Заряд кислотних акумуляторних батарей

1. Зарядні пристрої Найпростіше зарядний пристрій. Заряд нестабілізованою струмом
2. Заряд стабілізованою струмом
3. Заряд стабілізованою напругою
4. Двоступенева зарядний пристрій. Заряд за методом IU
5. Заряд асиметричним струмом
6. прискорений заряд
7. Заряд при тривалому зберіганні
8. Контрольно-тренувальні цикли
9. температура
10. висновок

Зарядні пристрої

Найпростіше зарядний пристрій.
Заряд нестабілізованою струмом

Наша сеть партнеров Banwar

На рис.1 зображена найпростіша схема заряду акумуляторної батареї (АБ).

Джерело живлення в даному випадку нестабілізований. Як правило, це трансформатор і випрямляючий діодний міст. Реостатом R1 встановлюється струм заряду.

Перевагою цього пристрою є простота і, відповідно, низька вартість.

• залежність струму заряду від напруги в мережі і ступеня зарядженості акумулятора;
• необхідність постійного контролю процесу заряду і регулювання струму заряду;
• можливість перезарядження або недозаряд акумулятора з витікаючими звідси наслідками;
• невисокий ККД через розсіювання надлишкової потужності на реостате.

Заряд стабілізованою струмом

На рис.2 зображена структурна схема зарядного пристрою, що працює за наступним алгоритмом. Пристрій управління вимірює напругу на клемах акумулятора і, якщо воно виявляється нижче нижнього граничного значення, включається ключ і відбувається заряд встановленим струмом. При досягненні верхнього порогу пристрій управління відключає ключ і заряд припиняється. У разі зниження напруги весь процес повторюється.

переваги:

• відсутня залежність величини струму заряду від коливань напруги мережі і ступеня зарядженості акумулятора;
• як правило, більш високий ККД;
• автоматизація процесу заряду.

• більш складне і, відповідно, дорогий пристрій;
• не завжди можливо зарядити акумулятор до 100% ємності, особливо при великому зарядному струмі;
• не виключена можливість перезарядження.

Пояснимо більш детально два останніх нестачі. При заряді великим струмом напруга на клемах акумулятора зростає відносно швидко і до відключення акумулятор не встигає набрати необхідну ємність. При малому струмі напруга на клемах зростає повільніше, акумулятор при цьому може набрати 100% ємності. Але цього струму може не вистачити для досягнення верхньої межі відключення. Акумулятор починає кипіти і, якщо не відключити зарядний пристрій, можливий перезаряд.

Заряд стабілізованою напругою

Цей спосіб заряду (рис.3) застосовується, як правило, на автомобілях, коли необхідно швидко відновити заряд акумулятора.

Стабілізатором напруги в цьому випадку є генератор постійного струму, напруга якого підтримується автоматично за допомогою реле-регулятора. Напруга бортової мережі при цьому має бути 2,4 В при перерахунку на одну банку (або 14,4 В на 12-вольтную батарею). На початку заряду струм має найбільше значення внаслідок значної різниці між напругою джерела і напругою акумулятора. При цьому чим більше потужність зарядного джерела струму і чим сильніше розряджений акумулятор, тим більше зарядний струм. У міру заряду напруга батареї зростає і величина зарядного струму падає до мінімального значення.

переваги:

• короткий час заряду;
• автоматично зменшується струм заряду в міру зростання ступеня зарядженості батареї.

• повинен бути точно установка напруги джерела зарядного струму в уникненні систематичного недозаряд або перезарядження;
• великий початковий зарядний струм.

Двоступенева зарядний пристрій. Заряд за методом IU

Заряд АБ відбувається в два етапи. Перший етап - заряд стабілізованою струмом (I). Другий етап - заряд стабілізованою напругою (U). На рис. 4 зображена структурна схема такого зарядного пристрою.

Поріг стабілізації за напругою становить 13,8 В на АБ або 2,3 В на банку. Незважаючи на складність алгоритму заряду, це цілком виправдано. Перший етап заряду (рис. 5) дозволяє відносно швидко набрати основну ємність акумулятора, не доводячи електроліт до кипіння. Якщо заряджати акумулятор, застосовуючи тільки режим стабілізації по струму, то для повного заряду довелося б підвищувати напругу на АБ понад 2,3 В на банку і переходити точку кипіння електроліту. При цьому підвищується інтенсивність електрохімічних процесів в АБ і як наслідок знижується термін її служби. Крім цього, до приміщень, в яких знаходяться акумулятори з напругою змісту більше 2,3 В на банку і більш, пред'являються більш жорсткі вимоги по вибухобезпеки.

Для виключення перерахованих недоліків застосовується другий етап - заряд стабілізованою напругою. Зарядний пристрій переходить в цей режим після досягнення напруги 2,3 В на банку. При цьому відбувається "м'який" перехід з одного режиму в інший, без кидків струму, характерних для режиму стабілізації тільки за напругою. Струм починає поступово падати і через деякий час зменшується до величини, рівної току саморазряда акумулятора. Залежно від якості, ємності АБ і температури навколишнього середовища ця величина коливається від десятків до сотень міліампер. Такий алгоритм заряду зводить до мінімуму процес сульфітації, виключає перезаряд і дозволяє зарядити акумулятор до 100% ємності. При цьому можна не відключати тривалий час акумулятор від зарядного пристрою, підтримуючи його в постійній готовності до роботи. Як недоліки слід віднести більш тривалий час заряду і більш високу ціну зарядного пристрою.

Заряд асиметричним струмом

Існує безліч публікацій про заряд кислотних АБ асиметричним струмом, суть якого полягає в чергуванні різної величини імпульсів заряду і розряду. Передбачається, що такий метод заряду підвищує термін служби АБ, усуває сульфітацію. На сьогоднішній день немає єдиної думки з цього приводу. Немає чіткого обґрунтування величини, форми, тривалості і періоду цих імпульсів. В ефективності цього способу заряду також існують сумніви. Непрямим підтвердженням цього може служити те, що зарядні пристрої, що серійно випускаються промисловістю, в тому числі військової, такого режиму не мають. Можна припустити, що позитивний ефект все ж існує. Але за критерієм ефективність / складність (вартість) перевага таких зарядних пристроїв далеко не очевидно.

прискорений заряд

Прискореним зарядом називається режим заряду, при якому струм заряду перевищує величину 10% від номінальної ємності кислотної АБ. Час заряду при цьому скорочується. До недоліків прискореного заряду слід віднести підвищений знос АБ.

Заряд при тривалому зберіганні

У разі, коли АБ тривалий час не використовується (наприклад, на час зимового періоду), можна застосовувати так званий заряд зрівняльним струмом, суть якого зводиться до наступного. Заряд АБ проводиться малим струмом, рівним току саморазряда акумулятора. Такий режим заряду виключає саморазряд за рахунок компенсації внутрішніх витоків АБ. У зимовий час запобігає замерзання електроліту. Зарядний пристрій являє собою стабілізований джерело живлення на напругу 13,5 - 13,8 В з обмеженням струму заряду до 100 - 150 мА (рис 6).

Застосування стабілізатора напруги дозволяє виключити можливість сульфитации і перезарядження акумулятора.

Крім перерахованих способів заряду існують і інші. Як правило, це комбінація з перерахованих вище способів.

Контрольно-тренувальні цикли

Контрольно-тренувальний цикл заряду-розряду проводиться для запобігання сульфитации і визначення ємності акумулятора. Контрольно-тренувальні цикли проводяться не рідше одного разу на рік і виконуються наступним чином: заряджають АБ нормальним струмом (будь-яким з описаних способів) до повного заряду; витримують АБ 3 години після припинення заряду; коректують щільність електроліту; включають зарядку на 20-30 хвилин для перемішування електроліту; проводять контрольну розрядку постійним нормальним струмом 10-годинного режиму і контролюють час повного розряду до напруги 1,7 В на банку (10,2 В на АБ); ємність батареї визначають як добуток величини розрядного струму і часу розряду. Після контрольного розряду батарею відразу ж ставлять на зарядку і повністю заряджають. Якщо виявилося, що ємність АБ менше 50% номінальної, вона вважається несправною.

Неавтоматизованих контрольний розряд вимагає постійної присутності обслуговуючого персоналу для фіксації та регулювання струму розряду. Пристрій автоматизованого тестування стабілізацію струму розряду і підрахунок ємності виконує автоматично.

температура

Температурний діапазон експлуатації свинцево-кислотних АБ становить -30 ... + 50 ° С. Ідеальна температура для експлуатації АБ становить + 20 ± 5 ° С. Більш високі температури можуть призвести до скорочення терміну служби АБ. Більш низькі температури не знизять термін служби, але зменшують відбирається ємність. Перевищення температури +55 ° С неприпустимо. При вимірах щільності електроліту слід мати на увазі, що при підвищенні температури електроліту на 10 ° С щільність електроліту зменшується на 0,007 г / см3, а при зниженні на 10 ° С збільшується на 0,007 г / см3. Слід уникати тривалої експлуатації АБ при температурах вище +45 ° С. Під час розряду свинцевою АБ відбувається зниження щільності електроліту і при негативних температурах він замерзає. Область замерзання електроліту приблизно однакова для всіх типів свинцево-кислотних АБ і виглядає наступним чином:

Ступінь розрядженого (частка знятої ємності по відношенню до номінальної),% Температура замерзання електроліту, ° С 20 -30 40 -20 60 -15 80 -10 100 -5

При зміні температури в межах від + 15 ° С до + 25 ° С не потрібно зміни значень зарядного напруги. Якщо температура надовго відхиляється від зазначених значень, то потрібне коригування зарядного напруги. Коригувальний фактор становить 0.005 В на елемент на кожен градус. Таким чином, необхідно дотримуватися такі значення напруги.

Температура АБ, ° С U заряду, В / ел. U підзарядки, В / ел. -10 2,40 2,37 0 2,40 2,37 +10 2,35 2,32 +20 2,30 2,27 +30 2,25 2,23 +40 2,20 2,17

висновок

На основі аналізу розглянутих способів заряду акумуляторних батарей можна стверджувати, що в більшості практичних ситуацій найбільш підходящим є заряд стабілізованою струмом з переходом в режим стабілізації за напругою (метод IU).

Універсальний зарядний пристрій, що забезпечує автоматичний процес заряду, має мати такі окремо регульовані пороги:

• напруги закінчення заряду (напруги, при досягненні якого закінчується заряд стабілізованою струмом і здійснюється перехід в режим заряду стабілізованою напругою);
• напруги змісту (напруги, яке встановлюється в режимі стабілізації напруги);
• напруги нижнього порога (напруги, при зниженні до якого знову починається процес заряду стабілізованою струмом).

Роздільна регульована установка порогів необхідна для:

• Оптимізації процесу заряду. Наприклад, при необхідності швидкого заряду акумулятора (коли допускається «кипіння» електроліту) встановлюється підвищена напруга закінчення заряду близько 2,4 В на банку (для кислотних акумуляторів) і напруга змісту такої ж величини.
  Для заряду акумуляторів, що знаходяться в буфері з постійно підключеним зарядним пристроєм необхідно встановлювати більш низькі напруги закінчення заряду - близько 2,3 ... 2,35 В на банку (особливо критичні до цього параметру гелієві акумулятори).
  Після досягнення верхньої межі заряду необхідно перейти на знижену напругу - напруга змісту. В середньому це напруга становить 2,25 В при нормальних умовах. У цьому випадку виключається википання електроліту і забезпечується тривалий термін служби, але збільшується час заряду;


• Температурної компенсації. Використання акумулятора при температурах, значно відрізняються від нормальної 20 ± 10 ° С, вимагає також вносити відповідні поправки в пороги заряду. При низьких температурах пороги напруг заряду повинні бути вище, ніж при високих;


• Заряду різнотипних акумуляторів. Пороги заряду лужних, кислотних, кислотних гелієвих акумуляторів відрізняються. Ці пороги визначаються виробниками акумуляторів.

З огляду на перелічені особливості процесів заряду акумуляторних батарей, нашими фахівцями були розроблені автоматичні зарядні пристрої серії УЗПС.

1. Піонтоковскій Б.А. Експлуатація електричних акумуляторів на підприємствах електрозв'язку. - М .: "Зв'язок", 1969;
2. 2. ГОСТ 26881-86. Акумулятори свинцеві стаціонарні. Загальні технічні умови;
3. Дасоян М.А. та ін. Стартерні акумуляторні батареї: Пристрій, експлуатація та ремонт.- М .: Транспорт, 1991.