Со временем тратят свой заряд, и его необходимо периодически восстанавливать. Аспекты этого процесса и будут рассмотрены в рамках статьи.
Так называют процесс, который является обратным разрядке. Во время зарядки свинцово-кислотных герметичных аккумуляторов они запасаются энергией, питаясь при этом от внешнего источника тока. В конечном результате накапливается заряд, что равен емкости. А как выглядят зарядные устройства для герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов? Они представляют собой преобразователь энергии и два вывода, каждый из которых подключается к Герметичный необслуживаемый свинцово-кислотный аккумулятор при подключении в сеть начнёт процесс восстановления и превращения электрической энергии (подаваемой из сети) в химическую. Чтобы в последующем, как только возникнет необходимость, он мог проводить обратный процесс и обеспечивать энергоснабжение различных устройств и приборов.
Для этого необходимо воспользоваться методом «ток-напряжение». В чем он заключается? Первоначально аккумулятор заряжается постоянным током. Когда необходимые показатели достигаются, начинает идти поддержка постоянного напряжения. Чтобы узнать начальный ток зарядки, обычно достаточно внимательно осмотреть корпус - там указывается данный параметр. Обычно эта величина составляет до 0,3 Чтобы было более понятно, представим, что у нас есть устройство с параметром в 100 А/час. Тогда ток заряда не должен превышать 30А. Но это безопасный максимум, многие производители в своих зарядных устройствах используют правило десяти процентов. Это позволяет заряжать аккумуляторы без наименьшей боязни сделать что-то не так и вывести его из строя. А сколько же нужно заряжать? Если начальный ток равен 20% емкости, то резерв аккумулятора будет восстановлен на 90% примерно за 5-6 часов. На оставшиеся 10% понадобится примерно сутки. Вот такие особенности своего функционирования имеет зарядное для герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов. Можно ли как-то ускорить этот процесс? Да, и мы сейчас рассмотрим, как.
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.
Всё, что было написано выше, относится только к случаю, когда температура составляет 20 градусов Цельсия. При других показателях необходимо вводить компенсацию зарядного напряжения. Заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы можно в диапазоне от -15 до 40 градусов. Чем большая температура, тем меньшим должно быть напряжение для избегания перезарядки. В противоположном случае данный показатель, наоборот, следует увеличить, чтобы избежать недозарядки. Герметичный необслуживаемый свинцово-кислотный аккумулятор из-за этого желательно заряжать именно в условиях 20 градусов Цельсия плюс-минус несколько. Конечно, можно и высчитывать каждый раз, но это не всегда удобно. В качестве идеального места по температурному параметру часто выбирают свои жилища, но тогда необходимо позаботиться о качественном проветривании места зарядки как во время этого процесса, так и через несколько часов после его окончания.
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.
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 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).
Как видите, процесс зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов нельзя назвать сложным. При соблюдении техники безопасности непросто будет получить что-то не то. Но напоследок хочется порекомендовать заряжать их в отдельных помещениях, а если устройства восстанавливают в условиях жилого дома, то необходимо позаботиться о качественном проветривании во время процесса, а также нескольких часов после него. Эти меры безопасности необходимы из-за того, что, пускай и в микроскопических дозах, но свинец может попадать в воздух, а через него и в организм, откуда он очень медленно выводится и постоянно оказывает отравляющее воздействие.
Как и любой аккумулятор, со временем свинцово-кислотная АКБ выходит из строя. Однако, при определённых условиях ее возможно вернуть к “жизни”. Делается это в несколько этапов.
Прежде чем освещать тонкости восстановления нерабочих аккумуляторов, кратко пройдемся по общим положениям – устройство и параметры этого вида элементов питания.
Построение свинцово-кислотной АКБ различного предназначения и разных производителей имеет приблизительно следующий вид:
Аккумулятор, по сути, ёмкость с раствором кислоты, в которую погружены свинцовые электроды. При подаче на электроды нагрузки начинает происходить химический процесс – окисление свинца. На аноде происходит восстановление, а на катоде – окисление. При разряде роли анода и катода меняются.
Состояние АКБ определяет ее заряженность. Она зависит от многих факторов. Точно определить её можно только с помощью специальных приборов, отслеживающих как заряд, так и разряд батареи за несколько циклов. Также заряженность устройства можно определить менее точно путем проверки напряжения на контактных клеммах АКБ, что делается обычным цифровым вольтметром.
Нормальным напряжением считается 12,5-12,7 В. Также подходит способ измерения заряженности батареи путем измерения плотности электролита. Такая процедура осуществляется ареометром.
Напряжение является параметром, по которому происходит формирование характеристики о состоянии и степени заряженности. Оно измеряется на клеммах вольтметром. Важно чтобы перед проверкой напряжения, не имелось зарядных или разрядных токов в течение нескольких часов иначе показания вольтметра ничего не скажут о состоянии АКБ.
Плохой новостью для полярников могло бы стать то, что характеристики аккумулятора при низких температурах стремятся к деградации. Однако хорошая новость заключается в том, что у свинцово-кислотных аккумуляторов, это ухудшение не так значительно, по сравнению с АКБ других типов.
Для примерной оценки можно рассчитать насколько ухудшаться параметры при той или иной температуре окружающей среды. Первая засечка отсчета начинается на уровне +20 градусов. Далее при падении температуры на 1 градус, емкость аккумулятора снижается на 1%.
Нетрудно подсчитать, что зимой, при 30 градусном морозе, аккумулятор может потерять до половины своей емкости.
Самым плохим в этой ситуации является то, что после мороза АКБ повреждается. Пластины получают необратимые изменения из-за повышения вязкости раствора и образования в нем замерзших областей.
Какие выводы можно сделать из этого факта? Хранить батарею на морозе – опасно!
В первую очередь осуществляется очистка емкости АКБ от разного мусора, накопившегося на дне, так как мусор часто является непосредственной причиной замыкания. Электролит удаляется, а ёмкость батареи тщательно промывается. Удобно использовать узкий измеритель плотности – он способен всасывать оставшиеся крошки.
После очистки от мусора можно приступать ко второму этапу. При формировании явного налета соли на пластинах, понадобится специальная десульфатирующая присадка. С её помощью убрать налет или нормализовать работу пластин не составит труда. Важно помнить, что разные присадки используются по-разному, поэтому нужно пользоваться инструкцией.
Завершающим шагом является так называемая «раскачка батареи». Для этого применяется ЗУ, способное выдавать ток на уровне 0,1 А или меньше. В продаже есть много моделей, имеющих режим восстанавливающий батарею. Итак, требуется подключить устройство к аккумулятору и выбрать ток 0,1 А. При этом нужно наблюдать за реакцией — если электролит пузырится, то понижаем значение тока. Напряжение на уровне 14 В.
Восстановление свинцовых аккумуляторов включает следующие этапы (резюмируя вышесказанное):
Для качественной эксплуатации важно понимать причины, по которым элемент питания теряет свои качества. Для этого переходим к следующему разделу стати.
Со временем на электродах формируются кристаллики сульфата свинца (так называемая сульфатация электродов). Такое явление возникает при продолжительных разрядах, снижении уровня электролита, при наличии быстрого саморазряда. Так признаками сульфатации электродов являются:
При сульфатации электродов АКБ быстро разряжается из-за снижения емкости. Происходит сильное падение напряжения даже при включении стартера. Но в большинстве случаев сульфатированые электроды можно восстанавливать.
С целью восстановления емкости электродов используются способы:
На самом деле процесса кипения при зарядке следует избегать. При подключении нагрузки серная кислота восстанавливается, плотность электролита нарастает и при длительной зарядке начинает доминировать электролиз воды. Кислород и водород в виде газа начинают покидать раствор, что внешне напоминает кипение. Вода при этом испаряется, жидкость увеличивает свою плотность и есть большая вероятность воспламенения водорода. Поэтому данное явление следует держать под контролем, воду – своевременно доливать, кипячение – останавливать.
Не всем автовладельцам известно, что новый аккумулятор также нуждается в подзарядке. Для нового устройства используются стандартные ЗУ.
Перед самим процессом устройство заливается раствором кислоты и оставляется для осуществления пропитки на 3-4 часа. Дальше снимаются пробки с банок. Подсоединяются клеммы ЗУ к аккумулятору, и устройство включается. Заряжать новую батарею требуется малым током. Лучше это делать, поставив на регуляторе минимальное значение. Процесс длится около 2-3 часов, не дольше. По завершению процесса, надо проверить плотность электролита. Делается это ареометром.
Также стоит отметить, что при зарядке аккумулятора импульсным током существенно уменьшается его ресурс. Поэтому не рекомендуется использовать его, особенно для новых батарей.
При использовании на автотранспорте происходит неизбежное протекание жидкости. Из под пробок просачивается небольшие лужицы, которые соединяясь создают электрический мост приводящий к саморазряду. Для того, чтобы этого избежать следует периодически протирать корпус особой жидкостью. Главный эффект должен быть в купировании возможности вытекшего электролита проводить ток, для этого и подбирают состав жидкости для протирания. Обычно это является раствор соды или густая смесь воды и хозяйственного мыла.
В жаркую погоду жидкость испаряется, плотность жидкости увеличивается и ёмкость АКБ падает. Поэтому следует своевременно доливать дистиллированную воду, для устранения этого эффекта.
Both comments and trackbacks are currently closed.
Тема импульсного заряда свинцовых аккумуляторов (СА) и состоящих из них кислотных батарей (АКБ) в последние годы набирает актуальность. В продаже появляются инновационные зарядные устройства, публикуются статьи, на специализированных форумах идёт активная исследовательская работа с жаркими спорами на сотни страниц.
На протяжении десятилетий исследователи изучали эти процессы и вырабатывали способы взаимодействия с ними, при помощи имевшегося в их распоряжении оборудования. Фиксировались осциллограммы, графики самописцев, таблицы результатов измерений, разрабатывались и испытывались экспериментальные установки, и вывод чаще всего был один: СА - предмет сложный для понимания и эксплуатации, многие теоретические и практические вопросы остаются открытыми.
Итак, сегодня самое время вернуться к старому доброму изобретению Гастона Планте, вот уже много десятилетий несущему верную службу во множестве отраслей бытовой и профессиональной жизни, - свинцовому аккумулятору, - на предмет поиска более адекватных методов его эксплуатации с их реализацией на современной элементной базе.
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 = PbSO 4 + PbSO 4 + H 2 O
Реакция разряда происходит слева направо, заряда - справа налево. Активная масса (АМ) заряженной плюсовой (положительной) пластины, - ПАМ, - образована оксидом свинца, минусовой (отрицательной), - ОАМ, - губчатым свинцом. Как видим, и ПАМ, и ОАМ при разряде преобразуются в сульфат свинца, при образовании которого расходуется серная кислота и образуется вода.
Концентрация серной кислоты, а соответственно, плотность электролита, снижается при разряде и повышается при заряде. Это азбука свинцовых аккумуляторов. Но далее мы увидим, что одних букв азбуки недостаточно, их ещё надо связать в слова, предложения и текст, годный в качестве руководства к действию.
Упрощённые химические формулы носят статистический характер и не учитывают множества последовательных и параллельных переходных процессов, а также модификаций участвующих в них веществ, потому должны рассматриваться лишь как вводные данные, и ни в коем случае не как исчерпывающие и закрывающие вопрос ответы.
Упрощённо, напряжение (вольты), помноженное на ток (амперы), даёт мощность (вольт*амперы, ватты), ток на время - заряд (кулоны или ампер*часы, по 3600 кулон каждый), мощность на время или заряд на напряжение - энергию (джоули или ватт*часы, также равные 3.6 килоджоуля, т.к. в часе 60 минут по 60 секунд).
Найти общий язык с заклятым другом АКБ сульфатом представляется возможность двумя известными способами. Во-первых, снять его с активной массы возможно путём перенапряжения, или даже электрического пробоя. Последним занимаются энтузиасты экстремальной десульфатации, и эта тема, как и сомнительные, по мнению многих коллег, способы грубого разрушения сульфатной корки сверхтоками, а также химической промывки, выходят за рамки нашей беседы.
Итак, желательно заряжать СА таким образом, чтобы способствовать преимущественному формированию бета-оксида свинца, с более развитой поверхностью и отсутствием склонности обрастать плотным слоем сульфата. А способствует этому более высокая плотность зарядного тока.
Отметим: зарядные устройства, значительно снижающие ток к концу заряда, (а таковых большинство), и тем более «подзарядники», компенсирующие саморазряд малым током, формируют альфа-оксид, снижая эксплуатационные характеристики батареи.
Если разность потенциалов между пластинами достигнет так называемого водородного перенапряжения, в банке, т.е. ячейке АКБ, начнётся процесс электролиза воды, её разложения на кислород и водород. Этот нехитрый и почти экологически чистый процесс для СА, мягко говоря, вреден крайне и многогранно. Рассмотрим, почему.
Во-первых, это потеря воды, которую в обслуживаемые наливные аккумуляторы приходится доливать, а в так называемые необслуживаемые (maintenance free, MF), особенно гелевые (с загущённым электролитом) и AGM (с абсорбирующими сепараторами из стекловолокна) это сделать несколько проблематично.
Разработчики СА прилагают немало усилий для рекомбинации кислорода и водорода обратно в воду и её возвращения в электролит. Эта функция возложена на структуры в виде клапанов в герметичных, точнее, герметизированных клапанами VRLA, загущение электролита силикагелем в GEL батареях, впитывающие стекломаты AGM, а также специальные пробки-рекуператоры, характерные для стационарных решений. Способность возвращать воду у всех этих решений, кроме, пожалуй, громоздких и недешёвых спецпробок, сильно ограничена, и избыточное давление газов, если оно образовалось, просто стравливается в атмосферу.
Во-вторых, что это за газы? Кислород, в присутствии серной кислоты агрессивно и с выделением теплоты разъедающий свинец, причём не только отрицательных пластин, но и несущих и токоведущих элементов конструкции, и водород, экологичный, но в смеси с кислородом воздуха крайне пожаровзрывоопасный. А при потере воды, к пластинам открывается доступ ещё и атмосферного кислорода.
Если газовыделение из АКБ идёт полным ходом, («кипение» электролита), экологичным данный процесс уже не назвать, так как происходит разбрызгивание и распыление капель серной кислоты, да не чистой, а с пылинками шлама, содержащими, как легко догадаться, соединения свинца, сурьмы и других материалов, употребляемых в качестве присадок при производстве СА.
Критерии долговечности, экономичности и экологичности при этом страдали, зато аккумуляторы отрабатывали нормированные для них по тем временам характеристики, будучи заряжаемыми и обслуживаемыми простыми средствами. Трансформатор с диодами, хорошо, если есть амперметр и реостат или переключатель обмоток, ареометр с грушей, трубка-уровнемер, воронка да две бутыли, с раствором кислоты и дистиллированной водой, - вот и весь дедовский инструментарий. Вольтметр, нагрузочная вилка - уже роскошь. А в аккумуляторных мастерских батареи разбирали, из исправных пластин сваривали блоки, и собирали вновь.
Согласно уже знакомому нам упрощённому уравнению Гладстона и Трайба, по концентрации кислоты, т.е. плотности электролита, можно судить о степени заряженности аккумулятора. Но это не исчерпывающий критерий, ведь потери и доливки воды и кислоты точно так же влияют на плотность, как и процессы заряда-разряда.
Существует формула, связывающая напряжение разомкнутой цепи (НРЦ), оно же электродвижущая сила (ЭДС) без нагрузки, с соотношением количества кислоты и воды в электролите, а также температурой. Формула эта тоже упрощённая, так как не учитывает других свойств СА, части которых мы коснёмся ниже. И приводить её здесь не будем, она есть в книгах, а нашу беседу только перегрузит.
Чем выше концентрация кислоты, а следовательно, ЭДС, тем большую полезную работу способен произвести каждый кулон и ватт-час, отдаваемый батареей, то есть, растёт энергоёмкость. Также, избыток кислоты в электролите повышает его стойкость к замерзанию, потому в автомобилях на зиму принято устанавливать повышенные плотность электролита и напряжение заряда.
При понижении температуры полезная ёмкость АКБ снижается, при повышении - растёт. Это учитывается при зимних пусках двигателя и серьёзно ограничивает эксплуатацию транспортных средств со свинцовыми тяговыми батареями в холодное время года, ведь в автомобиле с ДВС, как только он заведён, начинает работать генератор, компенсируя разряд, а тяговой АКБ придётся отдавать ток на протяжении всего пути.
К буферному можно отнести и стартерный режим, когда за кратковременным неглубоким разрядом высоким током следует заряд в течение всей поездки автомобиля или мотоцикла. Близок к стартерному режим 15-минутного разряда резервных аккумуляторов компактных источников бесперебойного питания, служащих для безопасного завершения работы с сохранением данных, в отличие от тягового режима АКБ в мощных фонарях и ИБП для поддержания автоматики, связи, медицинского оборудования и др. в течение нескольких часов.
Характерный отличительный признак АКБ, специально предназначенных для 15-минутного разряда, - обозначение мощности в ваттах, отдаваемой одной банкой в этом режиме, маркировкой на корпусе и даже в артикуле батареи. Например, HR12-34W означает, что маленькая батарея «7-амперного» форм-фактора способна отдавать 6*34 = 204 ватта в течение четверти часа! На первый взгляд, это «всего-навсего» 4,25 ампер*часа, но знающих разрядные кривые СА и их природу такая характеристика порадует основательно, и весьма.
Накопители энергии в ветряной, и особенно солнечной энергетике, работают в тяговом, циклическом режиме. Когда энергия поступает, надо её по максимуму усвоить, чтобы затем отдавать, пока солнечные батареи и ветрогенераторы не дают ток. Габариты и масса стационарных накопителей, в отличие от транспортных, не критичны, потому стараются обеспечить по возможности избыточную их ёмкость и неглубокие циклы. Ведь чем глубже разряд, тем выше износ АКБ.
Дело в том, что повышенная химическая активность кислоты в избыточной концентрации действует на активную массу, несущие и токоведущие части СА разрушительно. Способствует этому и высокая температура. Повышаются саморазряд, сульфатация, коррозия, могущие происходить с выделением тепла и газов.
Тот же самый эффект случается при избыточных напряжении, токе, мощности, энергии зарядного воздействия. Все те лишние кулоны, киловатт-часы и рубли на оплату последних, что не усваиваются активной массой, идут на электролиз воды, нагрев и разрушение батареи, причём в любом случае, хотя и с разной скоростью.
Маленький ток «подзарядника» будет подтачивать вашу АКБ исподтишка, вы даже не заметите нагрева и газовыделения, настолько слабого, что с ним, возможно, справится штатная рекомбинация. Но формовка активной массы из свинца тоководов и несущих конструкций происходить будет. И в результате, - нет, полезная ёмкость не возрастёт, зато рассыпется внутренняя структура.
Снимали когда-нибудь крышки и колпачки клапанов с отказавшей АКБ компьютерного ИБП? Видели, во что превратились токоведущие шины? Это оно самое.
Да, значит. Но опять упрощённо. Данные о термокомпенсированных параметрах заряда производители размещают в справочных листках и на корпусах АКБ. Их соблюдение в эксплуатационных контроллерах значительно улучшает практику применения СА, но не является идеалом. Можно, и нужно совершенствоваться дальше.
Заряженная ПАМ образована оксидом свинца, ОАМ - свинцом. При разряде та и другая превращаются в диэлектрический и труднорастворимый сульфат свинца с затратой серной кислоты и образованием воды, при заряде - наоборот, с затратой воды и образованием кислоты. Свинец электродов, его оксид и сульфат не переходят в раствор, (по упрощённой теории; на самом деле образуют ионы, которые должны тут же осаждаться в АМ), зато из раствора берутся, и возвращаются ему ионы, а именно гидросульфат-ион и протон (ядро атома водорода).
И вот здесь начинается самое интересное. Ионы для токообразующих реакций должны поступать из электролита в активную массу, активность которой, как помним, обеспечивается структурой с развитой поверхностью, т.е. губкой. AGM-сепаратор - ещё одна впитывающая губка, служащая многим целям, в частности, повышению рекомбинации воды, а гель - вязкая субстанция, перемещения вещества в которой затруднены.
Итак, мы имеем смачивание и капиллярный эффект, как минимум, в двух губках АМ, к которому может добавляться влияние сепаратора и геля. В результате, движения вещества в банке аккумулятора замедлены, и для осуществления заряда и разряда, особенно глубинных слоёв АМ, требуется время, причём разное, зависящее от текущего состояния активной массы и электролита.
И это состояние отнюдь не исчерпывается НРЦ, плотностью и температурой! При работе СА электролит расслаивается, различные ионы движутся в электрическом поле с разной скоростью (электроосмос), встречают преграды структуры, а серная кислота ещё и тяжелее воды, за счёт чего стремится под действием силы тяжести опуститься вниз, вытеснив воду вверх!!! В случае геля и AGM этому мешает структура, а вот наливные АКБ страдают гравитационным градиентом плотности электролита в полной мере.
Нет, НРЦ, (хоть даже с таблицей замеров ЭДС под разными нагрузками), температура, (которая тоже очень даже бывает неравномерной в массивной неоднородной АКБ), и плотность электролита, хоть «средняя по больнице», хоть измеренная сверху банки или у дна, или обе разом, в статической совокупности не дают исчерпывающих данных о кинетике, динамике химических реакций в банке СА и всей батарее.
Они пригодятся для оценки состояния аккумулятора и принятия решения о его дальнейшем обслуживании, но оптимальных значений тока и напряжения, чтобы выставить на регуляторах зарядного устройства, не дадут. Потому что эти значения меняются в ходе взаимодействующих процессов, происходящих с разными скоростями!
Зато динамика изменения тока и напряжения может рассказать о ходе токообразующих реакций всё. Точнее, всё нужное для управления зарядным током и поляризующим воздействием. Если, конечно, уметь обрабатывать эти данные в реальном времени, (то есть, с нормированными задержками). Для этого и понадобится микроэлектроника, и скорее всего, даже вычислительная машина. К счастью, она бывает, как помним, размером с тетрадную клетку.
Вопрос о том, какое именно электрическое воздействие является потребностью АКБ в данный момент, сродни вопросу, где плюс и минус в розетке. Человек на него ответить не может: пока будет говорить, плюс и минус сменят друг друга 50 раз в секунду. Но для электронного прибора такое быстродействие пара пустяков. И мы можем точно определить фазы напряжения и тока, с нужной привязкой ко времени. Конечно, в СА мы увидим нечто посложней синусоид, сдвинутых друг относительно друга. И увидим уже скоро.
Повторенье - мать ученья. Это упрощёная формулировка третьего закона диалектики, частичного возврата к старому на новом уровне, и мы ею снова воспользуемся.
Имеем две губки активных масс, между которых жидкость, гель или ещё одна губка. Нам нужно, чтобы необходимые ионы для токообразующих реакций достигли каждого слоя губок, причём эти слои частично закупорены сульфатами, требующими перенапряжения для диссоциации, и без этого перенапряжения мы потеряем и ёмкость, и токоотдачу, и долговечность, вследствие хронического недозаряда, ведущего к прогрессирующей сульфатации.
Однако перенапряжение чревато перезарядом с электролизом и коррозией. Как общепринятый в седой древности дозаряд «кипячением» с терморазгоном и полезным, но слишком дорогой ценой, перемешиванием электролита, так и сменившее его снижение тока в конце заряда, смягчающее, но не исключающее вредные побочные явления, и вдобавок ведущее к замазыванию ПАМ орторомбическим оксидом свинца, нельзя считать решениями, адекватными в полной мере.
Так как ХИТ имеет электродвижущую силу, то есть создаёт (сам устанавливает) разность потенциалов, естественно предположить, что зарядное воздействие осуществляется током. Действительно, при приложении тока от зарядного источника к клеммам СА, напряжение на последнем начинает расти, (предполагаем, что источник способен развить нужную ЭДС, на то он и зарядный), что и является критерием оценки хода заряда.
В начале пропускания тока, разность потенциалов клемм резко подскакивает на величину падения этого тока на внутреннем сопротивлении СА или батареи. По высоте получающейся ступеньки, зная силу тока, можно вычислить внутреннее сопротивление, что очевидно, и используется в экспресс-тестах. На этом «просто вольтамперная характеристика» заканчивается, и начинается сложный процесс изменения напряжения во времени. Силу тока будем считать постоянной, стабилизированной средствами источника.
Дальше на ленте самописца, экране осциллографа с медленной развёрткой или диаграмме с логгера мы увидим суперпозицию (наложение) нескольких откликов на зарядное воздействие, главных из которых два. Очень медленная экспонента собственно полезного заряда АМ, состоящая из суперпозиции разных слоёв, и ещё одна экспонента, гораздо более быстрая, напоминающая заряд конденсатора.
Воздействие асимметричным (переменным с постоянной составляющей) током, или с применением разрядной нагрузки, включаемой только в паузах или подключенной постоянно, используется для заряда и восстановления свинцово-кислотных батарей уже давно.
При заряде никелевых аккумуляторов асимметричное воздействие настоятельно рекомендуется, а для экспериментального восстановления марганцево-цинковых элементов обязательно необходимо, так как препятствует росту дендритов, характерному для этих ХИТ, и вызывающего их аварийные отказы вследствие короткого замыкания.
Для СА активная деполяризация может обрести смысл в свете актуализации исследования полупроводниковых свойств сульфатированных пластин в поисках новых способов десульфатации и подведения теоретической базы под уже известные в течение многих лет. С другой стороны, разрядное воздействие снижает КПД заряда, а ускорение последнего таким способом может снижать срок службы АКБ, потому применимость подобных методов следует признать ограниченной.
Для восстановительного обслуживания и экспресс-заряда при нормированном износе использование принудительной деполяризации двойного слоя может быть одобрено, но не для профилактики и повседневного заряда с приоритетами энергоэффективности и продления жизни АКБ.
Более того, поляризация двойного слоя зарядными импульсами с последующей релаксационной паузой позволяет создать десульфатирующее перенапряжение, и если импульсы достаточно коротки, газообразование при этом не успеет начаться! Те кислород и водород, что выделились за период перенапряжения, успеют рекомбинировать и вернуться в электролит, вместо участия во вредных и опасных явлениях.
Это и есть принцип релаксационного, импульсного или прерывистого заряда, разрешающий целый клубок диалектических противоречий, например, необходимости и недопустимости перенапряжения. То же и с плотностью тока: амплитуду зарядного импульса можно (и нужно) установить равной двойному току 20-часового разряда, или даже выше, если есть уверенность в алгоритме контроллера.
Прерывистый заряд предполагает между импульсами тока паузы для усвоения заряда активной массой, поступления ионов в её глубину, выравнивания в ней плотности электролита. Сколько же тогда ждать завершения заряда? Ведь средний ток, совокупные заряд и энергия, сообщённые аккумулятору зарядным устройством, за, например, час, при прерывании паузами окажутся ниже, чем в случае «нормальной» непрерывной подачи тока той же силы!
Продвинутое релаксационное ЗУ зарядит полностью разряженную исправную АКБ током 0.1С 20 за 8-12 часов, в зависимости от её состояния. То есть, даже быстрее, чем если бы ток не прерывался. Как такое возможно, и можно ли этому верить?
Дело всё в том, что при классической CC (constant current) зарядке «лишняя» энергия, которую не успевает усвоить активная масса, идёт в нагрев АКБ, электролиз воды, коррозию структуры. А умное ЗУ эти лишние кулоны и джоули просто не подаёт, ожидая готовности ХИТ принять новую порцию заряда, либо снижая параметры модулированного воздействия.
Это не означает КПД 100 «и более» процентов, абсолютного пресечения газообразования и нагрева, гарантии быстрого заряда при любом состоянии батареи. Изношенные, сульфатированные, предаварийные и аварийные АКБ могут немного нагреваться и шуршать пузырями при восстановлении, которое может продлиться долго или очень долго, если с одной или несколькими банками всё совсем плохо. Что совсем не означает лишних затрат времени и денег: ЗУ ведь автоматическое, и электроэнергией распоряжается добросовестно, экономно.
Зато на порядки повышается вероятность успешного восстановления аккумулятора, который в противном случае однозначно пошёл бы в утиль, создавая нагрузку на экологию и экономику, т.е. ваше здоровье и кошелёк, (а ещё точнее, ресурсы свободы плодотворной счастливой жизни). А если беречь АКБ смолоду, получим и повышение, по сравнению с традиционной практикой заряда, её эксплуатационных характеристик, (также являющихся упомянутыми ресурсами).
Выше мы упомянули о суперпозиции нескольких, (опять упрощённо, число на самом деле не целое), электрических сигнатур в сигнале напряжения с клемм аккумулятора при подаче зарядного импульса. Сигнал в паузе также образован наложением сигнатур токообразующих реакций и побочных явлений в банке СА. А таких банок в самой распространённой 12-вольтовой АКБ целых 6, соединённых последовательно, и подключиться к перемычкам между ними чаще всего невозможно или неудобно.
Добавим к этому наводки помех, прежде всего, из электросети и самого источника питания ЗУ, и мы поймём, что задача аналоговой и цифровой обработки электрического сигнала с клемм АКБ для определения амплитудных и временны́х параметров оптимального зарядного воздействия нетривиальна. Надо знать, что именно искать, и суметь научить этому автомат.
Можно просто приобрести современное зарядно-восстановительное устройство, но даже в этом случае желательно иметь представление о сути его работы, без которого трудно выбрать наиболее подходящий для себя инструмент и пользоваться им по максимуму. А можно поставить собственные эксперименты, на радость и пользу себе и окружающему миру. В любом случае не помешает составить краткую классификацию зарядных методов и устройств.
Усложнение логики работы таких устройств может (должно) давать лучшие, по сравнению с простой зарядкой от стабилизированного или нестабилизированного блока питания, однако не разрешает в полной мере упомянутых выше диалектических противоречий, не учитывает тонкостей кинетики и не даёт гарантии адекватности зарядного воздействия текущим потребностям АКБ, то есть способности принимать полезный заряд, не говоря уже о десульфатации.
Так должны достигаться и неснижение зарядного тока в конце, компенсация саморазряда при хранении, и оптимизирующий дозаряд глубинных слоёв АМ («добивка ёмкости»), и десульфатирующее перенапряжение, причём со значительным снижением (предотвращением) нагрева, газовыделения и коррозии.
Периодичность качелей может быть от секунд до часов и более, и они нуждаются в ручной или автоматизированной, например, запоминанием достигнутых данной АКБ уровней, подстройке, а также и термокомпенсации. Без чуткого контроля компетентным человеком, (который вынужден следить за процессом), или цифровой обработки электрических сигнатур происходящих в СА процессов, опираясь на одно лишь напряжение или ток, простые качели зачастую не дают того эффекта, который могли бы при лучшем управлении.
Неподходящие для данной конкретной АКБ настройки прерывистого и/или модулированного (см. ниже) заряда могут не замедлить или обратить вспять, а напротив, ускорить, усугубить её деградацию, например, короткое замыкание (КЗ) отдельных банок.
Простейшие устройства прерывистого заряда вообще имеют только таймер (мультивибратор, прерыватель) включения и отключения зарядного тока, и носят название мигалок или моргалок, хотя моргалкой иногда называют любое импульсное ЗУ, в том числе реализующее сложный алгоритм при помощи микроконтроллера.
Использование автомобильного реле поворотов для подачи зарядного воздействия импульсами известно давно, и многим помогло осуществить восстановительный предзаряд аварийно разряженных и сильно засульфатированных АКБ. Это и были первые моргалки.
Одно не исключает другого, и в циклах с периодом единицы-сотни секунд импульс зарядного воздействия может представлять собой пачку импульсов более высокой частоты. Это может создавать как дополнительные возможности для дозаряда глубинных слоёв, выравнивания концентрации реактивов и десульфатации, так и сложности, связанные, например, с электромагнитными помехами, влиянием проводов и разъёмов, побочные явления, которые ещё предстоит исследовать и научиться применять или предотвращать. Разные авторы пишут о разных частотах, принимая во внимание кинетику разных процессов, составляющих заряд АМ или влияние на него.
Уже дедовский выпрямитель и генератор авто создают возможности для релаксационных явлений в СА, улучшающих его характеристики в сравнении с насильственной подачей стабилизированного сглаженного тока или, того хуже, удержанием сглаженного напряжения, (причина, по которой в недалёком прошлом некоторые пришли к выводу о непригодности импульсных источников питания, не путать с импульсными ЗУ, для заряда АКБ).
Сегодня является актуальным, к примеру, изучение явления задержки распространения электричества в свинцовом аккумуляторе, ведущего к часто наблюдаемому многими усиленному износу крайних (электрически) банок и батарей, причём это нельзя списать на одну лишь неравномерность температуры. Пора вырабатывать методы и устройства для обслуживания СА с АМ, легированной углеродными нанотрубками, а также исследовать возможности создания на её основе компактных «сухих» аккумуляторов для лёгких мобильных применений.
В краткой беседе мы так и не коснулись разрядных характеристик, а ведь режимом разряда можно тоже управлять. Предстоит в скором времени испытать возможности рекуперативного торможения с возвратом энергии в тяговую свинцовую батарею, изучить, насколько значительную мощность при продвинутом управлении процессом она способна принять без вреда для себя, а также проверить гипотезу о том, что импульсы зарядного воздействия могут позволить использовать больше полезной ёмкости, скомпенсировав известный эффект снижения последней при повышении тока разряда.
Свинец и серная кислота - наши добрые друзья, если обращаться с ними чутко и добросовестно. Волшебный мир свинцово-кислотных аккумуляторов ждёт своих исследователей, изобретателей и просто всех тех, кому скромные массивные ящички принесут пользу, свободу и радость!
В поиске ответа на вопрос "как правильно зарядить кислотно-свинцовый аккумулятор", многие люди обращаются к инструкциям от производителя, сопровождающим эту технику. Однако даже в этих документах не всегда имеется достаточное количество информации о том, как лучше всего выполнять зарядку: с помощью каких средств, при каких условиях, какое количество времени. Ответственный пользователь, желающий продлить срок службы изделия и опасающийся повредить его или вывести из строя обязан обратиться к дополнительным источникам, чтобы выяснить эти вопросы.
Среди обслуживаемых SLA числятся, преимущественно, классические автомобильные аккумуляторы. Основная масса свинцово-кислотных источников тока, используемых в индивидуальном электротранспорте (вроде велобайков) принадлежит к герметичным, необслуживаемым, буферным и гелевым.
Процесс зарядки SLA-аккумуляторов предполагает пополнение запаса энергии устройства за счет внешних источников. Важно, чтобы батарея получала заряд, который соответствует ее емкости. Оптимальные условия, при которых происходит зарядка: температура окружающей среды в пределах +20 – +25 градусов Цельсия, иначе потребуется выполнять температурную компенсацию.
Наиболее популярный способ зарядки свинцово-кислотного аккумулятора базируется на контроле параметров "ток" и "напряжение". На первой стадии АКБ заряжают постоянным током, а когда напряжение достигнет заданного значения (указывается на лицевой панели устройства), переводят агрегат в режим поддержания постоянного напряжения.
Чтобы понять, сколько времени потребуется держать аккумулятор на зарядке, нужно знать степень разряженности АКБ, ее емкость, а также силу тока зарядного устройства.
Если устройство разряжено полностью, а ток используется по всем правилам (то есть, порядка 10-20% от емкости батареи), то на зарядку должно уйти около 10-12 часов. При снижении зарядного тока, время может возрасти, при увеличении – останется прежним. Ни в коем случае нельзя увеличивать ток на более чем 30% от емкости аккумулятора - это небезопасно для него.
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 и прочей технике.
Данная технология предполагает, 2 этапа:
Первые герметичные АКБ, не позволяющие электролиту испаряться, но и не доступные для дозаливки содержимого, стали массово производиться около 40 лет тому назад. Их эволюция привела к тому, что возникли так называемые гелевые батареи AGM, тоже принадлежащие к классу свинцово-кислотных, но считающиеся модернизированными, обладающими намного более универсальными характеристиками. Внутри этих приспособлений (по-прежнему герметичных) электролит представлен в загущенном виде, имеет желевидную консистенцию. Заменить его невозможно, однако он не проливается при повреждении оболочки, не испаряется, не несет угрозы окружающей среде. Кроме того, эксплуатировать такую батарею можно в любом положении и даже в условиях высоких вибраций. Глубокий разряд такие разработки также способны переносить без проблем.
Зарядка таких устройств имеет ряд особенностей:
Как и в ситуации со стандартными свинцово-кислотными решениями, запрещено хранить батареи AGM в разряженном виде, особенно, если напряжение каждого из компонентов, входящих в ее структуру, падает до 1,8 Вольта или ниже.
Зачастую АКБ 12 вольт принадлежат к классу AGM и, как и все представители этой категории, допускают максимальный разряд до 30% (без деформаций и рисков для работоспособности изделия).
Для этих батарей актуально целых 3 стратегии зарядки:
Крайне важно выполнять заряду устройством, имеющим индикацию по обоим параметрам: напряжению и току. Оптимальным вариантом может стать зарядное с так называемой интеллектуальной системой управления.
Узнать больше об аккумуляторах AGM можно из этого видео-ролика:
Любой автомобильный аккумулятор имеет свойство терять свой заряд со временем. Происходит это по многим причинам, и не важно, пользуетесь ли Вы аккумулятором или нет, а заряд будет уходить.
Таким образом, зарядка свинцово кислотных аккумуляторов – это совершенно необходимое действие в процессе их эксплуатации .Конечно, в автомобиле есть бортовой генератор, который и восполняет затраченный батарее заряд. Однако автомобильный генератор не зарядит Вашу батарею полностью, обычно батарея работает в промежуточном, средней заряженности режиме. Это скорее плохо, чем хорошо. Все дело в том, что такой режим может быть хорош летом, а вот с наступлением холодов заряд батареи резко падает. И если летом при заряженности батареи 60% Вы могли без каких-либо проблем завести машину, то зимой Вы после одной-двух неудачных попыток прокрутить стартер разрядите батарею полностью.
Таким образом, автомобильную аккумуляторную батарею время от времени нужно подзаряжать стационарным зарядным устройством. Тем самым Вы доведете заряд батареи практически до 100%, и Ваша батарея будет чувствовать себя явно лучше. При желании Вы также можете прогнать аккумуляторную батарею циклами заряд-разряд несколько раз, тем самым восстановив её полную емкость – со временем при использовании батарею в этом самом промежуточном состоянии заряда её емкость падает. И если у Вас батарея на 60 Ач, то после полугода такого использования в автомобиле, без стационарной подзарядки, Вы можете уже в процессе заряда обнаружить, что емкость снизилась, скажем, до 45 Ач. В таком случае батарею нужно восстанавливать, «раскачивать» циклами заряд-разряд.
Как заряжать свинцово кислотные аккумуляторы? Для этого понадобится зарядное устройство и базовые знания по самому процессу зарядки.
Зарядные устройства бывают импульсные и трансформаторные. Первые более современные, они компактны и дешевы – хотя технически они более сложны. Трансформаторные же устройства потихоньку уходят с массового рынка из-за своего большого веса, габаритов и цены. Но, тем не менее, если у Вас есть трансформаторное зарядное устройство, то не спешите менять его на импульсное – они, как правило, надежнее, да и само их изготовление более качественно.
Зарядные устройства делятся также на автоматические и не автоматические. Первые делают все сами, Ваши участие минимально, вторые же, соответственно, требуют
Вашей серьезной вовлеченности. Перед тем, как начать процесс зарядки, Вам необходимо решить, будете ли Вы снимать батарею или зарядка будет происходить прямо в автомобиле. Сняв батарею, Вы получаете к ней больший доступ, её удобнее почистить, удобнее выкрутить пробки и так далее. Но отсоединив батарею от машины, у Вашего бортового компьютера, скорее всего, собьются все настройки.Так или иначе, зарядка свинцово кислотных аккумуляторов должна происходить в максимальной безопасности. Такие батареи имеют свойство выделять при зарядке газ, и он взрывоопасен. Вполне может случится ситуация, когда Вы слышите, что электролит начинает закипать – процесс срочно нужно прекратить. Таким образом, к батарее нужно иметь свободный доступ, будете Вы её вынимать или нет. А теперь рассмотрим сам процесс, как заряжать свинцово кислотные аккумуляторы.
Поверхность батареи нужно очистить, клеммы затереть до блеска. Откручиваем пробки, если таковые имеются, и замеряем уровень электролита. Если уровень ниже меток – восполняем электролит. Проверить нужно каждую банку. Если уровень будет ниже – будет осыпаться оголенная батарея, а это ускоренная смерть аккумулятора. К тому же, на зиму электролит нужно делать более плотным – так он лучше будет держать заряд на холоде. Если же у Вас батарея необслуживаемая, понятно, ничего Вы сделать не сможете.
Далее нужно подсоединить зарядное устройство. И выставить зарядный ток. Сила тока вычисляется из расчёта, что в амперах численно она должна быть равна одной десятой емкости батареи в Ач. Например, батарея на 60 Ач должна заряжаться током 6 А.
Процесс зарядки будет длится примерно 20 часов. Если у Вас автоматическое зарядное устройство, то оно само будет следить за процессом заряда и само его прекратит – а Вы будете проинформированы лампочкой, индикатором и тд.Если же у Вас зарядное устройство не автоматическое, то Вам придется больше контролировать процесс. После выставления зарядного тока через 20 часов его значение нужно уменьшить вдвое и так заряжать еще 2 часа. В последние часы нужно особенно внимательно следить за батареей, чтобы в ней не закипел электролит. Собственно, для этого и понижается сила тока в конце процесса – чтобы смягчить зарядку.
Герметичные необслуживаемые батареи обычно заряжают постоянным напряжением. В таком случае выставляется напряжение 14,4-14,5 В. А ток заряда в процессе будет падать – так как внутреннее сопротивление батареи будет расти.
Стоит также сказать, что очень важно соблюдать температурный режим. Батарею нужно заряжать, когда её температура около 20 градусов. Нельзя заряжать батарею на морозе. В то же время если Вы видите, что температура батареи при зарядке начинает доходить до 50 градусов, то это уже должно настораживать – может закипеть электролит.
Стационарную зарядку батареи рекомендуется делать хотя бы раз в сезон. Регулярная подзарядка продлевает срок службы аккумулятора, раскачивает его емкость. Проделав стационарную зарядку, Вы будете уверены, что сможете без проблем завестись, а Ваша батарея прослужит Вам дольше. При правильном уходе даже обычные кислотно-свинцовые батареи служат 5 лет и более.
Читайте так-же, другие обзоры
