VRLA. Современные необслуживаемые батареи. Могут иметь вольтаж – 2v, 4v, 6v и 12v. Основная отличительная особенность – сепараторы выполнены из стекловолокна. Также обычно используется абсорбированный электролит. Это позволяет увеличить срок эксплуатации АКБ в полтора раза. Использование технологии сепараторов из стекловолокна сделало возможным увеличивать зарядный ток, что ускоряет зарядку. Обычно AGM батареи допускается заряжать током в 25-30% от емкости. Разработано несколько разновидностей, подходящих для разных буферных и циклических режимов.

VRLA. Необслуживаемые АКБ с герметичным корпусом (необслуживаемые кальциевые и EFB). Могут иметь вольтаж – 2V, 4V, 6V и 12V. Предназначены для эксплуатации в буферном режиме. Не требуют дополнительной вентиляции при использовании в помещениях.

GEL VLRA. Одна из самых современных модификаций. Тут применяется геле образный электролит. Однообразная консистенция, позволяет добиваться наиболее эффективного контакта электролита с электродом, что увеличивает емкость. Также гель позволяет продлить срок службы батареи. Является необслуживаемой батареей. Требует периодической зарядки, для продления срока эксплуатации нужно использовать только высокоточное зарядное устройство, оно должно обеспечивать точный уровень силы тока. Существует несколько разновидностей, отличающихся особенностями электродов. Обозначение каждого из них позволяет определить возможность использования АКБ в определенных условиях. Есть батареи 2v, 4v, 6v, 12v, 24v, 36v и 48v.

OPzV . Это необслуживаемые АКБ 2V. Имеют трубчатые пластины электродов. Отличаются устойчивостью к глубокому разряду и продолжительностью службы до 22 лет.

Технология скоростной зарядки↑

Существует быстрый способ зарядки аккумулятора, в рамках которого можно за 6 часов добиться полного восстановления заряда. Это актуально для батарей, использующихся в циклическом режиме, в том числе, на электровелосипедах и прочей технике.

Данная технология предполагает, 2 этапа:

• сначала нужно заряжать изделие постоянным током, пока напряжение не достигнет 14,5 (плюс-минус 0,2) вольта (параметры указаны для батарей, чье номинальное напряжение равно 12 В);
• затем нужно отсоединить зарядное или перевести его в режим функционирования, когда поддерживается напряжение 13,8 (плюс-минус 0,15) вольт.

Как заряжать аккумулятор?

Итак, давайте разберемся, что представляет из себя правильный заряд аккумуляторной батареи. Для начала хотим обратить внимание на одно общее правило, касающееся ВСЕХ БЕЗ ИСКЛЮЧЕНИЯ видов аккумуляторов, известных науке: чем меньше раз разряжается аккумулятор и чем менее глубоким является каждый отдельно взятый его разряд, тем большим будет срок его службы. Все мифы о том, что аккумулятор (какой бы он ни был!), нужно каждый раз полностью разряжать, а затем полностью заряжать, и только так он прослужит максимально долго, а также утверждения «знатоков», что, мол, надо обязательно периодически разряжать аккумулятор, иначе он испортится – полная чушь ! Если Вам предлагают купить аккумулятор и при этом рассказывают подобные «истории» – держитесь от таких продавцов и их продукции подальше. Для низкокачественных батарей, производимых из «грязного» вторсырья, отсутствие периодической «встряски» в виде разряда-заряда может действительно быть причиной быстрого выхода из строя (из-за того, что пластины данных АКБ чрезмерно загрязнены, и без «встрясок» данная «грязь» быстро обволакивает поверхность пластин и мешает нормальному прохождению процесса электролиза). Но для качественных аккумуляторов наиболее излюбленным является именно режим постоянного (буферного) подзаряда, при котором практически отсутствуют разряды, а сама АКБ постоянно пребывает под правильным напряжением.

Здесь надо учитывать также эффект памяти некоторых аккумуляторных батарей — в настоящий момент под эффектом памяти понимается обратимая потеря ёмкости, имеющая место в некоторых типах электрических аккумуляторов при нарушении рекомендованного режима зарядки, в частности, при подзарядке не полностью разрядившегося аккумулятора. Название связано с внешним проявлением эффекта: аккумулятор как будто «помнит», что в предыдущие циклы работы его ёмкость не была использована полностью, и при разряде отдаёт ток только до «запомненной границы». Никель-металл-гидридный (Ni-MH), Никель-кадмиевый (NiCd), Серебряно-цинковый аккумулятор.

Переходим ближе к делу. Чтобы правильно заряжать аккумулятор нужно понимать, в каком режиме он у Вас эксплуатируется.

Что такое буферный режим работы

Самый яркий пример буферного режима работы аккумулятора – ИБП (источник бесперебойного питания, он же UPS). В ИБП аккумуляторная батарея находится на постоянной подзарядке и отдает энергию лишь тогда, когда пропадает электричество в сети, а как только оно появляется, аккумулятор тут же подзаряжается. Это самый щадящий режим работы и именно в буферном режиме, как мы уже говорили, аккумуляторы служат дольше всего (например, наши батареи EverExceed серии ST, производимые по технологии AGM нового поколения, имеют срок службы в буферном режиме при Т=20 о С – 12 лет).

Что такое циклический режим работы

Пример циклического режима использования АКБ – поломоечная машина, детский электромобиль в парке аттракционов, либо же система автономного электропитания с использованием альтернативных источников энергии (солнечных батарей, ветряков и т.д.). Аккумуляторы в этих приложениях разряжают-заряжают как минимум 1 раз в сутки. Такой режим является наиболее суровым, и срок службы АКБ тут уже исчисляется не годами, а количеством циклов разряд-заряда (ну и их глубины, естественно). Упомянутые ранее аккумуляторы EverExceed серии ST могут обеспечить до 600 циклов глубокого 100% разряда (обычные же AGM-аккумуляторы – не более 280). Всегда очень удивляет, когда в приложениях с явно циклическим характером работы (те же системы электропитания на солнечных батареях, либо мобильные кофемашины) некоторые «умельцы» предлагают использование стартерных автомобильных аккумуляторов (аргумент – их дешевизна!). Уведомляем всех, кто столкнулся с подобным предложением : стартерные АКБ имеют тонкие пластины, они рассчитаны лишь на запуск двигателя и дальнейшую подзарядку от генератора, в циклическом же режиме с глубокими разрядами они не прослужат и пары месяцев – их пластины «посыпятся» и на этом эксперемент с «дешевым аналогом» будет завершен.

Как правильно заряжать аккумулятор в буферном режиме:

Всем известно, что номинальное напряжение одного элемента в свинцово-кислотных АКБ = 2 Вольта (отметим, что на практике оно обычно никогда не равняется строго 2 В, но для простоты применяется именно такое число). В быту наиболее часто используются аккумуляторные батареи напряжением 6 Вольт (3 элемента) и 12 Вольт (6 элементов).

В буферном режиме напряжение заряда следует выставить на уровне 2,27 – 2,30 Вольт на элемент (то есть для 12-вольтового аккумулятора это 13,6 – 13,8 В, а для 6-вольтового – 6,8 – 6,9 В). Это подходит как для AGM, так и для гелевых батарей.

Ток заряда должен быть ограничен в величину, равную 30% от номинальной 10-часовой емкости аккумулятора, выраженную в Амперах (для гелевых аккумуляторов – 20%). Например, для батареи с емкостью С­₁₀=100 Ач ограничение тока заряда должно составлять 30 А (для гелевых АКБ – 20 А).

Как правильно заряжать аккумулятор в циклическом режиме:

Напряжение заряда:

2,4 – 2,45 В/эл. (14,4 – 14,7 В на 12-вольтовую батарею или 7,2 – 7,35 В на 6-вольтовую) – для AGM-аккумуляторов;

2,35 В/эл (14,1 В на 12-вольтовую батарею или 7,05 В на 6-вольтовую) – для гелевых аккумуляторов.

Ток заряда:

20% от С₁₀ (для батареи емкостью 100 Ач – это 20 А).

Сколько должен длиться заряд батареи

Продолжительность заряда зависит от изначальной заряженности (разряженности) батареи. Поначалу идет быстрый заряд (бустерный), но по мере насыщения потребляемый ток снижается, доходя до минимума при достижении полной заряженности АКБ. Критерий полной заряженности – падение тока, который принимает аккумулятор, до 2 – 3 мА на каждый Ач емкости батареи (при буферном заряде). Например, для той же С­₁₀=100 Ач батареи падение тока зарядки до 200 – 300 мА будет означать, что батарея почти полностью заряжена. Чтобы довести уровень заряда АКБ до 100%, следует продолжать зарядку таким милли-током еще около 1 часа. Обычно, полностью разряженная батарея заряжается за 10 часов в циклическом режиме или за 30-48 часов в буферном.

Следует учесть, что для полной зарядки аккумуляторной батареи ей следует сообщить примерно на 20% энергии больше, чем следует из понятия “номинальная емкость”. Это, как говорится, законы природы, и они едины для всех свинцово-кислотных да и других батарей, независимо от вида и производителя. Образно говоря, если батарею не «перенасытить», в ней не завершатся должные электрохимические процессы и дальнейшая отдача будет меньше.

Производить зарядку аккумуляторных батарей желательно при температуре окружающей среды 20 – 25 о С.

При меньшей температуре заряжать необходимо более длительное время. Зарядка аккумулятора при температуре менее 0 о С становится крайне нежелательной (ибо почти безрезультатна). Желательно также наличие функции термокомпенсации (изменения напряжения заряда в зависимости от температуры окружающей среды) на Вашем зарядном устройстве.

Источник