Меню

Разрядный ток свинцового аккумулятора

Применение и эксплуатация кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов

Автор: Журавлев О. В.

В статье рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС)

Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные аккумуляторные батареи (далее — аккумуляторы), предназначенные для использования в качестве источников постоянного тока для электропитания или резервирования аппаратуры ОПС, связи и видеонаблюдения, в короткий срок завоевали популярность у пользователей и разработчиков. Наиболее широкое применение получили аккумуляторы, производимые фирмами: «Power Sonic», «CSB», «Fiamm», «Sonnenschein», «Cobe», «Yuasa», «Panasonic», «Vision».

Аккумуляторы такого типа имеют следующие достоинства:


Рисунок 1 — Зависимость времени разряда аккумулятора от тока разряда

  • герметичность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу;
  • не требуются замена электролита и доливка воды;
  • возможность эксплуатации в любом положении;
  • не вызывает коррозии аппаратуры ОПС;
  • устойчивость без повреждений к глубокому разряду;
  • малый саморазряд (менее 0,1%) от номинальной ёмкости в сутки при температуре окружающей среды плюс 20 °С;
  • сохранение работоспособности при более чем 1000 циклов 30% разряда и свыше 200 циклов полного разряда;
  • возможность складирования в заряженном состоянии без подзаряда в течение двух лет при температуре окружающей среды плюс 20 °С;
  • возможность быстрого восстановления ёмкости (до 70% за два часа) при заряде полностью разряженного аккумулятора;
  • простота заряда;
  • при обращении с изделиями не требуется соблюдение каких-либо мер предосторожности (так как электролит находится в виде геля, отсутствует утечка кислоты при повреждении корпуса).


Рисунок 2 — Зависимость емкости аккумулятора от температуры окружающей среды

Одной из основных характеристик является ёмкость аккумулятора С (произведение тока разряда А на время разряда ч). Номинальная ёмкость (значение указано на батарее) равна ёмкости, которую отдает аккумулятор при 20-часовом разряде до напряжения 1,75 В на каждой ячейке. Для 12-вольтового аккумулятора, содержащего шесть ячеек, это напряжение равно 10,5 В. Например, аккумулятор с номинальной ёмкостью 7 Ач обеспечивает работу в течение 20 ч при токе разряда 0,35 А. При расчете времени работы аккумулятора при токе разряда, отличном от 20-часового, реальная ёмкость его будет отличаться от номинальной. Так, при более 20-часовом токе разряда реальная ёмкость аккумулятора будет меньше номинальной (рисунок 1).

Ёмкость аккумулятора также зависит от температуры окружающей среды (рисунок 2).
Все фирмы-производители выпускают аккумуляторы двух номиналов: 6 и 12 В с номинальной ёмкостью 1,2 … 65,0 А*ч.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ АККУМУЛЯТОРОВ

При эксплуатации аккумуляторов необходимо соблюдать требования, предъявляемые к их разряду, заряду и хранению.

1. Разряд аккумулятора

При разряде аккумулятора температура окружающей среды должна поддерживаться в пределах от минус 20 (для некоторых типов аккумуляторов от минус 30 °С) до плюс 50 °С. Такой широкий температурный диапазон позволяет устанавливать аккумуляторы в неотапливаемых помещениях без дополнительного подогрева.
Не рекомендуется подвергать аккумулятор «глубокому» разряду, так как это может привести к его порче. В таблице 1 приведены значения допустимого напряжения разряда для различных значений тока разряда.

Ток разряда, А Допустимое напряжение разряда, В/элемент
0,2 С и менее 1,75
От 0,2 до 0,5 1,70
От 0,5 до 1,0 1,55
От 1,0 и более 1,30

Аккумулятор после разряда следует немедленно зарядить. Это особенно касается аккумулятора, который был подвергнут «глубокому» разряду. Если аккумулятор в течение длительного периода времени находится в разряженном состоянии, то возможна ситуация, при которой восстановить полностью его ёмкость будет невозможно.

Некоторые разработчики источников питания со встроенным аккумулятором устанавливают напряжение отключения батареи при ее разряде предельно низким (9,5…10,0 В), пытаясь увеличить время работы в резерве. На самом деле увеличение продолжительности ее работы в этом случае незначительно. Например, остаточная ёмкость батареи при ее разряде током 0,05 С до 11 В составляет 10% от номинальной, а при разряде большим током это значение уменьшается.

2. Соединение нескольких аккумуляторов

Для получения номиналов напряжений свыше 12 В (например, 24 В), используемых для резервирования приемно-контрольных приборов и извещателей для открытых площадок, допускается последовательное соединение нескольких аккумуляторов. При этом следует соблюдать следующие правила:

  • Необходимо использовать одинаковый тип аккумуляторов, производимых одной фирмой-изготовителем.
  • Не рекомендуется соединять аккумуляторы с разницей даты времени изготовления больше чем 1 месяц.
  • Необходимо поддерживать разницу температур между аккумуляторами в пределах 3 °С.
  • Рекомендуется соблюдать необходимое расстояние (10 мм) между батареями.

3. Хранение

Допускается хранить аккумуляторы при температуре окружающей среды от минус 20 до плюс 40 °С.

Аккумуляторы, поставляемые фирмами-изготовителями в полностью заряженном состоянии, имеют достаточно малый ток саморазряда, однако при длительном хранении или использовании циклического режима заряда возможно уменьшение их емкости (рисунок 3). Во время хранения аккумуляторов рекомендуется перезаряжать их не реже 1 раза в 6 месяцев.

4. Заряд аккумулятора


Рисунок 4 — Зависимость срока службы аккумулятора от температуры окружающей среды

Заряд аккумулятора можно осуществлять при температуре окружающей среды от 0 до плюс 40 °С.
При заряде аккумулятора нельзя помещать его в герметично закрытую емкость, так как возможно выделение газов (при заряде большим током).

ВЫБОР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

Рисунок 5 — Зависимость изменения относительной емкости аккумулятора от срока службы в буферном режиме заряда

Необходимость правильного выбора зарядного устройства продиктована тем, что чрезмерный заряд будет не только уменьшать количество электролита, а приведет к быстрому выходу из строя элементов аккумулятора. В то же время уменьшение тока заряда приводит к увеличению продолжительности заряда. Это не всегда желательно, особенно при резервировании аппаратуры ОПС на объектах, где часто происходят отключения электроэнергии,
Срок службы аккумулятора существенно зависит от методов заряда и температуры окружающей среды (рисунки 4, 5, 6).

Буферный режим заряда

Рисунок 6 — Зависимость количества циклов разряда аккумулятора от глубины разряда* % показывает глубину разряда на каждый цикл номинальной емкости, взятой как 100%

При буферном режиме заряда аккумулятор всегда подключен к источнику постоянного тока. В начале заряда источник работает как ограничитель тока, в конце (когда напряжение на батарее достигает необходимого значения) — начинает работать как ограничитель напряжения. С этого момента ток заряда начинает падать и достигает величины, компенсирующей саморазряд аккумулятора.

Циклический режим заряда

При циклическом режиме заряда производится заряд аккумулятора, затем он отключается от зарядного устройства. Следующий цикл заряда осуществляется только после разряда аккумулятора или через определенное время для компенсации саморазряда. Характеристики заряда аккумулятора приведены в таблице 2.

Характеристики Тип заряда, режим
Буферный Циклический
Напряжение, В/ячейка 2,25…2,30 2,40…2,45
Начальный ток заряда, А 1/4 С, не более 1/4 С, не более
Минимальное время заряда, ч 24 10
Температурный коэффициент -3 мВ/ С/ ячейка -5 мВ/ С/ ячейка
Температура окружающей среды, ° С от 0 до +40

Примечание — Температурный коэффициент не следует принимать во внимание, если заряд протекает при температуре окружающей среды 10…30° С.

На рисунке 6 показано количество циклов разряда, которым можно подвергнуть аккумулятор в зависимости от глубины разряда.

Ускоренный заряд аккумулятора

Допускается проведение ускоренного заряда аккумулятора (только для циклического режима заряда). Для данного режима характерно наличие цепей температурной компенсации и встроенных температурных защитных устройств, так как при протекании большого тока заряда возможен разогрев аккумулятора. Характеристики ускоренного заряда аккумулятора приведены в таблице 3.

Характеристики Значения
Начальный ток заряда, А 1,0…1,5 С
Напряжение, В 2,45…2,50 В/ячейка при 20° С
Время заряда (от 50% разряженного значения до полного заряда аккумулятора), ч 1…3
Температурный коэффициент -5 мВ/ С/ ячейка
Температура окружающей среды, ° С от 0 до плюс 30

Примечание — следует использовать таймер, чтобы предотвратить заряд аккумулятора.

Для аккумуляторов, имеющих ёмкость более чем 10 Ач, начальный ток не должен превышать 1C.
Срок службы кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов может составлять 4…6 лет (при соблюдении требований, предъявляемых к заряду, хранению и эксплуатации аккумуляторов). При этом в течение указанного срока их эксплуатации никакого дополнительного обслуживания не требуется.

* Все рисунки и технические характеристики, использованные в данной статье, приведены из документации для аккумуляторов фирмы «Fiamm», а также полностью соответствуют техническим характеристикам параметров аккумуляторов, производимых фирмами «Cobe» и «Yuasa».

Эта статья прочитана 35219 раз(а)!

Продолжить чтение

Какая емкость АБ Вам нужна? Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании «Ваш Солнечный Дом» помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета…
Типы аккумуляторов Типы аккумуляторных батарей и области их применения В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel). Мы постараемся избегать формул и…
Новый аккумулятор нужно заряжать ⚡ В каких случаях необходимо заряжать новый аккумулятор? Любому автолюбителю известно, что необходимо время от времени обслуживать аккумуляторную батарею, установленную в транспортном средстве, но далеко не всем известно, что необходимо так же обслужить новый аккумулятор перед началом использования. Нужно ли заряжать…
Аккумуляторы - FAQ Как правильно заменять аккумуляторные батареи, какое напряжение выдают аккумуляторы, что такое гелевый аккумулятор, в чем преимущества литиевых аккумуляторов, как соединять аккумуляторы параллельно и последовательно для увеличения емкости и напряжения — ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы вы получите…
Герметизированные аккумуляторы Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы Первый работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте. Конструкция аккумулятора представляла собой электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10 %…

Google рекомендует

Реклама

Добавить комментарий Отменить ответ

Поиск по сайту

Навигация

  • Путеводители по сайту
  • Оборудование
    • Солнечные батареи
      • Руководство покупателя
    • Контроллеры
    • Солнечные коллекторы
    • Ветрогенераторы
    • Инверторы
      • Батарейные
      • Сетевые
    • Стабилизаторы
    • Зарядные устройства
    • Аккумуляторы
    • Устройства защиты
    • Тепловые насосы
    • Встроенные пылесосы
    • Лампы и прожекторы
    • Архив
  • Подбор оборудования
    • Заказ выезда инженера
    • Подберите мне комплект!
    • Хочу горячую воду от солнца!
    • Заказ встроенного пылесоса
    • Заказ теплового насоса
  • Основы
    • Автономное электроснабжение
    • Резервное электроснабжение
    • Солнечная энергетика
      • Солнечное тепло
      • Фотоэлектричество
    • Энергия ветра
    • Силовая электроника
    • Аккумулирование энергии
    • Отопление
  • Библиотека Статьи и документы
    • про электроснабжение
    • про солнце
    • про ветер
    • про аккумуляторы
    • про отопление
  • Вопросы и ответы
  • Наши объекты
  • Заказ выезда инженера
  • Как стать нашим партнером?
  • Форум и поддержка
  • События и публикации

Подкатегории

  • про солнце
  • про ветер
  • про отопление
  • про аккумуляторы
  • про электроснабжение

Общая информация

  • Путеводители по сайту
  • Карта сайта
  • Статьи по теме фотоэнергетики
  • О нас
    • 12 причин выбрать нас
    • Производители оборудования
    • Где купить?
    • Дилеры в России
    • Наши вакансии
  • Условия копирования
  • Документация на оборудование
  • Новые товары и скидки
Читайте также:  Ток свечи системы зажигания

Новые материалы

  • Путеводитель по теме «Солнечное тепло»
  • Путеводитель по теме «Инверторы»
  • Путеводитель по теме «Аккумуляторы»
  • Путеводитель по разделу «Контроллеры»
  • Путеводитель по теме «Системы электроснабжения»
  • Насосы TopsFlo
  • Сравнение литиевых и свинцовых аккумуляторов

Новости и скидки

Популярные

  • Характеристики аккумуляторов
  • Угол наклона и направление
  • Цена средней солнечной электростанции
  • Типы и параметры щелочных аккумуляторов
  • Типы свинцово-кислотных АБ

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?

Заряд аккумуляторов различных типов

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 (PbO2). В случае с отрицательным электродом – это порошок свинца (Pb). При заряде свинцово-кислотной аккумуляторной батареи на электродах протекают следующие реакции.

Общий процесс в электрохимической системе описывается уравнением.

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.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия) Напряжение, В (в отсутствии нагрузки) Напряжение, В (с нагрузкой 100 А) Степень заряда АКБ, % Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,11 11,7 8,4 -7
1,12 11,76 8,54 6 -8
1,13 11,82 8,68 12,56 -9
1,14 11,88 8,84 19 -11
1,15 11,94 9 25 -13
1,16 12 9,14 31 -14
1,17 12,06 9,3 37,5 -16
1,18 12,12 9,46 44 -18
1,19 12,18 9,6 50 -24
1,2 12,24 9,74 56 -27
1,21 12,3 9,9 62,5 -32
1,22 12,36 10,06 69 -37
1,23 12,42 10,2 75 -42
1,24 12,48 10,34 81 -46
1,25 12,54 10,5 87,5 -50
1,26 12,6 10,66 94 -55
1,27 12,66 10,8 100 -60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия) Напряжение, В (в отсутствии нагрузки) Напряжение, В (с нагрузкой 100 А) Степень заряда АКБ, % Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Основной проблемой в процессе заряда свинцово-кислотного аккумулятора является неполное растворение сульфата свинца (PbSO4). Это вещество забивает поры активной массы, в результате чего снижается площадь взаимодействия электролита с материалом электрода. Из-за этого происходит постепенная потеря ёмкости.

По мере эксплуатации аккумуляторной батареи сульфата свинца на пластинах после заряда остаётся всё больше. Процесс носит название сульфатации. Он является причиной выхода из строя большинства свинцово-кислотных аккумуляторов на транспортных средствах.

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.

Заряд свинцово-кислотного аккумулятора

Другой распространённой схемой является заряд постоянным током. Этот процесс включает в себя несколько этапов, на каждом из которых поддерживается постоянная сила тока.

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.

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.

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.

Заряд щелочного аккумулятора

Происходящие процессы

Наиболее распространёнными электрохимическими системами щелочных аккумуляторов являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные. Рассмотрим процесс заряда на их примере. Оба типа батарей имеют положительный электрод с активной массой из гидроокиси никеля (NiOOH). В ней присутствует графит и окись бария. Окись бария продлевает срок службы АКБ, а графит увеличивает электропроводность активной массы.

Активная масса на отрицательном электроде в никель─кадмиевых аккумуляторах представляет собой смесь порошков кадмия (Cd) и железа (Fe). У никель─металлогидридных аккумуляторов активная масса на минусовом электроде является смесью порошков железа и его окислов. В неё добавляют сернокислый никель (NiSO4) и сернистое железо (FeS).

Ниже представлены реакции, происходящие в щелочном аккумуляторе при заряде.

2Ni(OH)2 + 2KOH + Fe(OH)2 -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Fe

2Ni(OH)2 + 2KOH + Cd(OH)2 -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Cd

В процессе разряда активная масса на положительном электроде окисляется и 2Ni(OH)2 превращается в гидроокись никеля. Одновременно с этим в активной массе отрицательного электрода происходит восстановление, в результате которого образуется железо и кадмий.

Режимы заряда

Если рассматривать заряд стандартного аккумуляторного элемента Ni-Cd, то рекомендуемый ток составляет 10─20% от номинальной ёмкости. Во время зарядки может доходить до 16 часов. Допустимый диапазон температур для зарядки щелочных аккумуляторов составляет от 0 до 50 по Цельсию. Наиболее эффективно процесс заряда происходит в диапазоне температур от 10 до 40 градусов Цельсия.

На практике конструкция щелочных аккумуляторов позволяет заряжать их током не менее 30% от номинальной ёмкости. Процесс заряда в этом случае занимает несколько часов. При заряде щелочных аккумуляторов есть один важный момент. Особенно это актуально для никель─кадмиевых батарей. Они имеют такую проблему, как «эффект памяти». Поэтому перед зарядом эти АКБ требуется разрядить. Подобным функционалом располагают многие зарядные устройства, предназначенные для работы со щелочными аккумуляторами.

Поэтому процесс зарядки щелочного аккумулятора чаще всего начинается с его разряда. При этом не должно допускаться снижение напряжения на выводах элемента ниже 1 вольта. После разряда запускается процесс заряда.

Различных схем заряда для щелочных батарей значительно больше, чем для свинцово-кислотных. Некоторые из них приведены на изображении ниже.

Схемы заряда щелочных аккумуляторных батарей

В процессе заряда напряжение на выводах щелочного аккумулятора постепенно увеличивается до 1,6─1,75 вольта. На заключительном этапе напряжение может подниматься до 1,8 вольта. В случае с герметичными щелочными АКБ бывает так, что окончание заряда определяется переданными ампер-часами. Чтобы зарядить батарею целиком иногда расходуется количество энергии, соответствующее 150 процентам от номинальной ёмкости. Напряжение полностью заряженного щелочного аккумулятора в разомкнутой цепи составляет 1,45 вольта.
Вернуться к содержанию

Литиевые

Процесс заряда будет рассмотрен на примере литий─ионных аккумуляторных батарей. В последнее время они получили широкое распространение в качестве источников питания для бытовой техники, потребительской электроники, электроинструмента, электромобилей, электровелосипедов, скутеров и т. п. По сравнению с вышеописанными свинцово-кислотными и щелочными АКБ литий─ионные модели имеют более высокую энергоёмкость.

Заряд литий─ионного аккумулятора

Происходящие процессы

В литиевый электрохимической системе сейчас используются различные химические соединения и периодически разрабатываются новые. Мы рассмотрим реакции, происходящие при заряде в большинстве распространённых коммерческих Li─Ion батареях.

Отрицательный электрод выполняется из материала, содержащего углерод. Благодаря его природе и составу электролита происходит процесс интеркаляции ионов лития в углерод. Углеродная матрица обладает слоистой структурой, которая может быть упорядоченной или частично упорядоченной. Это уже зависит от конкретного углеродосодержащего материала.

Материалы, используемые для производства положительного электрода, могут отличаться для различных разновидностей литиевых батарей. Чаще всего для этих целей используются литированные оксиды кобальта или никеля. Используются также литий─марганцевые шпинели.

При заряде литий─ионного аккумулятора на электродах протекают следующие реакции.

C + xLi + + xe — -> CLix

В процессе интеркаляция ионы лития из электролита внедряются между слоями углерода. При этом объём углеродной матрицы меняется незначительно. Этими качествами был обусловлен выбор углерода в качестве материала анода. Помимо материала, содержащего углерод, в отрицательном электроде могут быть такие добавки, как олово, серебро и их сплавы. В некоторых моделях встречаются композитные материалы.

Режимы заряда

Процесс заряда литий─ионных аккумуляторов комбинированный и проходит в два этапа. На первой стадии ведётся зарядка током, величина которого составляет от 20 до 100% от номинальной емкости батареи. Этот этап продолжается до того, пока напряжение АКБ не достигнет 4,1 вольта. После этого начинается второй этап, во время которого заряд ведётся при постоянном напряжении. По времени вся зарядка продолжается около 3 часов (при максимально допустимом токе), из которых на первый этап отводится один час. Более подробно о процессе заряда литиевых аккумуляторов можно прочитать в этой статье.

Окончание заряда фиксируется в тот момент, когда напряжение достигло максимального (4,1─4,2 В), а ток уменьшился до 3% от своей величины в начале процесса. В некоторых случаях возможен третий этап, который представляет собой хранение. Этот этап представляет собой периодическую подзарядку для компенсации ёмкости, потерянной в результате саморазряда.

Если увеличивать ток заряда выше 0,2─1*С, это не приводит к уменьшению времени процесса. В этом случае просто сокращается первый и увеличивается второй этап.

Бывают зарядные устройства, которые обеспечивают только первый этап зарядки. При таком варианте степень заряженности батареи составляет около 70─80%.
Вернуться к содержанию

Источник

ликбез от дилетанта estimata

Новичку об основах в области экстремальных и чрезвычайных ситуаций, выживания, туризма. Также будет полезно рыбакам, охотникам и другим любителям природы и активного отдыха.

четверг, 28 февраля 2019 г.

Основные характеристики аккумуляторов

Разрядные характеристики аккумуляторных батарей

Разрядные характеристики аккумуляторных батарей

При разряде током в 0,1 С время работы составляет 10 часов и батарея полностью выдаст в нагрузку аккумулированную энергию. При разряде током 2 С (в 20 раз большим) время работы будет около 15 минут (1/4 часа) и при этом батарея выдаст в нагрузку только половину аккумулированной энергии. При больших токах разряда это значение еще меньше. Зачастую в источниках бесперебойного питания аккумуляторные батареи работают в еще более тяжелых режимах, при которых токи разряда достигают 4 С. При этом время разряда сравнимо с 5 минутами и батарея выдает в нагрузку менее 40% энергии.

Ёмкость аккумулятора

Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее ёмкостью. В системе СИ ёмкость аккумуляторов измеряют в кулонах (Кл), на практике часто используется внесистемная единица — ампер-час (А⋅ч). 1 А⋅ч = 3600 Кл. Ёмкость аккумулятора указывается производителем.

В настоящее время всё чаще на аккумуляторах указывается энергетическая ёмкость — энергия, отдаваемая полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения. В системе СИ она измеряется в джоулях (Дж), на практике используется внесистемная единица — ватт-час (Вт⋅ч). 1 Вт⋅ч = 3600 Дж.

Одна АКБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.д., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 2000 Ач.

Для увеличения срока службы свинцово-кислотной АКБ желательно использовать только малую часть ее емкости до повторной зарядки. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом, причем не обязательно полностью разряжать аккумулятор. Например, если вы разрядили аккумулятор на 5 или 10% и затем снова зарядили его — это тоже считается как 1 цикл. Конечно, количество возможных циклов будет сильно отличаться при различной глубине разряда (см. ниже). Если возможно использовать более 50% энергии, запасенной в АКБ до ее заряда, без заметного ухудшения ее параметров, такая батарея называется батареей «глубокого разряда».

Заряд-разрядные кривые.

Можно повредить батареи, если перезарядить их. Максимальное напряжение кислотных АКБ должно быть 2,5 вольта на элемент, или 15 В для 12-ти вольтовой батареи. Многие фотоэлектрические батареи имеют мягкую нагрузочную характеристику, поэтому при увеличении напряжения ток заряда снижается значительно. Поэтому всегда необходимо использовать специальный контроллер заряда для солнечных батарей. В случае применения ветроэлектрических станций или микроГЭС, такие контроллеры также обязательны.

Напряжение аккумулятора

Напряжение на аккумуляторе зачастую является основным параметром, по которому можно судить о состоянии и степени заряженности аккумулятора. Особенно это относится к герметизированным аккумуляторам, у которых не возможно измерить плотность электролита.

Напряжение при заряде, разряде и отсутствие тока очень сильно отличаются. Для определения степени заряженности аккумулятора измеряют напряжение на его клеммах при отсутствии как зарядного, так и разрядного токов в течение как минимум 3-4 часов. За это время напряжение обычно успевает стабилизироваться. Значение напряжения при заряде или разряде ничего не скажет от состоянии или степени заряженности АКБ. Примерная зависимость степени заряженности аккумулятора от напряжения на его клеммах в режиме холостого хода, приведена в таблице ниже. Это типичные значения для стартерных аккумуляторов с жидким электролитом. Для герметизированных аккумуляторов (AGM и гелевых) обычно эти напряжения немного выше (нужно запрашивать производителя). Например, AGM батареи полностью заряжены, если напряжение составляет 13-13,2 В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7 В).

Степень заряженности аккумулятора

1. Напряжение на аккумуляторе.

2. По плотности электролита.

Этот метод подходит только для аккумуляторов с жидким электролитом. Также, нужно подождать 2 часа перед измерениями. Для измерения используется ареометр. Обязательно наденьте резиновые перчатки и защитные очки! Держите рядом пищевую соду и воду на случай, если вода попадет на кожу.

Степень заряженности аккумулятора

Срок службы аккумуляторов

Срок службы аккумуляторов определяется числом циклов заряд-разряд (но не в годах или месяцах!) и значительно зависит от условий ее эксплуатации. Чем глубже разряжается батарея, чем большее время она находится в разряженном состоянии, тем меньшее число возможных циклов работы.

Срок службы аккумуляторных батарей в циклах

Само понятие «количество рабочих циклов «заряда-разряда» аккумулятора» относительное, так как сильно зависит от различных факторов. Кроме того, значение количества рабочих циклов, например для одного типа аккумулятора, не является универсальным понятием, так как зависит от технологии, различной у каждого из производителей.
Срок службы аккумуляторов определяется в циклах, поэтому время работы в годах — приблизительное и рассчитано для типичных условий работы. Поэтому, если, например, в рекламе указано, что срок службы аккумуляторов составляет 12 лет, это значит, что производитель посчитал срок службы для буферного режима с средним числом циклов заряд-разряд 8 в месяц.

Еще один важный момент — в процессе эксплуатации полезная емкость аккумулятора уменьшается. Все характеристики по количеству циклов обычно приводятся не до полной смерти аккумулятора, а до момента потери им 40% своей номинальной емкости. Т.е, если производителем приведено количество циклов 600 при 50% разряде, это значит, что через 600 идеальных циклов (т.е. при температуре 20 ° С и разряде током одной величины, обычно 0,1 С) полезная ёмкось аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.

Свинцово-кислотные АКБ, предназначенные для использования в системах автономного электроснабжения имеют, срок службы от 300 до 3000 циклов в зависимости от типа и глубины разряда. В системах на базе ВИЭ батарея может разрядиться гораздо сильнее, чем при буферном режиме. Для обеспечения длительного срока службы, в типичном цикле разряд не должен превышать 20-30 % емкости АКБ, а глубокий разряд — не более 80% емкости. Очень важно сразу же после разряда заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы. Длительное нахождение (более 12 часов) в разряженном или не полностью заряженном состоянии приводит к необратимым последствиям в аккумуляторах и снижению их срока службы.

Как определить, что аккумулятор уже близок к окончанию своего срока службы? Очень просто — у аккумулятора повышается внутреннее сопротивление, это приводит к более быстрому росту напряжения при заряде (и, соответственно, снижению времени, требуемого для заряда), и более быстрому разряду аккумулятора. Если заряд производится током, близким к предельно допустимому, умирающий аккумулятор будет нагреваться при заряде сильнее, чем раньше.

Максимальные токи заряда и разряда аккумуляторов

Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи измеряются относительно ее емкости. Обычно для аккумуляторов максимальный ток заряда не должен превышать 0,2-0,3 С. Превышение зарядного тока ведет к сокращению срока службы аккумуляторов. Мы рекомендуем устанавливать максимальный ток заряда не более 0,15-0,2 С. Смотрите характеристики на конкретные модели аккумуляторов для определения максимального зарядного и разрядного токов.

Саморазряд аккумуляторов

Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены в отсутствие внешнего потребителя тока.

Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCD аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10 % в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH – немного больше, а для Li-ION пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.

Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается. Глубокий его разряд и последующий заряд увеличивают ток саморазряда.

Саморазряд аккумуляторов в основном обусловлен выделением кислорода на положительном электроде. Этот процесс еще больше усиливается при повышенной температуре. Так, при повышении окружающей температуры на 10 градусов по отношению с комнатной возможно увеличение саморазряда в два раза.

В некоторой степени саморазряд зависит от качества использованных материалов, технологического процесса изготовления, типа и конструкции аккумулятора. Потери емкости могут быть вызваны повреждением сепаратора, когда образования слипшихся кристаллов пробивают его. Сепаратором принято называть тонкую пластину, разделяющую положительный и отрицательный электроды. Это обычно происходит из–за неправильного обслуживания аккумулятора, его отсутствия или применения несоответствующих или некачественных зарядных устройств. У изношенного аккумулятора пластинки электродов разбухают, слипаясь друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда, при этом поврежденный сепаратор невозможно восстановить проведением циклов заряда/разряда.

Источник



Аккумуляторы: каким напряжением заряжать и как это делать

Главная страница » Аккумуляторы: каким напряжением заряжать и как это делать

Аккумуляторы: каким напряжением заряжать и как это делать

Автономные источники питания – аккумуляторные батареи, видятся в современных технологиях неотъемлемым элементом практически любых проектов. Для автомобильной техники аккумуляторы тоже конструктивная часть, без которой немыслима полноценная эксплуатация транспорта. Всеобщая полезность аккумуляторов очевидна. Но технологически эти приборы всё-таки до конца не совершенны. Например, явное несовершенство отмечается частым зарядом аккумуляторов. Конечно же, здесь актуален вопрос, каким напряжением заряжать аккумулятор, чтобы сократить частоту подзарядки и сохранить все рабочие свойства на длительный срок эксплуатации?

Обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторов

Досконально вникнуть в тонкости процессов заряда / разряда свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (автомобильных и других) помогут определения базовых параметров аккумуляторов:

  • ёмкость,
  • концентрация электролита,
  • сила тока разряда,
  • температура электролита,
  • эффект саморазряда.

Под ёмкостью батареи аккумуляторов принимается электричество, отдаваемое каждой отдельной аккумуляторной банкой в процессе её разряда. Как правило, значение ёмкости выражается ампер-часами (А/ч).

Параметры аккумулятора на корпусе батареи

На корпусе аккумуляторной батареи для автомобиля указывается не только номинальная ёмкость, но также стартерный ток при пуске автомобиля на холодную. Пример маркировки — аккумулятор производства Тюменского завода

Ёмкость разряда аккумулятора, обозначенная на технической бирке производителем, считается номинальным параметром. Помимо этой цифры, значимым для эксплуатации является также параметр ёмкости заряда. Необходимое значение заряда вычисляется формулой:

Сз = Iз * Тз

где: Iз – зарядный ток; Тз – время заряда.

Цифра, указывающая разрядную ёмкость батареи аккумуляторов, напрямую связана с другими технологическими и конструктивными параметрами и зависима от условий эксплуатации. Из конструктивно-технологичных свойств аккумулятора влияние на ёмкость разряда оказывают:

  • активная масса,
  • применяемый электролит,
  • толщина электродов,
  • геометрические размеры электродов.

Среди технологических параметров значимой для ёмкости батареи аккумуляторов также является степень пористости активных материалов и рецептура их приготовления.

Свинцово-кислая АКБ структура

Внутренняя структура свинцово-кислого автомобильного аккумулятора, куда входят так называемые активные материалы — пластины минусового и плюсового полей, а также иные компоненты

Не остаются в стороне и эксплуатационные факторы. Как показывает практика, сила разрядного тока в паре с температурой электролита также способны оказывать влияние на параметр ёмкости аккумулятора.

Влияние концентрации электролита

Завышенный уровень концентрации электролита способствует сокращению срока службы аккумулятора. Условия работы батареи с высокой концентрацией электролита приводят к активизации реакции, результатом которой становится образование коррозии на плюсовом электроде аккумуляторной батареи.

Поэтому важно оптимизировать значение концентрации электролита, учитывая те условия, в которых эксплуатируется аккумулятор и требования, предъявляемые производителем по отношению к таким условиям.

Концентрация электролита АКБ

Оптимизация концентрации электролита аккумуляторной батареи видится одним из важных моментов эксплуатации прибора. Контроль уровня концентрации необходим обязательно

К примеру, для условий с умеренным климатом, рекомендованный уровень концентрации электролита для большей части автомобильных аккумуляторов доводят под плотность 1,25 – 1,28 г/см 2 . Когда же актуальной становится эксплуатация приборов в условиях жаркого климата, концентрация электролита должна соответствовать плотности 1,22 – 1,24 г/см 2 .

Аккумуляторы — сила тока разряда

Процесс разряда АКБ логично разделить условно на два режима:

  1. Длительный.
  2. Короткий.

Для первого события характерным видится разряд при малых токах на протяжении относительно длительного временного периода (от 5 до 24 часов).

Для второго события (короткий разряд, стартерный разряд), напротив, характерными являются большие токи в коротком промежутке времени (секунды, минуты). Увеличение разрядного тока провоцирует снижение ёмкости батареи аккумуляторов.

Зарядное устройство АКБ

Зарядное устройство Телетрон, которое успешно применяется для работы с кислотно-свинцовыми автомобильными батареями. Несложная электронная схема, но высокая эффективность действия

Пример:

Есть АКБ с ёмкостью 55 А/ч с рабочим током на клеммах 2,75А. При нормальных условиях окружающей среды (плюс 25-26ºС) ёмкость АКБ находится в пределах 55-60 А/ч. Если разрядить батарею кратковременным током величиной 255 А, что эквивалентно увеличению номинальной ёмкости в 4,6 раза, номинальная ёмкость снизится до 22 А/ч. То есть, практически вдвое.

Электрический воздушный компрессор, 220В/110В 30 мпаЭлектрический воздушный компрессор высокого давленияЭлектрический воздушный насос высокого давления

Температура электролита и саморазряд аккумулятора

Разрядная ёмкость аккумуляторных батарей естественным образом снижается, если падает температура электролита. Падение температуры электролита влечёт за собой увеличение степени вязкости жидкой составляющей. Как следствие, увеличивается электрическое сопротивление активного вещества.

Отключенная от потребителя, полностью бездействующая аккумуляторная батарея, имеет свойства терять ёмкость. Объясняется такое явление химическими реакциями внутри прибора, проходящими даже в условиях полного отключения от нагрузки.

Под влияние окислительно-восстановительных реакций попадают оба электрода – минусовой и плюсовой. Но в большей степени процессом саморазряда охвачен электрод отрицательной полярности.

Реакция сопровождается образованием водорода в газообразном виде. При увеличении концентрации в растворе электролита серной кислоты, отмечается увеличение плотности электролита от значения 1,27 г/см 3 до 1,32 г/см 3 .

Это соразмерно с 40%-ым увеличением скорости эффекта саморазряда на минусовом электроде. Прирост скорости саморазряда дают также и примеси металлов, входящие в структуру электрода отрицательной полярности.

Саморазряд аккумулятора автомобиля

Саморазряд автомобильного аккумулятора после продолжительного хранения. При полном бездействии, при отсутствии нагрузки батарея утратила значительную часть ёмкости

Нужно отметить: любые металлы, присутствующие в составе электролита и других компонентов аккумуляторов, способствуют усилению эффекта саморазряда. Соприкасаясь с поверхностью отрицательного электрода, эти металлы вызывают реакцию, в результате которой начинается выделение водорода.

Некоторая часть существующих примесей исполняет роль переносчика зарядов от плюсового электрода к минусовому. При этом имеют место реакции восстановления и окисления ионов металлов (то есть опять же процесс саморазряда).

Саморазряд аккумуляторной батареи от загрязнений

Бывают и такие случаи, когда АКБ утрачивает заряд от загрязнений на корпусе. За счёт загрязнений создаётся проводящий слой, замыкающий плюсовой и минусовой электроды

Помимо внутреннего саморазряда, не исключается внешний саморазряд аккумулятора автомобиля. Причиной такого явления может стать высокая степень загрязнённости поверхности корпуса АКБ.

Например, пролитый на корпус электролит, вода или иные технические жидкости. Но в этом случае эффект саморазряда легко устраняется. Достаточно лишь очистить корпус батареи и содержать его всегда в чистоте.

Заряд автомобильных аккумуляторов

Начнём от ситуации бездействия прибора (в отключенном состоянии). Каким напряжением или током заряжать аккумулятор автомобиля, когда прибор находится на хранении? В условиях хранения АКБ основная цель зарядки направлена на компенсацию саморазряда. В этом случае зарядка обычно выполняется малыми токами.

Диапазон значений заряда, как правило, от 25 до 100 мА. При этом напряжение заряда необходимо поддерживать в границах 2,18 – 2,25 вольт по отношению к единичной аккумуляторной банке.

Выбор условий заряда аккумулятора

Зарядный ток аккумулятора обычно настраивается на определённую величину в зависимости от заданного времени подзаряда.

Условия заряда аккумулятора

Подготовка автомобильной батареи аккумуляторов для подзарядки в режиме, который требуется определить с учётом технологических свойств и технических параметров при эксплуатации АКБ

Так, если предполагается заряжать аккумулятор в течение 20 часов, оптимальным параметром тока заряда считается величина, равная 0,05С (то есть 5% от номинальной ёмкости аккумулятора). Соответственно, значения будут пропорционально увеличиваться, если менять один из параметров. К примеру, при 10-и часовой зарядке, сила тока уже составит 0,1С.

Заряд двухступенчатым циклом

При таком режиме изначально (первая ступень) осуществляется заряд током 1,5С до состояния, когда напряжение на отдельной банке достигнет значения 2,4 вольта.

После этого переводят зарядное устройство на режим по току заряда величиной 0,1С и продолжают заряжать до полного набора ёмкости 2 – 2,5 часа (вторая ступень). Напряжение заряда в режиме второй ступени варьируется в пределах 2,5 – 2,7 вольта для одной банки.

PAGANI - мужские механические наручные часыЖенские механические часы JSDUNPAGANI дизайнерские брендовые мужские часы

Форсированный режим заряда

Принцип форсированного заряда предполагает установку значения зарядного тока на уровне 95% от номинальной ёмкости батареи – 0,95С.

Способ достаточно агрессивный, но позволяет всего за 2,5-3 часа зарядить аккумулятор практически полностью (на практике 90%). До 100% ёмкости зарядка форсированным режимом отнимет 4 – 5 часов времени.

Контрольно-тренировочный цикл

Контрольно-тренировочный цикл АКБ

Практика эксплуатации автомобильных АКБ отмечает положительный результат, когда контрольно-тренировочный цикл применяется к новым аккумуляторным батареям, ещё не побывавшим в работе

Для этого варианта оптимальным является зарядка с параметрами, вычисленными простой формулой:

I = 0.1 * С20;

Заряжают до момента, когда напряжение на отдельно взятой банке составит 2,4 вольта, после чего уменьшают величину зарядного тока до значения:

I = 0.05 * C20;

При таких параметрах продолжают процесс до полного заряда.

Контрольно-тренировочный цикл охватывает также практику разряда, когда АКБ разряжается небольшим током 0,1С до уровня общего напряжения 10,4 вольта. При этом степень плотности электролита поддерживается на уровне 1,24 г/см 3 . После разряда прибор заряжают по стандартной методике.

Общие принципы зарядки свинцово-кислотных АКБ

Специалистами рекомендуется применять такие условия заряда для аккумулятора, при которых явно выражено резкое уменьшение тока под завершение процесса. На практике применяют несколько способов, каждый из которых имеет свои сложности и сопровождается разным объёмом финансовых издержек.

Аккумуляторы и способы зарядки

Определиться, каким способом заряжать аккумуляторную батарею, несложно. Другой вопрос — какой результат будет получен от применения того или иного способа

Самым доступным и простым методом считается заряд постоянным током при напряжении 2,4 – 2,45 вольт/банка. Процесс заряда продолжается до тех пор, когда величина тока будет оставаться постоянной в течение 2,5-3 часов. При таких условиях аккумулятор считается полностью заряженным.

Между тем большее признание среди автомобилистов получила методика комбинированного заряда. В этом варианте действует принцип ограничения начального тока (0,1С) до момента достижения заданного напряжения.

Затем процесс продолжается при постоянном напряжении (2,4В). Для этой схемы допустимо повышение первоначального тока заряда до 0,3С, но не более того. Аккумуляторы, работающие в буферном режиме, рекомендуется заряжать при низких напряжениях. Оптимальные значения заряда: 2,23 – 2,27 вольта.

Глубокий разряд — устранение последствий

Прежде всего, следует подчеркнуть: восстановление АКБ до номинальной ёмкости возможно, но при условии, когда имели место не более 2-3 глубоких разрядов. Заряд в таких случаях выполняется постоянным напряжением величиной равной 2,45 вольта на банку. Также допускается заряжать током (постоянным) величиной 0,05С.

Контроль уровня заряда АКБ

Процесс восстановления АКБ может потребовать двух-трёх отдельных циклов заряда. Чаще всего для достижения полной ёмкости зарядку проводят именно в 2-3 цикла

Если заряд проводится напряжением 2,25 – 2,27 вольта, рекомендуется выполнить процесс дважды или трижды. Так как при малых напряжениях достичь номинала ёмкости в большинстве случаев не удаётся.

Конечно же, следует учитывать влияние окружающей температуры в процессе выполнения восстановления. Если температура окружающей среды находится в границах 5 – 35ºС, напряжения заряда изменять не требуется. В иных условиях потребуется корректировка заряда.

Видео по контрольно-тренировочному циклу АКБ

Видеоролик представляет полезное «кино» для автомобилистов, не владеющих полной информацией по контрольно-тренировочному циклу , в частности, относительно определения остаточной ёмкости АКБ. Этот материал поможет ознакомиться с основами тестирования, чтобы применять на практике:

Бесконтактный термометр: как сделать инфракрасный градусник своими руками?

Бесконтактный термометр: как сделать инфракрасный градусник своими руками?

Как подключить HDMI стандарт на большие расстояния?

Как подключить HDMI стандарт на большие расстояния?

Что такое магнетизм (электромагнетизм) в теории элементарной физики

Магнетизм (электромагнетизм): что это такое в теории элементарной физики

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Источник