Ускоренный заряд свинцового 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.

Если невозможно изъять АКБ из автомобиля, следует отсоединить ее от отрицательного полюса или от обоих полюсов сразу.
Чтобы избежать вытекания электролита, надо использовать для зарядки ровную устойчивую поверхность. Это требование не относится к необслуживаемым аккумуляторам, их положение может быть любым.
Чтобы не допустить скопления газов в помещении и возможного отравления ими, помещение должно быть хорошо проветриваемым.
Чтобы не произошло возгорание или взрыв, следует проводить работы удаленно от открытого огня или мест возможного искрения.
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

Процесс заряда аккумуляторов различных типов

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

Заряд аккумуляторов различных типов

Свинцово-кислотные АКБ

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

Происходящие процессы

В электрохимической реакции внутри свинцово-кислотного аккумулятора участвуют материалы положительного и отрицательного электрода, а также электролит. Активная масса положительного электрода представляет собой диоксид свинца (PbO 2). В случае с отрицательным электродом – это порошок свинца (Pb). При заряде свинцово-кислотной аккумуляторной батареи на электродах протекают следующие реакции. Положительный электрод PbSO 4 + H 2O -> PbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e — Отрицательный электрод PbSO 4 -> Pb + SO 4 2- — 2e — Общий процесс в электрохимической системе описывается уравнением. 2PbSO 4 + 2H 2O -> Pb + 2H 2SO 4 + PbO 2 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. [table Сульфат свинца растворяется до определённого значения, а потом начинается электролиз воды. Он представляет собой разложение воды на водород и кислород. В результате наблюдается газовыделение, которое часто называют кипением электролита при перезаряде. Основной проблемой в процессе заряда свинцово-кислотного аккумулятора является неполное растворение сульфата свинца (PbSO 4). Это вещество забивает поры активной массы, в результате чего снижается площадь взаимодействия электролита с материалом электрода. Из-за этого происходит постепенная потеря ёмкости.

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.

В зарядных устройствах подобный режим чаще всего подразумевает подачу напряжения около 16 вольт на токовыводы, а ток уменьшается в процессе зарядки. Изначально величина тока не должна превышать 10% от номинальной ёмкости аккумулятора. По мере роста внутреннего сопротивления АКБ ток снижается до значений, соизмеримых с током саморазряда. Зарядное устройство фиксирует это и отключает процесс. К плюсам этого варианта следует отнести полную автоматизацию. Поставили аккумулятор на заряд и забыли.

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.

[soc2] Варианты постоянным током неудобен тем, что требует контроля со стороны человека на протяжении всего процесса. Поэтому он используется в тех случаях, когда аккумулятор испытал глубокий разряд. При этом на начальной стадии (до того, как напряжение АКБ не достигнет 12 вольт) ток подаётся импульсами. То есть, несколько секунд он подаётся на выводы аккумулятора, а затем отключается. Более подробно о разных режимах заряда свинцово-кислотных аккумуляторов можно прочитать в этом материале. 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. [banner1]

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.

Источник

Ускоренный заряд аккумулятора

Существует два способа ускореннго заряда АКБ. Оба основаны на заряде батареи током повышенной величины, поэтому могут рекомендоваться к использованию только в исключительных случаях, так как оба снижают срок службы АКБ. Ускоренный заряд нельзя применять для полностью необслуживаемых АКБ (не имеющих заливных горловин в банках), так как такой нештатный режим может погубить батарею за один раз.

Первый способ.

Для заряда используется ток, величина которого меняется по экспоненциальному закону:

где I — зарядный ток, А;
Q — емкость, которой не хватает АКБ до состояния полного заряда, А·ч;
t — текущее время, час.

Величину Q можно оценить по результатам замера плотности электролита, исходя из того, что плотность уменьшается на 0,008 г/см3 при отдаче каждых 5% емкости:

где С — емкость АКБ, А·ч;
Pз — плотность электролита в полностью заряженной батарее, приведенная к температуре 15°, г/см3;
Pр — плотность электролита в батарее перед началом зарядки, приведенная к температуре 15° г/см3.

Если неизвестностно реальное значения Pз, то можно принять его равным рекомендуемому для Вашей климатической зоны (для климата Петербурга рекомендуемое значение Pз=1,27 г/см3). Реальная емкость C для неновой АКБ т.ж. отличается в меньшую сторону от номинального значения, указанного в маркировке АКБ. Текущее значение C можно получить эксеприментальным путем, а если оно неизвестно, то принять равным номинальному. Все эти оговорки делают определение величины Q по приведенной формуле достаточно приближенным, поэтому при ускоренном заряде необходимо контролировать температуру АКБ и интенсивность газовыделения. При повышении температуры до 45° процесс необходимо простановить и дать батарее остыть, а при интенсивном газовыделении снизить ток по сравнению с расчетным.

На практике обеспечить непрерывное изменение тока сложно, поэтому ток меняют супенчато каждые 5 минут заряда. Перед началом заряда рекомендуется составить таблицу изменения тока, содержащую три столбца. В первом записывается время t от начала зарядки, во втором емкость Q, которой не хватает АКБ до полностью заряженного сосотяния, в третьем — величину зарядного тока I. В первую строку таблицы в графу “t” записывается t(1)=0, в графу “Q” записывается недостающую до полного заряда емкость Q(1), в графу I ток, равный 0.9Q(1). n-ая строка заполняется так: t(n)=5 мин., Q(n)=Q(n-1)-I(n-1)/12, I(n)=0.9Q(n). Ниже приведена построенная таким образом табица для ускоренного заряда полностью разряженной АКБ емкостью 60 A·ч.

После 2 часов 20 минут ускоренного заряда АКБ заряжается почти до 90% от номинальной емкости, а ток выходит на рекомендованное для обычного заряда значение. Далее до 100% заряда батарею можно заряжать в штатном режиме, что займет еще около 1.5…2 часов, а при отсутствии времени — поставить на автомобиль с небольшим недозарядом.

Эту таблицу Вы можете использовать для определения графика зарядки АКБ любой емкости, которой до 100% заряженности не хватает 60 А·ч и менее. Для этого в качестве первой строки для Вашего случая возьмите строку, где во втором столбце будет записана нужная недостающая емкость.

При отсутствии времени, форсированную зарядку можно прервать и раньше, когда будет обеспечен заряд батареи хотя бы на 50%, что в приведенном примере получается после 40 минут зарядки. С учетом того, что АКБ за время зарядки нагреется, даже такой заряженности хватит для пуска холодного двигателя.

Второй способ.

Заключается в зарядке АКБ при постоянном напряжении 14.4 В. Этот способ напоминает процесс зарядки АКБ на автомобиле.

Так как Вы вряд ли найдете зарядное устройство, способное выдать ток в несколько десятков ампер при стабилизированном выходном напряжении, то практически процесс выглядит так. Начальный ток выставляют такой, как и в первом способе. При достижении напряжения 14.4 В ток понижают на 10%. Как только напряжение снова достигнет 14.4 В, ток снова понижают. И т.д.

Совсем не способ.

Некоторые автомобилисты при необходимости быстро зарядить АКБ просто выставляют максимально возможный зарядный ток, который только способно обеспечить зарядное устройство и ведут заряд до тех пор, пока не начнется активное газовыделение (электролит не начинает “кипеть”), не обращая внимание на температуру АКБ. Такой подход при всей простоте реализации обладает двумя существенными недостатками. Он не обеспечивает гарантии полной зарядки АКБ и ведет к резкому сокращению срока службы из-за перегрева аккумулятора. Да и обильное газовыделение не идет батарее на пользу.

При подготовке страницы использованы материалы книги Грачев В.Ю. Как продлить срок службы аккумулятора. СПб.: Элмор, 1994. — 64 с.: ил.

Источник

Способы зарядки свинцово-кислотного аккумулятора

Свинцово-кислотные аккумуляторы относятся к обслуживаемым.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

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

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

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.

Обязательные действия перед зарядкой

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.

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

Если невозможно изъять АКБ из автомобиля, следует отсоединить ее от отрицательного полюса или от обоих полюсов сразу.
Чтобы избежать вытекания электролита, надо использовать для зарядки ровную устойчивую поверхность. Это требование не относится к необслуживаемым аккумуляторам, их положение может быть любым.
Чтобы не допустить скопления газов в помещении и возможного отравления ими, помещение должно быть хорошо проветриваемым.
Чтобы не произошло возгорание или взрыв, следует проводить работы удаленно от открытого огня или мест возможного искрения.
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

Комбинированный

Зарядка в автоматическом режиме

По окончании процесса зарядное устройство самостоятельно отключается.

Каким может быть результат зарядки

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.

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.

Источник