Наша сеть партнеров Banwar
Автор: Котоміна В.Е.
Зарядити акумулятор дуже просто:
якщо Ви не переплутали полярність і забезпечили прийнятний ток, то головне - вчасно зупинитися.
Сьогодні мало хто уявляє своє повсякденне життя без акумуляторів. Крім мобільних телефонів, портативних комп'ютерів і радіостанцій, електроінструменту і багато чого іншого, де застосування акумуляторів само собою зрозуміло, останні починають витісняти з ужитку первинні елементи - старі добрі батарейки. Поява лужних акумуляторів в розмірах побутових батарейок яскраве тому свідчення. Природно, хто ж відмовиться кілька сот разів використовувати батарейку, ціна якої лише в 2 - 3 рази вище ?! Одним словом, чим далі, тим більше акумуляторів буде застосовуватися в побуті і техніці. Але для того, щоб отримати ці самі кілька сотень циклів експлуатації, які відрізняють акумулятор від первинного елемента, потрібно їх правильно експлуатувати.
Під правильною експлуатацією акумуляторів слід розуміти дотримання умов розряду і заряду. Що стосується розряду - не слід, по-перше, перевищувати максимально допустимі розрядні струми і, по-друге, переразряжать акумулятор. Перше досягається правильним вибором типу і ємності акумулятора, друге можна забезпечити за допомогою спеціальних сервісних пристроїв, що забезпечують автоматичне відключення акумулятора від навантаження при повному розряді. Більшість мобільних телефонів, портативних комп'ютерів і відеокамер мають в своєму складі такі пристрої. Крім того, якщо користувач (оператор) досить уважний, і вимкне, наприклад, свій акумуляторний ліхтарик, світло якого почав згасати, то з його акумулятором нічого не трапиться.
Виряджені акумулятори потрібно правильно зарядити . на побутових лужних акумуляторах зазвичай написано, як це зробити. Як правило виробники рекомендують "стандартний" заряд - ток 0,1Сном (де С - номінальна ємність акумулятора), час 14 - 16 годин. У переважній більшості випадків цей режим заряду і є правильним з точки зору забезпечення довговічності акумулятора, але не кожен користувач погодиться чекати половину доби заряджаючи акумулятор мобільного телефону або відеокамери. Тому в більшості випадків застосовується майже правильний так званий "швидкий" заряд. Оскільки кожен тип акумуляторів має свої особливості, що зумовлюють область їх застосування і вимоги до заряду, то має сенс говорити про методи заряду для кожного типу акумуляторів окремо. Далі в цій статті я не буду розглядати первинні елементи, тому щоб уникнути плутанини домовимося, що акумулятор або елемент це елементарний заряджається гальванічний джерело струму, а батарея - послідовно з'єднані два і більше акумулятора. Я утримаюся від опису експлуатаційних властивостей акумуляторів і буду розглядати їх різні типи тільки з точки зору процесу заряду.
Свинцево-кислотні акумулятори
Свинцево-кислотних акумулятором називається гальванічний елемент, в якому активною речовиною позитивного електрода служить двоокис свинцю, а негативного - губчастий свинець. Розглянемо хімічні реакції при заряді кислотного акумулятора:
PbSO4 + PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4 (1)
при перезаряді:
2H2O = 2H2 + O2 (2)
побічна реакція:
H2SO4 = SO3 + H2O (3)
З рівняння (1) видно, що при заряді на негативному електроді відновлюється губчастий металевий свинець, а на позитивному - двоокис свинцю.
Свинцево-кислотні акумулятори бувають заливні і герметичні . Заливні дешевші і допускають заміну і долив електроліту. В даний час спостерігається тенденція на зниження їх застосування, тому що вони придатні лише для стаціонарного використання і незастосовні в житлових і робочих приміщеннях через виділення різних газів в процесі експлуатації (див. рівняння (2) і (3)). Зрозуміло молекула сірчаного ангідриду SO3 важка і малорухлива. Швидше за все, вона прореагує з водяною парою і повернеться в розчин електроліту, але при перезаряді (2), коли газоутворення йде активно, може мати місце винос отруйного газу в навколишній простір. Кількості його малі, але в закритому приміщенні ... До того ж суміш газів які утворюються в результаті реакції (2) вибухонебезпечна. Однак, з точки зору заряду, це самі невибагливі акумулятори. Їх можна заряджати струмами до 0,25 Сном, а умовою закінчення заряду приблизно можна вважати досягнення деякого напруження, наприклад, для температури 20оС це напруга складе 2,43 - 2,53 в. Крім того, якщо навіть цей поріг перевищено, то перезаряд призведе до "кипіння" - електрохімічного розкладання води. За умови, що приміщення добре провітрюється, єдиною проблемою стане відновлення нормального рівня електроліту.
Свинцево-кислотні герметичні акумулятори
Свинцево-кислотні герметичні акумулятори відрізняються від заливних в основному застосуванням гелиевого електроліту і герметичністю контейнера. На цьому типі слід зупинитися і розглянути його більш детально. Якщо не брати до уваги трохи вищою вартістю, герметичний кислотний акумулятор позбавлений недоліків заливного, що значно розширює область його застосування. Що з себе представляє і які особливості має цей тип досить докладно описано в [1]. З точки зору заряду, це найкращий в сенсі простоти акумулятор. По-перше, про ступінь зарядженості однозначно свідчить напруга на акумуляторі 2,43 -2,53 в для циклічного режиму заряду, а по-друге, навіть при перевищенні зарядного напруги, не відбувається виділення газів - рекомбінація в товщі гелиевого шару і на пробках клапанів , виконаних з каталітичної гуми. Однак, при значних токах заряду, швидкість виділення газів може перевищити швидкість рекомбінації, і спрацює запобіжний клапан. Кислотні акумулятори можна заряджати в широкому діапазоні температур -20 - +50 оС. Максимальні зарядні струми - до 0,35 Сном.
Заряджати кислотні акумулятори можна від будь-якого джерела струму, забезпечивши виконання умови - не перевищувати величину максимального зарядного струму. Умова закінчення заряду - досягнення напруги порога відключення можна контролювати по вольтметру або початку "кипіння", яке можна визначити на слух. Для того щоб звільнити людину від контролю процесу заряду акумуляторної батареї, застосовуються автоматичні зарядні пристрої.
Просте автоматичний зарядний пристрій (далі ЗУ) наведено на схемі 1.
Джерело живлення заряджає акумуляторну батарею (далі АБ) через керований ключ. Пристрій управління відстежує напругу на АБ і, при досягненні напруги
U = (2,35 - 2,43) х N Вольт
(Де N - кількість елементів в батареї), видає сигнал розімкнути ключ. Залежності струмів і напруг від часу наведено на рис 1а.
МАЛ. 1а
Ефективність такого заряду становить 80 - 90% в залежності від величини струму в кінці заряду. Для отримання повного заряду потрібно другий ступінь дискретного або безперервного дозаряда. При дискретному дозаряда пристрій управління після відключення ключа продовжує контролювати напругу на АБ і при його зниженні до порога включення знову замикає ключ. У міру досягнення повного заряду тривалість імпульсів дозаряда зменшується, а паузи збільшуються, так як поріг відключення в міру заряду досягається швидше, а нижній поріг включення повільніше (рис. 1б). Застосовується цей спосіб при малих токах заряду, так як великі струми на кінцевій стадії заряду кислотних акумуляторів небажані. Крім того, у що побували в експлуатації акумуляторів зазвичай підвищується внутрішньо опір, що призводить до передчасного досягнення порогу відключення.
МАЛ. 1б
Кращим, але більш складним є так зване "швидке" автоматичний зарядний пристрій (схема 2). Тут від джерела живлення харчуються стабілізатори струму і напруги. Стабілізатор струму видає максимальний допустимий струм заряду, у міру зростання напруги на АБ зменшує його, а при досягненні порогу, переводить АБ в другу стадію - заряд постійною напругою U = (2,26 - 2,31) * N від стабілізатора напруги. Саме ця схема заряду рекомендується усіма фірмами виробниками АБ, з різними варіаціями. наприклад фірма PANASONIC (Японія) рекомендує постійний стабільний струм на весь час заряду, а фірма Sonnensheinn (Німеччина) для акумуляторів серій А400 і А500 рекомендує трохи більше порогове значення напруги. Зрозуміло цей пристрій складніше і дорожче інших.
Оптимальним за сумою параметрів, включаючи вартість, є автоматичний зарядний пристрій (схема 3). Тут джерело живлення, як в зарядному пристрої на схемі 1, забезпечує обмеження струму і живить стабілізатор напруги, відрегульований на напругу Uз = (2,26 - 2,31) х N Вольт. До досягнення зазначеного напруги струм заряду буде визначати джерело живлення, а при досягненні на АБ напруги Uз стабілізатор напруги увійде в режим і буде обмежувати струм, підтримуючи напругу на АБ постійним. Саме цей метод застосовується для заряду батарей працюють в буферному режимі або знаходяться в гарячому резерві. Залежності струмів і напруг від часу заряду наведено на рис.1, 2 і 3 відповідно зарядних пристроїв на схемах 1, 2 і 3.
Існує безліч публікацій про заряд кислотних акумуляторів асиметричним струмом - чергуючи імпульси заряду і розряду. Нібито такий метод заряду підвищує термін служби акумуляторів, але у авторів немає єдиної думки з приводу величини і форми цих імпульсів. Якщо врахувати, що кислотні акумулятори є найдешевшими, то застосування дорогих пристроїв для сумнівного продовження їх терміну служби навряд чи доцільно.
Природно, хто ж відмовиться кілька сот разів використовувати батарейку, ціна якої лише в 2 - 3 рази вище ?