Меню

Зарядные устройства типа заряд разряд

Зарядные устройства типа заряд разряд

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



Устройство импульсного заряда/разряда АКБ на МК PIC (Эх, заряжу — 01)

Редакция 1.06. (после обсуждения и дополнительных размышлений в схему и программу внесены изменения, в тексте они выделены подчеркиванием

Каждый тип аккумуляторов (далее просто АКБ) требует своего алгоритма и параметров заряда и разряда. В Интернете десятки схем ЗУ, которые, как правило, не отвечают достаточно строгим требованиям к процедуре заряда. И это при том, что такие требования многократно описаны.

Цели разработки устройства:

  • Максимально простая аппаратная часть (HW)
  • Максимум функций возлагается на программную часть (SW).
  • Универсальность, гибкость, минимум деталей, благодаря применению контроллера
  • Параметры заряда и разряда должны соответствовать требованиям производителей и ГОСТу
  • Реализация импульсного метода заряда и разряда
  • Реализация функции десульфатации
  • Реализация функции восстановления

Многие авторы утверждают, что заряд и/или разряд импульсами тока благотворно сказывается на состоянии сульфатированных аккумуляторов (а это практически все АКБ с возрастом более 1 года).
Например, исследования немецкого института промэлектроники (см. 7).
Многие промышленные ЗУ имеют режим десульфатации (см. 4).
Важность своевременного заряда АКБ показывает график:

Читайте также:  Как зарядить электробритву без зарядного устройства

Основные технические характеристики

  • БП: Uвых=18-20 В, Iвых до 10 А
  • Емкость АКБ: 30,40,50,60,70,80,90,100 А*ч (при измерительном резисторе 0,2 Ом х 10 Вт)
  • Режимы работы: Заряд, разряд, десульфатация, восстановление, калибровка
  • Напряжение заряда: определяется типом АКБ, температурой, фазой заряда
  • Ток заряда: определяется емкостью АКБ, фазой заряда
  • Ток разряда: согласно ГОСТ_959-2002
  • Защита от переполюсовки АКБ
  • Защита от КЗ, программная и аппаратная
  • Реле защиты включается при Uакб >= 2в (т.е. возможна работа с аккумуляторами от 2 в и выше).
  • Опознавание отсоединения (потери контакта) АКБ
  • Предупреждение срабатывания реле защиты при десульфатации «убитых» аккумуляторов,
  • когда импульс разряда снижает напряжение АКБ до 2В (ограничение тока разряда при падении напряжения АКБ до 3 В)
  • Учет температуры АКБ при выборе контрольных напряжений заряда (Umax и Ustandby) (продувка вентилятором для выравнивания температур внутри и снаружи корпуса перед расчетом коэффициентов термокомпенсации).
  • Работа при температуре от -20 до +60 (для расширения диапазона просто добавить значения в таблицу термокомпенсации).
  • Плавный старт заряда/разряда

Принципиальная схема

Описание работы принципиальной схемы

Блок питания в принципе любой, в т.ч. импульсный, выдающий напряжение >16 В. У меня на трансформаторе от ИБП Иппон, первичная обмотка включена так, чтобы на вторичной стороне выдавалось не 12, а 16 В. (некоторые товарищи утверждают и доказывают на практике, что чем больше импульс тока, тем лучше идет десульфатация: см. «Десульфатация автомобильного аккумулятора, http://shyza.ru/forum/viewtopic.php?f=15&t=50».

Поэтому БП может выдавать и еще большее напряжение (ограничение только по макс. пиковому току выпрямительных диодов и транзистора заряда).
Токоизмерительный резистор R_izm (0,1+0,1 Ом 10 Вт) используется при заряде и разряде.
*Если БП будет выдавать больше 20 В, то надо пересчитать входные делители для АЦП и соответствующие коэф-ты в программе.

Простота аппаратной части обеспечена благодаря применению метода импульсного (ШИМ-) заряда и разряда — ключ напрямую коммутирует БП на АКБ без применения каких-либо емкостей или индуктивностей. В результате на АКБ поступает короткий, но мощный импульс тока (до 20-30 А). Затем импульсы тока приобретают синусоидальную форму с частотой 100 Гц.

HW состоит из БП, двух ключей, измерительного и нагрузочного резисторов, контроллера, индикатора и 4 кнопок.
Остальное (вентилятор, зуммер, 2 светодиода) в принципе необязательны.
После включения выполняется инициализация начальных параметров.
После подключения АКБ необходимо кнопками Up/Dn выбрать емкость АКБ.
Если в течение 2 мин не будет нажата ни одна кнопка, то включается авто-режим и выполняется режим по умолчанию = Заряд последней использованной АКБ..
Далее выбирается режим работы (заряд, десульфатация, разряд, восстановление, калибровка).
Далее МК проверяет, подключена ли АКБ — если U После этого выполняется продувка корпуса вентилятором, пока не стабилизируется температура.
Это необходимо для измерения температуры внешнего воздуха, примерно равной температуре АКБ.
Затем рассчитывается индекс температурной поправки для режима заряда (U_max и U_stand-by).
Из EEPROM считываются нужные параметры и начинается работа.
МК рассчитывает среднее напряжение и средний ток и корректирует скважность импульса согласно текущей фазе заряда или разряда.
Зарядный ключ выполнен на T3 (BC338) и T1 (IRF9540N). Разрядный ключ на T2 (IRLZ34N).
T1 и T2 установлены на небольшие радиаторы (прим. 70*40*10) и практически не греются (сейчас при Токр 50 вентилятор охлаждения включается, при Т 0,01С поддержание напряжения АКБ= Umax(t) (режим «насыщения» с учетом температуры АКБ)
Этап 4 — Float: Поддержание напряжения АКБ=Ustandby(t) (режим «подпитки» с учетом температуры АКБ)
*все конкретные значения приведены в программе и могут меняться.
Рассчитываются и выводятся:
— значение Ампер*часов, полученных АКБ
— отношение Umax/Usr как показатель сульфатации АКБ
— Usr, Isr

РЕЖИМ РАЗРЯДА:
— Разряд выполняется согласно ГОСТ_959-2002, т.е. разряд средним током 0,05С до напряжения 10,5 +- 0,05 В при 25 гр.
Рассчитываются и выводятся:
— значение Ампер*часов, «изъятых» из АКБ
— время разряда ЧЧ:ММ
— Usr, Isr

РЕЖИМ ДЕСУЛЬФАТАЦИИ:
— Является комбинацией заряда и разряда, т.е.
— Цикл заряда ==> Этап 3 режима заряда
— Цикл разряда ==> разряд током 0,05С
— повторить, если время десульфатации Десульфатация==>Разряд==>Заряд. (можно легко изменить этот порядок в программе)

РЕЖИМ КАЛИБРОВКИ:
— Вместо АКБ необходимо подсоединить резистор 5-10 Ом
— Программа выдает напряжение, измеренное на «левом» (по схеме) конце R_izm.
— Кнопками Up/Down надо приблизить это значение к показанию мультиметра.
— Далее аналогично для «правого» конца R_izm (на АКБ).
— И затем подстраивается ток заряда (последовательно с АКБ надо включить амперметр). Значения сохраняются в EEPROM после нажатия ENTER.

Калибровка позволяет применять R_izm = 0-255 Ом. Для калибровки лучше использовать БП (например от ПК) на 12в, так как сетевое напряжение постоянно меняется.
12В надо подключить на выход диодного моста. Для измерения тока надо перемкнуть контакты реле: соединить +Bat и правый вывод R_izm.

ИНТЕРФЕЙС:
— КНОПКИ: ENTER (SET), UP, DOWN, RESET -назначение понятно из названия
— LCD-ИНДИКАТОР 16х2
— Зуммер активный (с внутренним генератором)
— 2 светодиода «Заряд» и «Разряд» -горят при открытых транзисторах заряда или разряда.

Настройка устройства

ПОРЯДОК НАСТРОЙКИ:
— все спаяли, МК не ставим, АКБ не подключаем,

Если дым не пошел:
— проверяем наличие 19в на C1, R5, LM7805
— проверяем наличие 19/4в на контактах Панелька.2 и П.3
— проверяем наличие 5в на П.20
— подаем 5в с П.20 на П.25 — должен гореть LED ZAR
— подаем 5в с П.20 на П.26 — должен гореть LED RZR
— подаем 5в с П.20 на П.7 — должен пищать зуммер
— подаем 5в с П.20 на П.10 — должен заработать вентилятор
— подсоединяем АКБ -должно щелкнуть реле, на П.2 и П.3 д.б. напряжение АКБ/4
— подаем 5в с П.20 на П.4 (включаем силовой транзистор заряда) — на R_izm д.появиться напряжение (или АКБ включить через амперметр)
— подаем 5в с П.20 на П.5 (включаем силовой транзистор разряда) — на R_izm д.появиться напряжение обратного знака (или АКБ включить через амперметр)
— если все ОК, выключаем и ставим МК
— проверяем работу программы во всех режимах.

Испытания
ИСПЫТАНИЯ «НА МАКЕТКЕ»

Испытание на АКБ 60АЧ:

— форма импульса зарядного тока:

Форма импульса зарядного тока
виден короткий импульс

18A длительностью около 5-10мс
далее синусоида, обусловленная разрядом-зарядом сглаживающих конденсаторов (8*2200х25в)
расчетный средний ток 4А
скважность 410/1000=0,4 (т.е. схема может выдавать средний ток около 10А)

Максимальный импульсный ток:

Максимальный импульсный ток
— при среднем токе ок.5.5 А пиковый ток= 23А длительностью ок. 5мс
— хорошо видны «синусоиды» разряда-заряда сглаживающих конденсаторов
— можно увеличить емкость этих конденсаторов, а можно и оставить,
так как известны схемы десульфатации положительными полупериодами сетевого напряжения (не 220 конечно).

Читайте также:  Схема внешнего зарядного устройства

LCD-индикатор

— слева-направо: 55-выбранная емкость АКБ
Z3-фаза заряда 3
02.72 — закачанные Ампер*часы
1.10 — соотношение Umax/Usr как индикатор степени сульфатации АКБ (не уверен, что это так. )
Us=14.53 — среднее напряжение на АКБ
Is=4.17 — средний зарядный ток
— При температуре окр. среды ок. 17 градусов (на «балконе») температура радиатора силового транзистора (по датчику)
не превышает 50 гр. (вентилятор не включается)
— Сильнее всего греется трансформатор (почти до 70 гр., пишут что для Класса В это нормально
— многие говорят о том, что трансформаторы в ИБП Иппон сильно греются).

Испытания на реальных АКБ:

Прибор испытан на нескольких аккумуляторах 7а*ч, 55 и 60а*ч (в т.ч. 01.02.14 при — 20 градусах…). Полет нормальный.

Общий вид прибора в корпусе:

Требования к конструкции

Первым по ходу всасываемого вентилятором воздуха должны стоять радиаторы силовых ключей и только затем трансформатор, чтобы транс не обманывал датчик температуры на радиаторе.
МК установлен на панельке для удобства обновления прошивки.

В архиве принципиальная схема, схема печатной платы, прошивка (.hex), исходный код программы, схема для Proteus.

Новая версия 1.06 в архиве V1.06.rar.

ИЗМЕНЕНИЯ В ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЕ, РЕДАКЦИЯ 1.06
Измерительный резистор заменен на 2 по 0,1 10 Вт
Убраны подтягивающие резисторы с кнопок (используются внутренние)
ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОГРАММЕ, редакция 1.06:
Исправлена пара ошибок, включены подтягивающие резисторы
Добавлено хранение/считывание информации в/из EEPROM
При включении предлагается к работе АКБ с емкостью, запомненной в ПЗУ
После пропадания-восстановления сетевого напряжения и отсутствия нажатия кнопок в течение 2 минут будет запущен заряд АКБ с емкостью, запомненной в EEPROM.
Добавлен режим калибровки напряжений до и после измерительного резистора и калибровки тока заряда.

Были проанализированы следующие варианты улучшения точности измерения тока:

1) Дополнительный измерительный резистор (скажем 2.3 Ом, подключаемый/шунтируемый реле) последовательно с основным R_izm=0.1 Ом.
Проработано:
— программное определение присутствия реле
— работа реле только в нужных режимах
— переключение реле при определенных токах
— переключение реле при отсутствии тока через его контакты
— компенсация резкого изменения тока заряда после коммутации реле
— калибровка измерительных резисторов и сопротивления контактов реле
Вариант ОТВЕРГНУТ:
— контакты реле не предусмотрены для работы в качестве измерительного резистора
— нестабильность сопротивления контактов

2) Усилитель шунта на операционном усилителе (в верхнем плече питания!):
— профессионалы применяют измерительные ОУ
— обычный ОУ не подходит
— ОУ Rail-to-Rail недостаточен
— нужен ОУ Rail-to-Rail с малым Input Offset Voltage (напряжение смещения)
— у меня есть т. MCP601 с Uofs до 2 мВ, что очень много.
(погрешность измерения= погр. резисторов+ Uofs/Uizm_rez)

Вариант ОТВЕРГНУТ:
— чтобы овчинка стоила выделки нужен прецизионный ОУ
— измерение тока только в одну сторону, а надо в обе стороны, что вызовет падение точности в 2 раза (диапазон АЦП надо поделить на 2 области- для +токов и -токов)

Поскольку основным (моим) требованием является сохранение простоты аппаратной части, то выбран самый простой вариант: увеличение R_izm в 2 раза до 0,1+0,1 Ом.
Конечно, решение далеко не идеальное, но сохраняет простоту схемы при увеличении точности в 2 раза, а «лампочку» 10-20 Вт на пару часов один раз в месяц мой бюджет выдержит.

Источник

Выбираем лучшее зарядное устройство для аккумуляторов АА и ААА: топ классных моделей. AliExpress

Это зарядное устройство подходит для всех видов литий-ионных аккумуляторов форм-фактора 18650. Эта простенькая и недорогая модель получила немалую популярность. Она оснащена функцией светоиндикации, которая показывает статус заряда, зеленые лампочки сменяются на красные, а при достижении полного заряда устройство автоматически отключается. Эта модель имеет ограничение по току — 1А. Размер устройства 9,2 см x 2,8 см x 2,5 см. Входное напряжение составляет 5 В.

Цена: US $1.03 — 1.63

Зарядное устройство VariCore 04U имеет четыре разъема под батарейки. Размер 60 мм x 35 мм x 120 мм. Производитель рекомендует данную модель для подзарядки аккумуляторов на 3.7 В. Оно совместимо с аккумуляторами: 10440, 14500, 16340, 16650, 14650, 18350, 18500, 18650. Гаджет способен заряжать и другие батарейки. Устройство имеет шесть видов защиты: от перегрева, перегрузки, разрядки, короткого замыкания, обратного подключения. Входное напряжение составляет 5 В. Зарядное устройство имеет высокий рейтинг 4.8 из 5 и более 9000 заказов. Весит 70 грамм.

Цена: US $2.94 — 4.97

Palo C905W

Palo C905W имеет компактный размер и четыре слота для заряда батареек. Гаджет напрямую работает от электросети и искать адаптеры вам не придется. Процесс зарядки отображается на небольшом дисплее. Palo C905W совместима с аккумуляторами типа AA и AAA (Ni-MH/Ni-Cd). ЗУ оснащено функцией автоматического отключения при достижении полного заряда. Гаджет простой в использовании, а благодаря компактному размеру его удобно брать с собой, например, в деловую поездку.

Цена: US $8.88 — 9.69

LiitoKala Lii-202 — это автоматическое зарядное устройство, которое совместимо практически со всеми аккумуляторами Li-ion, Ni-MH, NiCd. При подключении аккумулятора ЗУ определяет его тип и автоматически начинает его заряжать. Управление осуществляется одним нажатием кнопки. Изначально стоит напряжение 500 мА, увеличить ток заряда до 1 А можно удержанием кнопки на несколько секунд. В комплект входит сетевой адаптер 5В / 1A с контролем степени остаточного заряда с помощью четырех светодиодов. Устройство имеет защиту от перезарядки, разрядки, короткого замыкания.

Цена: US $5.26 — 7.01

Liitokala LII-500

Lii-500 — это популярное зарядное устройство, с помощью которого вы можете независимо друг от друга заряжать, разряжать, тестировать и определять внутреннее сопротивление от одного до четырех аккумуляторов формата АА, ААА, C (R14), SC. Гаджет автоматически определяет тип аккумулятора (литий-ионный, никель-металл-гидридный) и самостоятельно задает ток заряда. Вы можете самостоятельно контролировать процесс, а благодаря четырем независимым каналам задавать режим работы для каждого аккумулятора отдельно. Всю информацию о заряде вы сможете увидеть на небольшом дисплее на передней панели зарядного устройства. Lii-500 заряжает не только батарейки, им можно пользоваться как Power Bank и заряжать планшеты, мобильные телефоны, фонари и другие электронные устройства.

Цена: US $17.07 — 20.87

Palo P10 8 слотов

Palo P10 — это зарядное устройство, которым можно заряжать сразу восемь аккумуляторов одновременно. Конструкция устройства простая и понятная. Размер 180 мм x 77 мм x 28 мм. Устройство оснащено четырьмя светодиодными индикаторами, которые отображают пользователю информацию о текущем статусе устройства. Palo P10 автоматически отключается при достижении полного заряда батареек. Зарядное устройство совместимо с аккумуляторами типа АА или ААА (Ni-MH, Ni-Cd).

Читайте также:  Asus зарядное устройство мощность

Цена: US $7.29 — 8.64

Opus BT-C3100

BT-C3100 — это интеллектуальное зарядное устройство, которое делает функции тестирования и восстановления доступными для аккумуляторов. С помощью него можно как заряжать, так и разряжать, а так же тестировать и восстанавливать аккумуляторы. Устройство имеет небольшой дисплей с режимом постоянной подсветки (при необходимости можно отключить), на который выводится вся доступная информация об аккумуляторах (напряжение, внутреннее сопротивление, а так же реальная емкость и т.д.). ЗУ работает практически со всеми Ni-Cd, Ni-MH и Li-Ion аккумуляторами размеров AA, AAA, C. BT-C3100 имеет широкий диапазон мощности (можно задать любую силу тока от 200 до 2000 мА). Устройство оснащено активной системой охлаждения.

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