Импульсная зарядка свинцовых аккумуляторов: азбука импульсного заряда / Хабр

Содержание

азбука импульсного заряда / Хабр

Тема импульсного заряда свинцовых аккумуляторов (СА) и состоящих из них кислотных батарей (АКБ) в последние годы набирает актуальность. В продаже появляются инновационные зарядные устройства, публикуются статьи, на специализированных форумах идёт активная исследовательская работа с жаркими спорами на сотни страниц.

О чём спорим?

Важнейшими эксплуатационными характеристиками АКБ являются ёмкость, токоотдача, срок службы, надёжность. Новые методы заряда и реализующие их устройства призваны служить цели повышения этих характеристик. В чём суть таких методов, и почему они актуализируются именно сейчас, мы и рассмотрим.

В чём сложность?

СА — сложная физико-химическая система, в которой происходят, как минимум, десятки известных процессов, испытывающих взаимовлияние и влияние внешних факторов, прежде всего, электрического воздействия и температуры. Особую сложность добавляет то, что кинетика, то есть динамика скорости развития и распространения, у процессов разная.

На протяжении десятилетий исследователи изучали эти процессы и вырабатывали способы взаимодействия с ними, при помощи имевшегося в их распоряжении оборудования. Фиксировались осциллограммы, графики самописцев, таблицы результатов измерений, разрабатывались и испытывались экспериментальные установки, и вывод чаще всего был один: СА — предмет сложный для понимания и эксплуатации, многие теоретические и практические вопросы остаются открытыми.

Почему этого не придумали раньше?

Но техника и техническая культура не стоят на месте. Появились и стали доступными электронные вычислительные машины (ЭВМ), причём в виде не только персональных компьютеров, но и компактных, недорогих, экономичных микроконтроллеров (МК), представляющих собой микроЭВМ с развитой периферией, выполненную на одном кристалле кремния размером меньше тетрадной клетки, и при этом способную выполнять миллионы операций в секунду. Аналоговая микроэлектроника также не отставала в развитии, предоставив всем желающим компоненты с невиданными ранее характеристиками точности, стабильности, диапазона применений.

Итак, сегодня самое время вернуться к старому доброму изобретению Гастона Планте, вот уже много десятилетий несущему верную службу во множестве отраслей бытовой и профессиональной жизни, — свинцовому аккумулятору, — на предмет поиска более адекватных методов его эксплуатации с их реализацией на современной элементной базе.

Теория двойной сульфатации

Аккумулятор, он же вторичный химический источник тока (ХИТ), осуществляет накопление электрической энергии путём обратимого преобразования химического состава электродов (пластин), для дальнейшего полезного использования. В наипростейшем грубом приближении, называемом теорией двойной сульфатации, процессы заряда и разряда СА могут быть выражены следующей формулой.

PbO2 + Pb + 2H2SO4 = PbSO4 + PbSO4 + H2O

Реакция разряда происходит слева направо, заряда — справа налево. Активная масса (АМ) заряженной плюсовой (положительной) пластины, — ПАМ, — образована оксидом свинца, минусовой (отрицательной), — ОАМ, — губчатым свинцом. Как видим, и ПАМ, и ОАМ при разряде преобразуются в сульфат свинца, при образовании которого расходуется серная кислота и образуется вода.

Концентрация серной кислоты, а соответственно, плотность электролита, снижается при разряде и повышается при заряде. Это азбука свинцовых аккумуляторов. Но далее мы увидим, что одних букв азбуки недостаточно, их ещё надо связать в слова, предложения и текст, годный в качестве руководства к действию.

Упрощённые химические формулы носят статистический характер и не учитывают множества последовательных и параллельных переходных процессов, а также модификаций участвующих в них веществ, потому должны рассматриваться лишь как вводные данные, и ни в коем случае не как исчерпывающие и закрывающие вопрос ответы.

Структуры и функции

В отличие от школьного экзамена и конкурса эрудитов, на практике необходимы действующие и доступные к повторению способы (функции) и структуры (устройства) для их реализации. Это означает необходимость определиться, (и корректировать по ходу развития темы), с приоритетами: что, в данном приложении, мы учитываем прежде всего, а чем, опять же в данном приложении, можно пренебречь. Иначе получится презентация либо энциклопедия, но никак не прикладная, реализующая функцию структура. Презентации и энциклопедии тоже нужны, но это структуры для других функций.

Эта страшная сульфатация

Из рассмотрения самой упрощённой, азбучной формулы, мы уже видим, что сульфатация, да ещё и двойная, — отнюдь не побочный эффект, а самая основа процесса разряда СА, будь то саморазряд или полезный разряд, ради которого АКБ и строится. Каким образом сульфатация становится патологической и губит аккумулятор, и как этого избежать, наш текущий вопрос.

Поляризующее воздействие и зарядный ток

Сульфат свинца — труднорастворимый диэлектрик. Для его растворения, точнее, преобразования в активную массу пластин, необходимо приложить поляризующее воздействие, то есть разность потенциалов, она же электрическое напряжение, а также затратить электрический заряд для его усвоения в химической форме, т.е. пропустить зарядный ток в течение какого-то времени. Таким образом, электрическая энергия будет запасена в химической форме, и совершится заряд СА.

Упрощённо, напряжение (вольты), помноженное на ток (амперы), даёт мощность (вольт*амперы, ватты), ток на время — заряд (кулоны или ампер*часы, по 3600 кулон каждый), мощность на время или заряд на напряжение — энергию (джоули или ватт*часы, также равные 3.6 килоджоуля, т.к. в часе 60 минут по 60 секунд).

Что такое зарядное устройство

Поляризующее воздействие и зарядный ток образуют зарядное воздействие на АКБ, функция которого осуществляется структурой, называемой зарядным устройством (ЗУ), или встраиваемым контроллером заряда, или эксплуатационным контроллером (драйвером).

Казалось бы, чего проще: приложить напряжение и создать ток. Такое любой источник питания может. Но мы воздействуем на СА — сложную структуру, и для поддержания её полезных функций должны взаимодействовать адекватно, с обратной связью. Иначе воздействие будет разрушать структуру, а её функции деградировать, и это будет нехорошо.

Проводимость-Структура-Прочность

Ёмкость, токоотдача, срок службы, надёжность, с которых мы начинали нашу беседу, являются функциями АКБ. Выполнять функции призвана структура. Для токотдачи нужны высокая проводимость активной массы и токоведущих частей конструкции, причём эта проводимость должна быть сбалансирована для равномерного распределения токов и мощностей, а также контакт АМ с электролитом, позволяющий отдавать максимум полезной ёмкости при заданном токе. Потому активной массе необходима развитая поверхность, достигаемая разными конструкциями электродов. Конечно же, эта развитая структура должна быть механически прочной и долговечной при эксплуатации, то есть, приёме, хранении и отдаче аккумулятором энергии.

Формовка

Формовкой называется процесс и результат (состояние) подготовки электродов к приёму зарядного и отдаче разрядного тока, соответственно с накоплением и возвращением полезной энергии. Так как накопление и отдача энергии связаны с физико-химическими превращениями активной массы, напрашивается очевидный вывод, что формовка вторичного ХИТ, в отличие от первичного, происходит не единовременно при его производстве и вводе в эксплуатацию, а при каждом заряде.

Сульфаты свинца

Как уже упрощённо говорилось, сульфат свинца — диэлектрик, то есть, имеет высокое удельное сопротивление и низкую электропроводность. При саморазряде и полезном разряде он образуется на поверхности активной массы, изолируя её участки и электрически, и механически, препятствуя доступу к ней электролита. Таким образом он вредит упомянутым критериям проводимости и структуры СА, снижая и полезную ёмкость (энергию), и способность принимать и отдавать ток (мощность).

Найти общий язык с заклятым другом АКБ сульфатом представляется возможность двумя известными способами. Во-первых, снять его с активной массы возможно путём перенапряжения, или даже электрического пробоя. Последним занимаются энтузиасты экстремальной десульфатации, и эта тема, как и сомнительные, по мнению многих коллег, способы грубого разрушения сульфатной корки сверхтоками, а также химической промывки, выходят за рамки нашей беседы.

Напряжение зарядного воздействия: выше — лучше?

Пока просто отметим, что развивать повышенное напряжение между пластинами СА при заряде (обслуживании) весьма полезно для разрушения сульфата, причём при этом, (если избежать нежелательных побочных эффектов, о них ниже), он не выпадает в осадок (шлам), но возвращает свой, грубо говоря, сульфат-ион в серную кислоту электролита, а свинец, в виде металла или оксида, пластинам, то есть, совершается полезный заряд.

Зарядный ток: больше — лучше??

Во-вторых, оксиды свинца на положительной пластине могут образовываться при заряде АКБ в разных модификациях, из которых известны и важны для нас две, называемые альфа и бета. Альфа-оксид имеет меньшую удельную поверхность, а также изоморфную с сульфатом кристаллическую решётку, что при разряде ведёт к образованию плотного слоя сульфата. Всё это минусы для структуры и проводимости, по сравнению с бета-оксидом. Правда, альфа-модификация механически более прочна, но практика показывает это несущественным.

Итак, желательно заряжать СА таким образом, чтобы способствовать преимущественному формированию бета-оксида свинца, с более развитой поверхностью и отсутствием склонности обрастать плотным слоем сульфата. А способствует этому более высокая плотность зарядного тока.

Отметим: зарядные устройства, значительно снижающие ток к концу заряда, (а таковых большинство), и тем более «подзарядники», компенсирующие саморазряд малым током, формируют альфа-оксид, снижая эксплуатационные характеристики батареи.

Электролит и электролиз

Но мы пока начали разбираться только с пластинами, упомянув о важнейшей составляющей СА, — электролите, — лишь вскользь. Электролит свинцового аккумулятора представляет собой раствор серной кислоты в дистиллированной воде, причём и кислота, и вода, как мы видели в уравнении двойной сульфатации, расходуются и образуются при заряде и разряде. Согласитесь, эта простая уравновешенная система вызывает восхищение. Но только пока она уравновешена.

Если разность потенциалов между пластинами достигнет так называемого водородного перенапряжения, в банке, т.е. ячейке АКБ, начнётся процесс электролиза воды, её разложения на кислород и водород. Этот нехитрый и почти экологически чистый процесс для СА, мягко говоря, вреден крайне и многогранно. Рассмотрим, почему.

Во-первых, это потеря воды, которую в обслуживаемые наливные аккумуляторы приходится доливать, а в так называемые необслуживаемые (maintenance free, MF), особенно гелевые (с загущённым электролитом) и AGM (с абсорбирующими сепараторами из стекловолокна) это сделать несколько проблематично.

Разработчики СА прилагают немало усилий для рекомбинации кислорода и водорода обратно в воду и её возвращения в электролит. Эта функция возложена на структуры в виде клапанов в герметичных, точнее, герметизированных клапанами VRLA, загущение электролита силикагелем в GEL батареях, впитывающие стекломаты AGM, а также специальные пробки-рекуператоры, характерные для стационарных решений. Способность возвращать воду у всех этих решений, кроме, пожалуй, громоздких и недешёвых спецпробок, сильно ограничена, и избыточное давление газов, если оно образовалось, просто стравливается в атмосферу.

Во-вторых, что это за газы? Кислород, в присутствии серной кислоты агрессивно и с выделением теплоты разъедающий свинец, причём не только отрицательных пластин, но и несущих и токоведущих элементов конструкции, и водород, экологичный, но в смеси с кислородом воздуха крайне пожаровзрывоопасный. А при потере воды, к пластинам открывается доступ ещё и атмосферного кислорода.

Если газовыделение из АКБ идёт полным ходом, («кипение» электролита), экологичным данный процесс уже не назвать, так как происходит разбрызгивание и распыление капель серной кислоты, да не чистой, а с пылинками шлама, содержащими, как легко догадаться, соединения свинца, сурьмы и других материалов, употребляемых в качестве присадок при производстве СА.

Как деды аккумуляторы кипятили

«Кипение» перемешивает электролит и разрушает, в частности, слой сульфата на поверхности электродов. Потому в старые дикие времена оно было нормой эксплуатации АКБ. Изношенный верхний слой активной массы отрывался пузырьками газов и оседал в шлам, для которого внизу банок было предусмотрено место, обнажались для работы свежие слои.

Критерии долговечности, экономичности и экологичности при этом страдали, зато аккумуляторы отрабатывали нормированные для них по тем временам характеристики, будучи заряжаемыми и обслуживаемыми простыми средствами. Трансформатор с диодами, хорошо, если есть амперметр и реостат или переключатель обмоток, ареометр с грушей, трубка-уровнемер, воронка да две бутыли, с раствором кислоты и дистиллированной водой, — вот и весь дедовский инструментарий. Вольтметр, нагрузочная вилка — уже роскошь. А в аккумуляторных мастерских батареи разбирали, из исправных пластин сваривали блоки, и собирали вновь.

Плотность электролита: чем выше, тем лучше???

Раз уж упомянули ареометр, или денсиметр, (один или несколько калиброванных поплавков, простейший из них — индикаторный глазок в некоторых АКБ), самое время поговорить о плотности электролита, состоящего, не забываем, из аккумуляторной кислоты и воды. Серная кислота тяжелее воды, потому плотность их смеси тем выше, чем больше её концентрация.

Согласно уже знакомому нам упрощённому уравнению Гладстона и Трайба, по концентрации кислоты, т.е. плотности электролита, можно судить о степени заряженности аккумулятора. Но это не исчерпывающий критерий, ведь потери и доливки воды и кислоты точно так же влияют на плотность, как и процессы заряда-разряда.

Существует формула, связывающая напряжение разомкнутой цепи (НРЦ), оно же электродвижущая сила (ЭДС) без нагрузки, с соотношением количества кислоты и воды в электролите, а также температурой. Формула эта тоже упрощённая, так как не учитывает других свойств СА, части которых мы коснёмся ниже. И приводить её здесь не будем, она есть в книгах, а нашу беседу только перегрузит.

Чем выше концентрация кислоты, а следовательно, ЭДС, тем большую полезную работу способен произвести каждый кулон и ватт-час, ампер-час, отдаваемый батареей, то есть, растёт энергоёмкость. Также, избыток кислоты в электролите повышает его стойкость к замерзанию, потому в автомобилях на зиму принято устанавливать повышенные плотность электролита и напряжение заряда.

При понижении температуры полезная ёмкость АКБ снижается, при повышении — растёт. Это учитывается при зимних пусках двигателя и серьёзно ограничивает эксплуатацию транспортных средств со свинцовыми тяговыми батареями в холодное время года, ведь в автомобиле с ДВС, как только он заведён, начинает работать генератор, компенсируя разряд, а тяговой АКБ придётся отдавать ток на протяжении всего пути.

Тяговый и буферный режимы

Коль заговорили, продолжим. Режимы работы АКБ подразделяются на тяговый, или циклический (cycle use), когда происходит разряд значительной части ёмкости средним (относительно последней) по величине током, после чего следует заряд, и буферный (standby), когда разряды относительно редки, (резервные батареи бесперебойного питания), и производится тем или иным образом компенсация саморазряда.

К буферному можно отнести и стартерный режим, когда за кратковременным неглубоким разрядом высоким током следует заряд в течение всей поездки автомобиля или мотоцикла. Близок к стартерному режим 15-минутного разряда резервных аккумуляторов компактных источников бесперебойного питания, служащих для безопасного завершения работы с сохранением данных, в отличие от тягового режима АКБ в мощных фонарях и ИБП для поддержания автоматики, связи, медицинского оборудования и др. в течение нескольких часов.

Характерный отличительный признак АКБ, специально предназначенных для 15-минутного разряда, — обозначение мощности в ваттах, отдаваемой одной банкой в этом режиме, маркировкой на корпусе и даже в артикуле батареи. Например, HR12-34W означает, что маленькая батарея «7-амперного» форм-фактора способна отдавать 6*34 = 204 ватта в течение четверти часа! На первый взгляд, это «всего-навсего» 4,25 ампер*часа, но знающих разрядные кривые СА и их природу такая характеристика порадует основательно, и весьма.

Накопители энергии в ветряной, и особенно солнечной энергетике, работают в тяговом, циклическом режиме. Когда энергия поступает, надо её по максимуму усвоить, чтобы затем отдавать, пока солнечные батареи и ветрогенераторы не дают ток. Габариты и масса стационарных накопителей, в отличие от транспортных, не критичны, потому стараются обеспечить по возможности избыточную их ёмкость и неглубокие циклы. Ведь чем глубже разряд, тем выше износ АКБ.

Вред перезаряда и повышенной концентрации кислоты

Если при повышенных температуре, ЭДС и концентрации кислоты аккумулятор выдаёт больше энергии и мощности, почему же его берегут, (должны, по крайней мере), от перегрева, и при наступлении тепла вручную или автоматически корректируют напряжение генератора и плотность электролита вниз?

Дело в том, что повышенная химическая активность кислоты в избыточной концентрации действует на активную массу, несущие и токоведущие части СА разрушительно. Способствует этому и высокая температура. Повышаются саморазряд, сульфатация, коррозия, могущие происходить с выделением тепла и газов.

Тот же самый эффект случается при избыточных напряжении, токе, мощности, энергии зарядного воздействия. Все те лишние кулоны, киловатт-часы и рубли на оплату последних, что не усваиваются активной массой, идут на электролиз воды, нагрев и разрушение батареи, причём в любом случае, хотя и с разной скоростью.

Маленький ток «подзарядника» будет подтачивать вашу АКБ исподтишка, вы даже не заметите нагрева и газовыделения, настолько слабого, что с ним, возможно, справится штатная рекомбинация. Но формовка активной массы из свинца тоководов и несущих конструкций происходить будет. И в результате, — нет, полезная ёмкость не возрастёт, зато рассыпется внутренняя структура.

Снимали когда-нибудь крышки и колпачки клапанов с отказавшей АКБ компьютерного ИБП? Видели, во что превратились токоведущие шины? Это оно самое.

Немного техники безопасности

Серная кислота едкая, водород взрывоопасен. Это надо иметь в виду при эксплуатации СА. Но самую большую опасность представляет активная масса, как «настоящая», так и «паразитная», наработанная коррозией держателей и тоководов. АМ обладает развитой поверхностью и по праву зовётся активной. Даже небольшая её крупица является системным ядом и нейротоксином, способным вызывать увечья (свинцовые параличи), потому категорически запрещается прикасаться к внутренностям АКБ голыми руками, допускать попадания на кожу, слизистые оболочки, внутрь. При попадании немедленно смыть большим количеством воды.

Теперь знаем об аккумуляторах всё?

Итак, слишком низкие и слишком высокие напряжения, токи, концентрации электролита, температуры для АКБ вредны. Это значит, что для циклического, буферного, стартерного и т.д. режимов работы можно определить оптимальные напряжения, токи, формализованные законы термокомпенсации, реализовать их в зарядном устройстве, реле-регуляторе, контроллере заряда, и мы тем самым повысим ёмкость, токотдачу, срок службы?

Да, значит. Но опять упрощённо. Данные о термокомпенсированных параметрах заряда производители размещают в справочных листках и на корпусах АКБ. Их соблюдение в эксплуатационных контроллерах значительно улучшает практику применения СА, но не является идеалом. Можно, и нужно совершенствоваться дальше.

Взглянем на целостную картину

Подытожим изученное. СА представляет собой два блока пластин с активной массой, имеющей развитую поверхность. Пластины окружены электролитом, — водным раствором серной кислоты, — путём погружения в жидкий раствор, разделения пропитанных последним сепараторами из стекловолокна, или помещения в желеобразный, загущённый силикагелем электролит.

Заряженная ПАМ образована оксидом свинца, ОАМ — свинцом. При разряде та и другая превращаются в диэлектрический и труднорастворимый сульфат свинца с затратой серной кислоты и образованием воды, при заряде — наоборот, с затратой воды и образованием кислоты. Свинец электродов, его оксид и сульфат не переходят в раствор, (по упрощённой теории; на самом деле образуют ионы, которые должны тут же осаждаться в АМ), зато из раствора берутся, и возвращаются ему ионы, а именно гидросульфат-ион и протон (ядро атома водорода).

И вот здесь начинается самое интересное. Ионы для токообразующих реакций должны поступать из электролита в активную массу, активность которой, как помним, обеспечивается структурой с развитой поверхностью, т.е. губкой. AGM-сепаратор — ещё одна впитывающая губка, служащая многим целям, в частности, повышению рекомбинации воды, а гель — вязкая субстанция, перемещения вещества в которой затруднены.

Итак, мы имеем смачивание и капиллярный эффект, как минимум, в двух губках АМ, к которому может добавляться влияние сепаратора и геля. В результате, движения вещества в банке аккумулятора замедлены, и для осуществления заряда и разряда, особенно глубинных слоёв АМ, требуется время, причём разное, зависящее от текущего состояния активной массы и электролита.

И это состояние отнюдь не исчерпывается НРЦ, плотностью и температурой! При работе СА электролит расслаивается, различные ионы движутся в электрическом поле с разной скоростью (электроосмос), встречают преграды структуры, а серная кислота ещё и тяжелее воды, за счёт чего стремится под действием силы тяжести опуститься вниз, вытеснив воду вверх!!! В случае геля и AGM этому мешает структура, а вот наливные АКБ страдают гравитационным градиентом плотности электролита в полной мере.

Где в розетке плюс и минус?

Итак, существует ли такое значение тока или напряжения, которое, будучи рассчитанным исходя из НРЦ, плотности электролита, (плотности где?! она неравномерна!), температуры, и приложенным к клеммам СА, обеспечит полный заряд, компенсацию саморазряда и десульфатацию, при этом избежав и медленно убийственного сульфатирующего недозаряда, и электролиза воды, и коррозии структуры?!

Нет, НРЦ, (хоть даже с таблицей замеров ЭДС под разными нагрузками), температура, (которая тоже очень даже бывает неравномерной в массивной неоднородной АКБ), и плотность электролита, хоть «средняя по больнице», хоть измеренная сверху банки или у дна, или обе разом, в статической совокупности не дают исчерпывающих данных о кинетике, динамике химических реакций в банке СА и всей батарее.

Они пригодятся для оценки состояния аккумулятора и принятия решения о его дальнейшем обслуживании, но оптимальных значений тока и напряжения, чтобы выставить на регуляторах зарядного устройства, не дадут. Потому что эти значения меняются в ходе взаимодействующих процессов, происходящих с разными скоростями!

Зато динамика изменения тока и напряжения может рассказать о ходе токообразующих реакций всё. Точнее, всё нужное для управления зарядным током и поляризующим воздействием. Если, конечно, уметь обрабатывать эти данные в реальном времени, (то есть, с нормированными задержками). Для этого и понадобится микроэлектроника, и скорее всего, даже вычислительная машина. К счастью, она бывает, как помним, размером с тетрадную клетку.

Вопрос о том, какое именно электрическое воздействие является потребностью АКБ в данный момент, сродни вопросу, где плюс и минус в розетке. Человек на него ответить не может: пока будет говорить, плюс и минус сменят друг друга 50 раз в секунду. Но для электронного прибора такое быстродействие пара пустяков. И мы можем точно определить фазы напряжения и тока, с нужной привязкой ко времени. Конечно, в СА мы увидим нечто посложней синусоид, сдвинутых друг относительно друга. И увидим уже скоро.

Повторенье — мать ученья. Это упрощёная формулировка третьего закона диалектики, частичного возврата к старому на новом уровне, и мы ею снова воспользуемся.

Имеем две губки активных масс, между которых жидкость, гель или ещё одна губка. Нам нужно, чтобы необходимые ионы для токообразующих реакций достигли каждого слоя губок, причём эти слои частично закупорены сульфатами, требующими перенапряжения для диссоциации, и без этого перенапряжения мы потеряем и ёмкость, и токоотдачу, и долговечность, вследствие хронического недозаряда, ведущего к прогрессирующей сульфатации.

Однако перенапряжение чревато перезарядом с электролизом и коррозией. Как общепринятый в седой древности дозаряд «кипячением» с терморазгоном и полезным, но слишком дорогой ценой, перемешиванием электролита, так и сменившее его снижение тока в конце заряда, смягчающее, но не исключающее вредные побочные явления, и вдобавок ведущее к замазыванию ПАМ орторомбическим оксидом свинца, нельзя считать решениями, адекватными в полной мере.

Чем заряжается аккумулятор?

И наконец, после первого знакомства с химией и физикой СА, настаёт время посмотреть на его электрические характеристики, а именно, отклик ХИТ на зарядное воздействие. Только сначала повторим характеристики самого этого воздействия: напряжение, ток, время, заряд, мощность, энергия.

Так как ХИТ имеет электродвижущую силу, то есть создаёт (сам устанавливает) разность потенциалов, естественно предположить, что зарядное воздействие осуществляется током. Действительно, при приложении тока от зарядного источника к клеммам СА, напряжение на последнем начинает расти, (предполагаем, что источник способен развить нужную ЭДС, на то он и зарядный), что и является критерием оценки хода заряда.

В начале пропускания тока, разность потенциалов клемм резко подскакивает на величину падения этого тока на внутреннем сопротивлении СА или батареи. По высоте получающейся ступеньки, зная силу тока, можно вычислить внутреннее сопротивление, что очевидно, и используется в экспресс-тестах. На этом «просто вольтамперная характеристика» заканчивается, и начинается сложный процесс изменения напряжения во времени. Силу тока будем считать постоянной, стабилизированной средствами источника.

Дальше на ленте самописца, экране осциллографа с медленной развёрткой или диаграмме с логгера мы увидим суперпозицию (наложение) нескольких откликов на зарядное воздействие, главных из которых два. Очень медленная экспонента собственно полезного заряда АМ, состоящая из суперпозиции разных слоёв, и ещё одна экспонента, гораздо более быстрая, напоминающая заряд конденсатора.

Два подхода к двойному слою

Это и есть конденсатор, точнее, ионистор, иногда называемый паразитным, а чаще ёмкостью двойного электрического слоя. Ёмкость эта сложна, так как в её образовании участвует расслоение электролита, нами уже упоминавшееся. Но для первого приближения к пониманию перспективных путей оптимизации эксплуатационного взаимодействия с СА, достаточно просто уяснить факт её существования.

Зарядное воздействие вызывает поляризацию двойного слоя, и отношение к этому у разных теоретиков и практиков разное. Одни считают паразитный ионистор вредным явлением, препятствующим максимально эффективному, с точки зрения скорости, заряду АКБ, и предлагают осуществлять в паузах между импульсами заряда деполяризующее воздействие в виде разрядного импульса.

Воздействие асимметричным (переменным с постоянной составляющей) током, или с применением разрядной нагрузки, включаемой только в паузах или подключенной постоянно, используется для заряда и восстановления свинцово-кислотных батарей уже давно.

При заряде никелевых аккумуляторов асимметричное воздействие настоятельно рекомендуется, а для экспериментального восстановления марганцево-цинковых элементов обязательно необходимо, так как препятствует росту дендритов, характерному для этих ХИТ, и вызывающего их аварийные отказы вследствие короткого замыкания.

Для СА активная деполяризация может обрести смысл в свете актуализации исследования полупроводниковых свойств сульфатированных пластин в поисках новых способов десульфатации и подведения теоретической базы под уже известные в течение многих лет. С другой стороны, разрядное воздействие снижает КПД заряда, а ускорение последнего таким способом может снижать срок службы АКБ, потому применимость подобных методов следует признать ограниченной.

Для восстановительного обслуживания и экспресс-заряда при нормированном износе использование принудительной деполяризации двойного слоя может быть одобрено, но не для профилактики и повседневного заряда с приоритетами энергоэффективности и продления жизни АКБ.

Волшебный ионистор

Что произойдёт с ионистором двойного слоя, если просто снять с аккумулятора внешнее зарядно-поляризующее воздействие, разорвав цепь, например, транзисторным ключом? — Он деполяризуется (релаксирует), разряжаясь и отдавая накопленные заряд и энергию активной массе, то есть, совершая полезный заряд СА!

Более того, поляризация двойного слоя зарядными импульсами с последующей релаксационной паузой позволяет создать десульфатирующее перенапряжение, и если импульсы достаточно коротки, газообразование при этом не успеет начаться! Те кислород и водород, что выделились за период перенапряжения, успеют рекомбинировать и вернуться в электролит, вместо участия во вредных и опасных явлениях.

Это и есть принцип релаксационного, импульсного или прерывистого заряда, разрешающий целый клубок диалектических противоречий, например, необходимости и недопустимости перенапряжения. То же и с плотностью тока: амплитуду зарядного импульса можно (и нужно) установить равной двойному току 20-часового разряда, или даже выше, если есть уверенность в алгоритме контроллера.

Закон сохранения энергии?

Здесь вдумчивого читателя одолеют сомнения. Двойной ток 20-часового разряда — это 0.1C

20

, тот самый ток, что рекомендован для заряда СА в непрерывном режиме, и заряжает полностью разряженную АКБ за 10-12 часов.

Прерывистый заряд предполагает между импульсами тока паузы для усвоения заряда активной массой, поступления ионов в её глубину, выравнивания в ней плотности электролита. Сколько же тогда ждать завершения заряда? Ведь средний ток, совокупные заряд и энергия, сообщённые аккумулятору зарядным устройством, за, например, час, при прерывании паузами окажутся ниже, чем в случае «нормальной» непрерывной подачи тока той же силы!

Продвинутое релаксационное ЗУ зарядит полностью разряженную исправную АКБ током 0.1С20 за 8-12 часов, в зависимости от её состояния. То есть, даже быстрее, чем если бы ток не прерывался. Как такое возможно, и можно ли этому верить?

Дело всё в том, что при классической CC (constant current) зарядке «лишняя» энергия, которую не успевает усвоить активная масса, идёт в нагрев АКБ, электролиз воды, коррозию структуры. А умное ЗУ эти лишние кулоны и джоули просто не подаёт, ожидая готовности ХИТ принять новую порцию заряда, либо снижая параметры модулированного воздействия.

Это не означает КПД 100 «и более» процентов, абсолютного пресечения газообразования и нагрева, гарантии быстрого заряда при любом состоянии батареи. Изношенные, сульфатированные, предаварийные и аварийные АКБ могут немного нагреваться и шуршать пузырями при восстановлении, которое может продлиться долго или очень долго, если с одной или несколькими банками всё совсем плохо. Что совсем не означает лишних затрат времени и денег: ЗУ ведь автоматическое, и электроэнергией распоряжается добросовестно, экономно.

Зато на порядки повышается вероятность успешного восстановления аккумулятора, который в противном случае однозначно пошёл бы в утиль, создавая нагрузку на экологию и экономику, т.е. ваше здоровье и кошелёк, (а ещё точнее, ресурсы свободы плодотворной счастливой жизни). А если беречь АКБ смолоду, получим и повышение, по сравнению с традиционной практикой заряда, её эксплуатационных характеристик, (также являющихся упомянутыми ресурсами).

Так как же реализовать этот импульсный заряд?

На сегодняшний день существует множество способов осуществления импульсного или модулированного зарядного воздействия, управления им с помощью различных обратных связей, устройств для их реализации. Актуальность высока и растёт, идёт постоянное совершенствование, текущими и прекрасными результатами которого можно пользоваться уже сейчас.

Выше мы упомянули о суперпозиции нескольких, (опять упрощённо, число на самом деле не целое), электрических сигнатур в сигнале напряжения с клемм аккумулятора при подаче зарядного импульса. Сигнал в паузе также образован наложением сигнатур токообразующих реакций и побочных явлений в банке СА. А таких банок в самой распространённой 12-вольтовой АКБ целых 6, соединённых последовательно, и подключиться к перемычкам между ними чаще всего невозможно или неудобно.

Добавим к этому наводки помех, прежде всего, из электросети и самого источника питания ЗУ, и мы поймём, что задача аналоговой и цифровой обработки электрического сигнала с клемм АКБ для определения амплитудных и временны́х параметров оптимального зарядного воздействия нетривиальна. Надо знать, что именно искать, и суметь научить этому автомат.

Можно просто приобрести современное зарядно-восстановительное устройство, но даже в этом случае желательно иметь представление о сути его работы, без которого трудно выбрать наиболее подходящий для себя инструмент и пользоваться им по максимуму. А можно поставить собственные эксперименты, на радость и пользу себе и окружающему миру. В любом случае не помешает составить краткую классификацию зарядных методов и устройств.

CC/CV

Constant current, constant voltage — стабилизация или ограничение тока и/или напряжения на заданных уровнях. Может дополняться термокомпенсацией, а также реализацией многоступенчатого заряда, с переключением критериев стабилизации по достижении некоторых условий, таких как: напряжение или ток на клеммах, время с начала заряда, сообщённые АКБ количество электричества или энергия, а в эксплуатационных контроллерах учитывать и предшествовавший разряд АКБ.

Усложнение логики работы таких устройств может (должно) давать лучшие, по сравнению с простой зарядкой от стабилизированного или нестабилизированного блока питания, однако не разрешает в полной мере упомянутых выше диалектических противоречий, не учитывает тонкостей кинетики и не даёт гарантии адекватности зарядного воздействия текущим потребностям АКБ, то есть способности принимать полезный заряд, не говоря уже о десульфатации.

Качели

Если добавить к CC/CV ЗУ критерии окончания и возобновления заряда, например, по напряжению на клеммах, получится один из простейших способов и приборов прерывистого заряда, называемый «качелями», «двухпороговым компаратором» или «компаратором с гистерезисом», в честь основных управляющих элементов. По достижении, например, 14.22 вольта, ЗУ отключает заряд, а при падении НРЦ до, например, 13.1В, возобновляет. Получается релаксационный генератор.

Так должны достигаться и неснижение зарядного тока в конце, компенсация саморазряда при хранении, и оптимизирующий дозаряд глубинных слоёв АМ («добивка ёмкости»), и десульфатирующее перенапряжение, причём со значительным снижением (предотвращением) нагрева, газовыделения и коррозии.

Периодичность качелей может быть от секунд до часов и более, и они нуждаются в ручной или автоматизированной, например, запоминанием достигнутых данной АКБ уровней, подстройке, а также и термокомпенсации. Без чуткого контроля компетентным человеком, (который вынужден следить за процессом), или цифровой обработки электрических сигнатур происходящих в СА процессов, опираясь на одно лишь напряжение или ток, простые качели зачастую не дают того эффекта, который могли бы при лучшем управлении.

Неподходящие для данной конкретной АКБ настройки прерывистого и/или модулированного (см. ниже) заряда могут не замедлить или обратить вспять, а напротив, ускорить, усугубить её деградацию, например, короткое замыкание (КЗ) отдельных банок.

Моргалка

Одной из проблем качелей является слишком быстрое достижение или слишком долгое, (вплоть до бесконечности), ожидание неверно установленного, или переставшего быть верным в ходе процессов, порога, что может вести как к затягиванию обслуживания и недозаряду, так и перезаряду, со всеми вытекающими. Вариант решения этой проблемы — отведение для импульса и паузы определённого времени.

Простейшие устройства прерывистого заряда вообще имеют только таймер (мультивибратор, прерыватель) включения и отключения зарядного тока, и носят название мигалок или моргалок, хотя моргалкой иногда называют любое импульсное ЗУ, в том числе реализующее сложный алгоритм при помощи микроконтроллера.

Использование автомобильного реле поворотов для подачи зарядного воздействия импульсами известно давно, и многим помогло осуществить восстановительный предзаряд аварийно разряженных и сильно засульфатированных АКБ. Это и были первые моргалки.

Модуляция

А вот устройствами модулированного заряда, как ни странно, являются и дедовский выпрямитель, и автомобильный или мотоциклетный генератор, опять же с выпрямителем, дающим несглаженный пульсирующий ток. Чем же прерывистый заряд отличается от модулированного? — Терминологическим критерием. Там, где частоты ниже нескольких герц, говорят о прерывистом заряде, выше — модулированном. Тот и другой относят к импульсным, пульсирующим.

Одно не исключает другого, и в циклах с периодом единицы-сотни секунд импульс зарядного воздействия может представлять собой пачку импульсов более высокой частоты. Это может создавать как дополнительные возможности для дозаряда глубинных слоёв, выравнивания концентрации реактивов и десульфатации, так и сложности, связанные, например, с электромагнитными помехами, влиянием проводов и разъёмов, побочные явления, которые ещё предстоит исследовать и научиться применять или предотвращать. Разные авторы пишут о разных частотах, принимая во внимание кинетику разных процессов, составляющих заряд АМ или влияние на него.

Уже дедовский выпрямитель и генератор авто создают возможности для релаксационных явлений в СА, улучшающих его характеристики в сравнении с насильственной подачей стабилизированного сглаженного тока или, того хуже, удержанием сглаженного напряжения, (причина, по которой в недалёком прошлом некоторые пришли к выводу о непригодности импульсных источников питания, не путать с импульсными ЗУ, для заряда АКБ).

Выводы и перспективы

Исследование реактивных характеристик СА и их откликов на всё совершенствующиеся методы воздействий продолжает открывать перед нами всё расширяющийся и углубляющийся спектр релаксационных, квазирезонансных, резонансных и волновых явлений. Всё это просто захватывающе интересно и приносит полезные плоды.

Сегодня является актуальным, к примеру, изучение явления задержки распространения электричества в свинцовом аккумуляторе, ведущего к часто наблюдаемому многими усиленному износу крайних (электрически) банок и батарей, причём это нельзя списать на одну лишь неравномерность температуры. Пора вырабатывать методы и устройства для обслуживания СА с АМ, легированной углеродными нанотрубками, а также исследовать возможности создания на её основе компактных «сухих» аккумуляторов для лёгких мобильных применений.

В краткой беседе мы так и не коснулись разрядных характеристик, а ведь режимом разряда можно тоже управлять. Предстоит в скором времени испытать возможности рекуперативного торможения с возвратом энергии в тяговую свинцовую батарею, изучить, насколько значительную мощность при продвинутом управлении процессом она способна принять без вреда для себя, а также проверить гипотезу о том, что импульсы зарядного воздействия могут позволить использовать больше полезной ёмкости, скомпенсировав известный эффект снижения последней при повышении тока разряда.

Свинец и серная кислота — наши добрые друзья, если обращаться с ними чутко и добросовестно. Волшебный мир свинцово-кислотных аккумуляторов ждёт своих исследователей, изобретателей и просто всех тех, кому скромные массивные ящички принесут пользу, свободу и радость!

Как зарядить свинцово-кислотный аккумулятор — особенности зарядки

Автомобильный аккумулятор имеет свойство со временем разряжаться. Причем разряжается он вне зависимости от того, пользуетесь вы им или нет. Генератор заряжает аккумулятор примерно до 60 % зарядки, а для полной зарядки батареи понадобится стационарное зарядное устройство. С наступлением холодного времени года необходимо полностью заряжать аккумулятор. Поэтому давайте разберемся, как зарядить свинцово-кислотный аккумулятор.

Какое зарядное устройство выбрать

Зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов делятся на несколько типов. Некоторые типы зарядных устройств рассчитаны на конкретные аккумуляторы, но они не пользуются популярностью. В основном самые популярные зарядные устройства импульсные или трансформаторные. Трансформаторные зарядные устройства давно ушли в прошлое и почти пропали даже с рынков. Импульсные же достаточно современны и наиболее распространены за счет того, что они проще в эксплуатации, дешевле и обладают компактными размерами. Самое простое зарядное устройство можно найти в любом магазине автомобильных запчастей.

Импульсное зарядное устройство

Зарядное устройство автомобильного аккумулятора может быть автоматическое или неавтоматическое. Отличаются они тем, что в процессе зарядки автоматическое зарядное устройство само понижает силу тока и перестает заряжать батарею. По окончании зарядки загорится лампочка на панели управления зарядным устройством, оповещающая о конце зарядки. А при зарядке неавтоматическим зарядным устройством человек сам должен выставлять заряжаемый ток.

Принцип работы

Рассчитывают ток таким образом: батарею на 55 Ач заряжают током силой 5.5 А в течение 20 часов. После этого ток понижают вдвое (2.75 А) и продолжают зарядку еще 2 часа. Это обусловлено тем, что в процессе зарядки у батареи повышается сопротивление и для дальнейшей зарядки требуется уменьшать силу тока.

Во время зарядки неавтоматическим зарядным устройством следует периодически проверять аккумулятор. При повышении температуры следует прекратить зарядку батареи во избежание закипания электролита.

Обслуживание автомобильного аккумулятора сводится к ежегодной зарядке. Это довольно несложно и не займет много времени. Можно подзаряжать аккумулятор чаще, например, раз в полгода. В таком случае срок эксплуатации аккумулятора увеличивается.

Какие бывают аккумуляторные батареи

Необслуживаемый

Для начала подзарядки необходимо определить тип аккумулятора. Аккумуляторные батареи бывают обслуживаемые или необслуживаемые. Обслуживаемые аккумуляторы можно зарядить вручную, а необслуживаемые только с помощью зарядного устройства. К необслуживаемым батареям относятся и герметичные аккумуляторы. Их отличие в том, что в них не жидкий, а гелеобразный электролит. Благодаря таким свойствам герметичные аккумуляторы можно использовать в любом положении, не боясь утечки электролита.

Устройство АКБ

Как заряжать

Зарядка необслуживаемого аккумулятора. Для того чтобы зарядить необслуживаемую аккумуляторную батарею, нужно снять батарею с автомобиля и поставить на зарядку автоматическим или неавтоматическим зарядным устройством. Другим способом ее зарядить нельзя.

Зарядка обслуживаемого аккумулятора. Для того чтобы зарядить обслуживаемую аккумуляторную батарею, снимите ее с автомобиля. Зачистите выводы до блеска, если есть признаки окиси на металле. Теперь нужно пополнить уровень электролита.

Обслуживаемый

Если зарядка происходит перед зимой в аккумулятор необходимо залить электролит для повышения плотности. Если зарядка происходит перед теплым временем года необходимо заливать дистиллированную воду, потому что в теплое время года повышенная плотность может разрушить аккумулятор.

Теперь нужно поставить аккумулятор на зарядку автоматическим зарядным устройством.

Видео

В этом видеоматериале показано, как собрать самодельное зарядное устройство:

Зарядное устройство-десульфатор для свинцовых аккумуляторов своими руками | Электронные схемы

зарядное устройство десульфатор своими руками

зарядное устройство десульфатор своими руками

Разобрал светодиодный фонарик,в котором источником питания служит свинцовый аккумулятор.Так как у фонарика есть вилка для розетки 220 В,значит в нем есть зарядное устройство.Это з.у. представляет из себя платку,на которой находятся восемь деталей.

плата зарядного устройства фонарика со свинцовым аккумулятором

плата зарядного устройства фонарика со свинцовым аккумулятором

Начертил схему этой платки и вот что вышло.Конденсатор емкостью 2 мкФ является гасящим,он ограничивает ток из сети 220В но не напряжение.Резистор R1 разряжает этот конденсатор когда з.у. отключено от сети.На диодах собран диодный мост,а светодиод сигнализирует о включении в сеть.После моста нет конденсатора фильтра,а значит форма тока поступает на аккумулятор как пульсирующая.

зарядное устройство десульфатор пульсирующим током для свинцового аккумулятора

зарядное устройство десульфатор пульсирующим током для свинцового аккумулятора

Пульсирующим током заряжают аккумулятор,но еще такой формой тока можно проводить десульфацию пластин свинцового аккумулятора.На фото видна свинцовая пластина,которая может покрываться сульфатами .Сульфаты уменьшают срок службы аккумулятора.Чтобы этого не происходило,заряд свинцовых аккумуляторов надо производить пульсирующим или импульсным током.

свинцовый аккумулятор что внутри сульфатация пластин

свинцовый аккумулятор что внутри сульфатация пластин

Такое зарядное устройство можно легко собрать,особенно если использовать диодный мост.Но надо учитывать некоторые особенности.

синусоидальная форма тока

синусоидальная форма тока

Так как нет гальванической развязки от сети 220 Вольт,надо соблюдать технику безопасности.Перед конденсатором лучше поставить предохранитель.Если убрать аккумулятор,на выводах + и — будет 220 Вольт и лучше не касаться этих выводов.Есть еще схемы,где напряжение на выходе диодного моста стабилизируют стабилитроном до безопасного напряжения

пульсирующий ток с выхода диодного моста под нагрузкой

пульсирующий ток с выхода диодного моста под нагрузкой

Зарядные устройства для свинцовых аккумуляторов. Электронные схемы Кравцова Виталия. Авторская страница изобретателя

ЗАРЯДНОЕ  УСТРОЙСТВО 

ДЛЯ    КИСЛОТНО — СВИНЦОВЫХ   НЕОБСЛУЖИВАЕМЫХ  SLA  АККУМУЛЯТОРОВ  ЁМКОСТЬЮ 4 … 17 А/час

 

        Необслуживаемые  кислотно-свинцовые аккумуляторы в настоящее время  очень широко используются  в различных источниках бесперебойного питания  компьютерной техники, системах охранной сигнализации, источниках питания электроинструмента  и даже в детских игрушках.  Достоинством их является  простота эксплуатации, отсутствие жидкого электролита и, соответственно, нет нужды следить за его уровнем и плотностью.  Для сокращения времени на восстановление электрической ёмкости зарядку этих аккумуляторов обычно производят большим током  (режим быстрой зарядки),  численно достигающим  номинальной ёмкости.  Из-за отсутствия  возможности  произвести доливку выкипевшего электролита при его  перезарядке,  требования к  зарядному току этих аккумуляторов очень жёсткие — фирмы производители аккумуляторов требуют, чтобы  пульсации зарядного тока не превышали 2,5%  от максимального тока, а зарядный ток изменялся во времени строго определённым образом.  Эти условия  практически всегда  выполняются  в источниках бесперебойного питания, содержащих сложные импульсные блоки  питания.  Этим  же  требованиям  удовлетворяют   ранее описанные в этом разделе импульсные зарядные устройства  с ключевыми транзисторами и накопительным дросселем.  Рассмотренные схемы достаточно сложны  для повторения,  а  в быту часто требуются  простейшие малогабаритные  зарядные устройства, не самые оптимальные с точки обеспечения выработки максимального ресурса аккумуляторов, но зато  имеющие небольшие габариты и высокий КПД.   Ниже приводится схема такого устройства.  Зарядный ток  аккумулятора  поддерживается стабильным на уровне 10% от  численного значения номинальной ёмкости, что уменьшает  отрицательное действие  импульсного характера  этого тока, а прекращение  зарядки происходит при достижении  напряжения на клеммах аккумулятора примерно 15В.  

       Требуемое значение зарядного тока  достигается подбором  сопротивления резистора R8.   Значения пороговых напряжений отключения процесса зарядки определяются  соотношением резисторов R12/R6  и R12/R6||R2.  При расчёте  номиналов резисторов  исходят из  того, что  при достижении  максимального напряжения на аккумуляторе  напряжение на выводе 16 микросхемы DA1 должно составлять 5,00В.   В процессе зарядки  яркость свечения светодиода HL1 изменяется, а при полной зарядке светодиод начинает мигать, привлекая внимание. 

       Схема является модификацией  ранее описанного устройства.  В качестве регулирующего элемента используется  тиристор, что позволяет  упростить схему,  исключив конденсаторы большой ёмкости и дроссели.   Все элементы устройства, кроме силового трансформатора располагаются  на небольшой печатной плате 45 х 45 мм.  

   КПД устройства очень высок и  элементы схемы, включая тиристор , не требуют для  охлаждения радиатор.

       Предлагаемое устройство можно использовать и для зарядки  иных типов аккумуляторов, скорректировав  зарядный ток и  пороговое напряжение  отключения.  Заменив  силовые диоды и трансформатор на более мощные и установив  тиристор на небольшой радиатор схему можно использовать и для зарядки автомобильных аккумуляторов. Сопротивление резистора R8  при этом уменьшают в 5 -10 раз.  При отсутствии ошибок в монтаже и исправности элементов схема начинает работать сразу.  Необходимо лишь скорректировать зарядный ток и пороговое напряжение.

Остальные схемы смотри далее:

1.  Зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов ( главная страница раздела зарядных устройств для автомобилей)

2.  Зарядное устройство с автоматическим отключением от сети

3. Зарядное устройство с ключевым стабилизатором тока

4.  Зарядное устройство с микросхемой TL494

5.  Зарядное устройство с микросхемой TL494 и нормализатором напряжения шунта

6. Зарядное устройство с цифровой индикацией тока и напряжения.

7.  Зарядное устройство с цифровой индикацией и повышенным выходным током до 20А

8.  Зарядное устройство на тиристоре с улучшенными характеристиками и с использованием микросхемы TL494

9.  Зарядное устройство на двух тиристорах и с использованием микросхемы TL494

10.  Зарядное устройство для кислотно-свинцовых необслуживаемых аккумуляторов ёмкостью 4 … 17А/час

11.  Лабораторный блок питания 1,5 -30В, 0-5А + зарядное устройство на MOSFET транзисторе

12.  Лабораторный блок питания + зарядное устройство с усилителем напряжения шунта

13.  Лабораторный блок питания + зарядное устройство с узлом аварийной защиты

14.  Зарядное устройство с периодическим контролем ЭДС аккумулятора ( главная страница раздела зарядных устройств)

Топ 10 зарядних пристроїв для АКБ

З приходом морозів, попит на зарядні пристрої для автомобільних акумуляторів істотно зростає. Але, чомусь не всі водії вважають цей аксесуар корисним та обов’язковим, з іншого боку, в арсеналі інших водіїв зарядний пристрій займає відноситься до засобів “must have”.

Головним аргументом перших водіїв вважається те, що за вартість хорошою зарядки можна купити новий акумулятор і ще кілька років безпроблемно їм користуватися. Почасти таке судження можна назвати вірним. Правда не завжди працездатність акумулятора залежить від того, як давно ви її купили, іноді акумулятор може розрядитися через неправильно встановленого додаткового електрообладнання або в тому випадку, коли безтурботний водій забув вимкнути якісь освітлювальні прилади, залишивши автомобіль в такому вигляді на цілу ніч і то, і більш.

Факторів, що впливають на передчасний розряд абсолютно працездатною батареї, може бути багато і після розряду не викидати акумулятор на смітник, якщо його потрібно просто зарядити. Тому зарядний пристрій має право перебувати в списку необхідних аксесуарів для кожного водія. Інше питання, яке зарядний пристрій вибрати, щоб воно оптимально відповідала необхідним вимогам і, при цьому, мало доступною ціною?

Щоб полегшити муки вибору для водія, який все-таки зважився на покупку зарядки, ми створили топ 10 найпопулярніших зарядок для акумуляторів, з яких ви зможете вибрати оптимальний устрій під свої завдання.

10 місце

Віддано трансформаторному зарядного пристрою від компанії “Дорожня карта” модель DK23-1206CS. Дана зарядка має максимальний струм заряду — 6 А, відповідно підходить для ефективної зарядки свинцево-кислотних акумуляторів ємністю до 60 а/ч. Говорити про те, що за допомогою трансформаторної зарядки “Дорожня карта”, ви зможете заряджати гелеві або AGM акумулятори не доводиться.

Ще дана модель не має режиму відновлення акумулятора після глибокого розряду та режиму десульфатаціі. Індикація рівня заряду АКБ виконана по-старому за допомогою механічної стрілки. Проте, не дивлячись на свою простоту, “Дорожня карта” DK23-1206CS має:

  • захист від підключення з неправильною полярністю;

  • захист від перегріву;

  • захист від перезарядки;

  • захист від короткого замикання;

  • також може підтримувати акумулятор в зарядженому стані тривалий час.

Така функція буде оптимальною, якщо ваш акумулятор вже знаходиться не в найкращому стані і ви плануєте скористатися ним через кілька днів. Тоді досить поставити його на зарядку зарядним пристроєм DK23-1206CS і після повного заряду батарея буде підтримуватися в зарядженому стані до того моменту поки ви не вирішите нею скористатися.

9 місце

Для тих, кого бентежить олдскульна стрілочна індикація, є аналогічна модель — ALLIGATOR AC801. Зарядка ALLIGATOR трохи дорожче, але вона так само трансформаторна і має струм заряду 6А, значить підходить для зарядки тільки свинцево-кислотних батарей ємністю до 60 а/ч.

Багато в чому це пристрій є абсолютним аналогом “Дорожньої карти” DK23-1206CS за винятком того, що тут індикація виконаному відео 6-ти світлодіодів, які сигналізують про ступінь заряду акумулятора.

З функцій безпеки тут також є захист від перегріву та короткого замикання.

8 місце

Далі можемо бачити зовсім інший і сучасне зарядний пристроїво AUTO WELLE AW05-1204. Ця модель відноситься до автоматичних зарядних пристроїв та підходить для зарядки акумуляторних батарей різних типів:

Також відмінною рисою моделі AW 05-1204 стане LCD дисплей з підсвічуванням, що забезпечує хорошу видимість в темряві та велику інформативність, що допоможе краще оцінити стан акумуляторної батареї і стадію заряду.

Пристрій відноситься до автоматичної зарядки, це має на увазі наявність вбудованого мікропроцесора, який діагностує стан акумулятора і підбирає оптимальні параметри струму та напруги для його зарядки. арто відзначити, що максимальний струм заряду у AW05-1204 3,8А, але так як пристрій відноситься не до трансформаторних, а до імпульсних зарядки, з його допомогою можна заряджати батареї ємністю до 120 а/ч.

З додаткових функцій варто відзначити:

Як і у випадку з Дорожньої карти та ALLIGATOR, AUTO WELLE може протягом тривалого часу підтримувати стовідсотковий заряд батареї до тих пір, поки вона не знадобиться.

7 місце

Земляк AUTO WELLE чистокровний німець Bosch C7 0 189 999 07M відноситься до автоматичних, імпульсним зарядних пристроїв, але має більш високий струм заряду і підходить для зарядки всіх типів автомобільних акумуляторних батарей:

Крім захисту від короткого замикання, захисту від перегріву та функції зберігання, з якими ми познайомилися в минулих моделях, Bosch C7 має здатність:

  • відновлювати акумуляторні батареї після глибокого розряду;

  • виступати в ролі джерела живлення.

Наприклад, це актуально при заміні акумулятора на сучасних автомобілях, коли електроніку автомобіля не можна відключити від джерела живлення, в такому випадку, підключивши зарядку Bosch C7 до клем автомобіля, можна спокійно замінити акумулятор, що не переживаючи, що автомобіль вийде з ладу.

Так само його можна використовувати як блок живлення для автомобільного холодильника та іншої електроніки, що працює при напрузі 12 вольт. Єдине, що трохи бентежить в C7-м — це ціна та відсутність дисплея. В даному випадку, вся індикація проводиться за допомогою світлодіодів на лицьовій частині зарядного пристрою.

6 місце

Далі йде корейська зарядка Hyundai HY400, за допомогою якої можна заряджати:

Зарядка проводиться в 9 етапів і за кожен етап відповідає вбудований мікропроцесор.

Тобто, як ви зрозуміли, Hyundai HY400 — це імпульсна зарядка з струмом заряду до 4 А, і можливістю зарядки 12-ти та 6-ти вольтів акумуляторів ємністю до 120 а/ч. Індикація рівня заряду виводиться на LCD дисплей. Hyundai має можливість відновлення акумуляторних батарей і режим десульфатаціі, єдине, в чому HY400 поступається C7, це не можливістю заряду 24-х вольтів акумуляторів, а також максимальна ємністю акумуляторів, що заряджаються.

Але, з іншого боку, в легкових автомобілях не використовуються батареї ємністю вище 100-11- а/ч і не використовуються 24-х вольт акумулятори.

5 місце

На 5-му місці виявляється трансформаторне пристрій і, на цей раз, від компанії Elegant 100 430, яке, на відміно від “Дорожньої карти” та ALLIGATOR, підкуповує більш вигідною ціною, світлодіодною індикацією і можливістю зарядки, як 6-ти так і 12-ти вольтів акумуляторів.

Максимальний струм заряду становить 6 ампер, але характеристиками даної зарядки передбачена зарядка акумуляторів ємністю до 120 а/ч, таким чином, дана зарядка підходить для будь-яких батарей, будь-яких легкових автомобілів.

Виробник навіть каже, про те що зарядка підходить для гелевих акумуляторів, але перевіряти це на практиці все ж не варто, якщо ви все-таки обзавелися дорогим гелевим акумулятором, то краще віддати перевагу імпульсним зарядних пристроїв, яке спеціально призначені для зарядки батарей такого типу.

4 місце

Якщо у вас немає можливості переплатити за імпульсну зарядку від відомого бренду, але ви все ж хочете отримати якісне багатофункціональний пристрій з режимом відновлення та десульфатаціі акумулятора, потрібно звернути увагу на вітчизняні бренд Аїда та зарядний пристрій 5S. Це імпульсна зарядка з усіма необхідними режимами, яка включає в себе стандартну захист від перегріву та короткого замикання. Також дуже важливі режими десульфатації та зберігання. Підходить Аїда 5S для зарядки 12-ти вольтів акумуляторів ємністю від 1,4 а/ч до 75 а/ч, також користувач може самостійно вибрати струм заряду або 1 А або 5 А.

Зарядка Аїда багатофункціональна і має кілька способів десульфатаціі, але низька ціна позначилася на дизайні та матеріалах корпусі, Аїда 5S це справжній Франкінштейн серед ЗУ, з великими габаритами та грубими формами. З індикацією у Аїда теж не склалося, на лицьовій панелі є всього 2 світлодіодних індикатора, які сигналізують про підключення зарядки в мережу і про те, що почався процес зарядки.

До мінусів Аїда 5S можна віднести те, що з її допомогою можна зарядити акумулятори ємністю всього лише до 75 ампір, а в сучасних автомобілях зустрічаються і більш місткі батареї.

3 місце

На 3-му місці виявляється Аїда 10S, на відміну від 5-ї моделі, 10-я має можливості вибору струму заряду 1А, 5А та 10А, а також підходить для зарядки батареї ємністю до 180 а/ч. Тому з її допомогою можна зарядити не тільки акумулятор легкового автомобіля, але і батарею вантажівки. Як і 5S, “десятку” можна використовувати для відновлення батареї після глибокого розряду і для зберігання акумуляторів в зарядженому стані в між експлуатаційний період.

Аїда 10S має більш вигідну ціну, в порівнянні з іншими пристроями з таким же набором характеристик та функцій.

2 місце

З урахуванням того, що 90% -95% стартерних автомобільних акумуляторів, виготовлені по свинцевою-кислотної технології, і для їх зарядки не потрібні імпульсні “мудровані” зарядний пристрій, на 2-е місце, ми вирішили поставити саму бюджетну трансформаторну зарядку Lavita LA 192204.

Подібного роду пристосування буде по кишені абсолютно будь-якому водієві і зможе виручити в ті рідкісні моменти, коли за збігом обставин або через безтурботність водія, акумулятор просто сів і не вимагає ні відновлення, ні десульфатаціі, ні зберігання в зарядженим стані, все що потрібно в такому випадком — це простого відновлення рівня заряду.

Lavita 192204 відноситься до трансформаторних зарядки, має всі необхідні режимами захисту для безпечного використання і підходить для зарядки свинцево-кислотний батарей від 6-ти до 12-ти вольт ємністю до 60 а/ч.

Незважаючи на те, що в цьому топі ми шукали компроміс між доступністю, сучасними технологіями та функціоналом, віддаючи вищі щаблі то дорогим імпульсним, то дешевим трансформаторних пристроїв.

1 місце

На 1-му місці опинилася, перевірена часом зарядка, Bosch C3 0 189 999 03M, яка в якійсь мірі є спрощеною версією Bosch C7.

У той же час, в порівнянні з 7-мою, 3-тя модель володіє помірною ціною, як не можна краще, зможе підійти практично будь-якому водієві для вирішення будь-яких можливих проблем, що виникають автомобільними акумуляторами різного типу. З її допомогою можна заряджати батареї від 6В до 12В і ємністю від 1, 2 а/ч до 120 а/ч. Дана модель обладнана мікропроцесором, тому самостійно визначає оптимальне параметри зарядки акумулятора і використовує їх для відновлення працездатності батареї. Так само якщо ви за допомогою цієї зарядки будете заряджати один і той же акумулятор, вона запам’ятає настройки для конкретної батареї, але на відміну від 7-ї моделі Bosch C3, не можна використовувати в якості 12-ти вольта джерела живлення для підключення електричних пристроїв, зате за цілком адекватну ціну, ви отримаєте сучасне зарядний пристрій, який буде залишатися актуальним тривалий час і не підведе в скрутну хвилину.

Звичайно ж, не кожному знадобиться дороге, імпульсний пристрій з безліччю функцій та режимів. За допомогою даного топа, ви зможете підібрати пристрій, який задовольнить саме ваші потреби.

Как выбрать зарядное или пуско-зарядное устройство для аккумулятора автомобиля — практические советы.

Обзор мобильных и стационарных автоматических зарядных устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов.

Интеллектуальные зарядные устройства «Агрессор» импульсного типа предназначены для подзарядки всех типов свинцово-кислотных аккумуляторов — жидких (WET), гелевых (GEL), с абсорбентом (AGM). С помощью переходника для прикуривателя можно подключить зарядное устройство к бортовой сети автомобиля и поддерживать напряжение аккумулятора до утра. 

Типы зарядных устройств:

Часто задаваемые вопросы:


Стационарные зарядные устройства 

Стационарные зарядные устройства AGR/SBC-150 и AGR/SBC-150 Start оснащены также разъемом USB для подзарядки мобильных гаджетов. Слово Start в названии второго устройства означает наличие функции быстрого пуска двигателя, когда на автомобиль подается ток силой 50 ампер. Для активации этой функции нужно нажать зеленую кнопку «Пуск» на верхней панеле пуско-зарядного устройства. В остальном модели практически одинаковы, но у AGR/SBC-150 номинальная сила тока выше и составляет 1,8 А против 1,59 А у AGR/SBC-150 Start. 


Функция быстрого старта в AGR/SBC-150 Start реализована максимально безопасно. Ток в 50 ампер не идет сразу в полную мощность, угрожая сжечь проводку, а сначала формируется «подушка безопасности» (300 секунд вспомогательного напряжения), после чего уже наращивается сила тока, необходимая для экстренного запуска двигателя. 

Мобильные зарядные устройства 

Мобильные зарядные устройства «Агрессор» — это уже четыре модели линейки Brick, рассчитанные на подзарядку аккумуляторов от 6 до 24 вольт. Например, младшая модель AGR/SBC-020 Brick способна заряжать аккумуляторы мопедов, мотоциклов и скутеров на 6В и АКБ легковых автомобилей на 12 вольт. Старшая модель AGR/SBC-250 Brick заметно крупнее по габаритам и подзарядит не только 12-вольтовый аккумулятор, но и 24-вольтовую батарею.


Все модели Brick, кроме 020, применяют девятиступенчатую зарядку. В Brick 020 стоит программа трехступенчатой зарядки. 

Пользовательский интерфейс 

Иконки на панели управления просты и понятны. Надо зарядить АКБ автомобиля — выбираем иконку с автомобилем. Скутер или мотоцикл? Выбираем иконку с мотоциклом. 


Режим восстановления обозначен гаечным ключом, а «Снежинку» нужно выбирать для зарядки аккумулятора при низких температурах (в холодном гараже или зимой на улице/трассе). Для экстренных случаем существует режим быстрой зарядки (5 минут). Режим не самый полезный для АКБ автомобиля, но менее вредный, чем пуск проводами прикуривания. 

Почему интеллектуальные? 

«Интеллект» всех з/у «Агрессор» заключен в микропроцессоре, который анализирует техническое состояние аккумулятора, после чего устройство выбирает оптимальный режим автоматической зарядки для конкретной автомобильной батареи. 


Обратите внимание! Встроенная защита не запустит устройство, если клеммы подключены ошибочно (перепутан плюс и минус). В этом случае нужно поменять положение клемм на правильное и снова запустить устройство. 

Важно! Никогда не заводите двигатель во время зарядки аккумулятора! Это может вывести З/У из строя. Сначала нужно отключить устройство, потом снять клеммы с аккумулятора, и только после этого пользоваться стартером. 

Часто задаваемые вопросы

Почему автоматические зарядные устройства лучше? 

Импульсные З/У сочетают в себе достоинства зарядки постоянным током и постоянным напряжением. Вначале идет подзарядка напряжением, в конце — импульсами тока. Срок службы аккумулятора за счет этого продлевается. 

Оптимальное напряжение тока для зарядки аккумулятора 12В равно 14,4В. При этом в течение зарядки напряжение и силы тока должно меняться. Автоматические З/У способны контролировать этот процесс и подавать оптимальный ток на аккумулятор. 


Современные импульсные зарядные устройства умеют определять состояние АКБ и регулировать напряжение и силу тока. 

Прикуривать или заряжать? 

Для АКБ автомобиля полезнее зарядка, чем прикуривания. Прикуривание может испортить автоэлектронику, особенно при халатном отношении к процессу. 

Чем опасна быстрая зарядка аккумулятора? 

Быстрая зарядка АКБ — это большой уровень тока с закипанием электролита и разрушением свинцовых пластин. В результате емкость аккумулятора падает, а 2-3 быстрые зарядки способны вывести из строя даже новую батарею. 

Каким должен быть ток заряда? 

Уровень зарядного тока – 10% от емкости аккумулятора. Автоматические зарядные устройства самостоятельно определяют необходимую силу и напряжению тока. Функция диагностики оценивает степень зарядки аккумулятора и меняет напряжение и силу тока при необходимости. Если диагностика обнаружит начавшийся процесс окисления свинца, то автоматически запустится процесс восстановления. 

Можно ли спасти аккумулятор при начавшейся или застарелой сульфатации пластин? 

Старый аккумулятор можно реанимировать с помощью интеллектуального зарядного устройства «Агрессор» и остановить сульфатацию свинцовых пластин. Режим восстановления на современном импульсном з/у позволяет восстановить сульфат свинца до свинца и серную кислоту. После «лечения» плотность электролита возрастет вместе с емкостью АКБ. Но такой способ не всегда может сработать, если аккумулятор уже очень сильно поврежден. 

Весь процесс восстановления автоматизирован. За 2-3 часа устройство восстановит аккумулятор и перейдет в режим обычной зарядки. Если же восстановление не удалось, устройство об этом сообщит, и тогда придется уже менять аккумулятор на новый. 


Импульсные зарядные устройства — современный выбор автовладельца для зарядки аккумулятора. Большинство автомобильных АКБ сейчас необслуживаемые, поэтому очень важно правильно их заряжать, чтобы срок эксплуатации батареи не уменьшился.

Что такое девятиступенчатая программа зарядки?


9 ступеней включают: 

  • Тест батареи. Проверка напряжения аккумуляторной батареи, правильности подключения батареи и состояния батареи (рабочая или повреждена) перед началом процесса зарядки 

  • Десульфатирование. Если устройство определило, что пластины аккумулятора засульфатированы, то включается подача напряжения в импульсном режиме, что позволяет удалить сульфаты с поверхности свинцовых пластин, тем самым восстанавливается емкость батареи. 

  • Плавный режим зарядки. Начальный тест состояния батареи. Если аккумулятор сильно разряжен, зарядное устройство начнет мягкую стадию зарядки. Зарядка начинается с пониженным током и напряжением вплоть до достижения нормального уровня зарядки. 

  • Основная зарядка. На этапе основной стадии аккумулятор получает до 75 80% заряда от устройства. Зарядное устройство обеспечивает максимальный ток зарядки. 

  • Поглощение. Зарядка плавно уменьшающимся током при постоянном напряжении до достижения уровня заряда 95-100% емкости батареи. 

  • Восстановление. Функция восстановления препятствует осаждению сульфатов и расслоению электролита в сильно разряженных аккумуляторах, позволяет восстановить емкость батареи. 

  • Анализ. Проверка батареи на способность удерживать заряд. Батареи, которые не могут удерживать заряд, подлежат замене. 

  • Зарядка до 100%. Путём повышения напряжения при невысоком уровне тока, заряд батареи доводится до 100% от её ёмкости. 

  • Импульс. Батарея поддерживается в 100%-но заряженном состоянии за счет периодической подачи пониженного напряжения. Режим ограничен во времени 10-ю днями.

Каким ЗУ можно зарядить кальциевый АКБ, как это правильно делать

15.05.2018

Вопрос, которым задаются практически все владельцы кальциевых АКБ при первой зарядке. Для того что бы ответить на него, для начала необходимо разобраться, что же такое «кальциевый» аккумулятор.

Существует несколько типов «кальциевых» кислотных аккумуляторов, все они имеют в составе пластин кальций, поэтому их и называют «кальциевые»:

  • Гибридные аккумуляторы имееют пластины разного состава. Обычно плюсовая пластина содержит до 1,5-1,8% сурьмы и 1,4-1,6% кадмия, а минусовая – свинцово-кальциевая или с добавлением серебра. Эти батареи мало отличаются от обычных привычных всем кислотным АКБ и заряжаются стандартным напряжением 14,8 В и током 10% от номинальной емкости.
  • Кальциевые аккумуляторы (Ca/Ca) – кальциевыми аккумуляторами называют батареи, в которых свинец легирован (добавлены десятые доли процента Са от общей массы сплава, примерно 0,07-0,1%) кальцием.
  • AGM, EFB, GEL (Ca/Ca) — пластины в таких АКБ почти всегда полностью состоят из кальция.

Для кальциевых АКБ напряжение заряда не должно превышать 15 В. Обычно пороговое напряжение заряда указанное производителем в паспорте к данной батарее составляет 14,4 В. В гелевых аккумуляторах порог напряжения стандартно еще ниже, где-то 14,1 В.

В любом случае, для полной уверенности, до какого напряжения необходимо заряжать кальциевую АКБ, необходимо посмотреть эту информацию в паспорте к аккумуляторной батарее.

Ток заряда для кальциевых АКБ такой же как и для любых кислотных, до 10% от номинальной емкости.

Теперь, когда с параметрами заряда все стало ясно, можно выбрать зарядное устройство, которое подойдет.

Необходимое напряжение заряда: 14,1 В / 14,4 В / 14,8 В (редко)

Специально для кальциевых АКБ ООО «НПП «Орион СПб»  были разработаны следующие модели зарядных устройств:

     

Вымпел 27                  Вымпел 32                  Вымпел 37

Вымпел 27 и 37 имеют трех диапазонный переключатель напряжения на 14,1 /14,8 /16В. В обоих моделях есть ручка регулировки тока и сегментный ЖК индикатор. Между собой они отличаются лишь максимально возможным током заряда, для 27 модели это 7 А, для 37 – 20 А. Вымпел 27 сможет зарядить все кальциевые АКБ емкостью до 75 Ач в стандартном режиме (возможен заряд АКБ большей емкости током менее 10% но более долгий по времени), а Вымпел 37 зарядит и более емкие АКБ до 200 Ач.

Вымпел 32 имеет другие диапазоны напряжения заряда, 13,6 /14,4 / 15 В. В нем применен стрелочный амперметр в качестве индикатора заряда и максимальный ток заряда составляет 20 А (так же как и в модели Вымпел 37).

Компания ООО «НПП «Орион СПб» выпускает универсальные зарядные устройства с возможностью регулировки зарядного напряжения и тока.

   

Вымпел 55 и Вымпел 50 имеют возможность программирования: выбор алгоритмов заряда, настройка таймеров, отложенный заряд и много других настроек. Такими ЗУ можно зарядить любой аккумулятор, если правильно выставить значения зарядного напряжения и тока. Отличаются эти модели типом индикатора, Вымпел 55 имеет матричный ЖК индикатор с большим количеством информации и русскоязычным меню. Вымпел 50 имеет светодиодный LED индикатор, информация на котором представлена в упрощенном виде. Стоит отметить, что LED индикатор не замерзает при минусовых температурах, в отличие от ЖК.


Вымпел 57 имеет такой же индикатор, как и Вымпел 27 и 37, но в отличие от последних имеет ручку регулировки напряжения, что позволяет вручную установить необходимые значения.

  

Компактное ЗУ для АКБ малой емкости Вымпел-09 также подойдет для зарядки кальциевых аккумуляторов. В этой модели есть возможность регулировки напряжения в диапазоне 12-16 В и тока 0,25-1,2 А.

Также, для заряда кальциевых АКБ подойдет источник питания Вымпел-100. Ведь он имеет напряжение заряда 14,2 В. Именно такое напряжение обеспечивает генератор в большинстве автомобилях.



Свинцово-кислотная батарея

— обзор

14.3.2 Применение слоистых двойных гидроксидных / полимерных нанокомпозитов в батареях

Свинцово-кислотные батареи широко применяются в моторных системах для обеспечения большого тока, необходимого стартерным двигателям машин из-за их способности обеспечивать питание. большой импульсный ток при их невысокой стоимости. Однако они вызывают серьезное загрязнение окружающей среды. Литиевые батареи по сравнению со свинцово-кислотными и никелевыми батареями демонстрируют преимущества длительного срока службы, высокой плотности энергии, экологической совместимости и высокого рабочего напряжения (Shao et al., 2015b). Литиевые батареи легкие, с рабочим напряжением ~ 3,6 В, удельной энергией от 100 Втч / кг до 150 Втч / кг и выходной емкостью от 700 до 2400 мА / ч для аккумулятора. Они широко используются в портативных электронных устройствах, таких как сотовые телефоны, ноутбуки и видеокамеры. Литиевые батареи обычно заряжаются и разряжаются при токе 0,2-1 ° C, что означает, что полная емкость элемента сохраняется или используется за 5 и 1 час соответственно. Обычный диапазон рабочих температур ( T ) литиевых батарей составляет 15 ° C-60 ° C.При T <15 ° C емкость становится низкой, тогда как при T > 60 ° C начинается медленная деградация материалов электродов / электролитов в течение определенного периода времени (Reddy et al., 2013; Roy and Srivastava, 2015). Однако батареи с большей плотностью энергии и более продолжительным жизненным циклом для расширения новых электронных систем имеют важное значение.

Полимерные электролиты безвредны для окружающей среды, с различными областями применения, которые демонстрируют хорошую ионную проводимость, превосходные механические свойства и соответствие электрохимическим характеристикам (Nicotera et al., 2015; Ляо и Е, 2004а). Они играют важную роль в развитии литий-полимерных аккумуляторных батарей, поскольку могут привести к гибкой расслоенной структуре с нестандартной геометрией. Твердотельные электролитные системы из полиэтиленоксида (PEO) / LDH NC обладают высокой ионной проводимостью и могут использоваться для изготовления литий-полимерных вторичных батарей (Liao and Ye, 2003, 2004a, b).

Батареи на основе литий-серы (Li-S) были заявлены как хорошие кандидаты для новых устройств хранения энергии.Li-S батареи имеют много преимуществ, таких как недорогой материал, высокая безопасность и высокая плотность энергии. Поэтому в последнее время они рассматриваются как наиболее многообещающая альтернатива литиевым батареям во многих приложениях, от электромобилей до стационарных сетевых хранилищ. Однако этим батареям в значительной степени препятствуют определенные проблемы, особенно низкое использование серы и быстрое истощение емкости из-за растворения промежуточного продукта разряда, полисульфида, и его диффузии через сепаратор к анодной стороне (Zhou et al., 2017б). Основная проблема для Li – S батарей — это предотвращение растворения полисульфидов при сохранении высокого уровня использования серы. Таким образом, Zhang et al. (2016) изготовили новый тип наноклеток с двойной оболочкой с внутренней оболочкой из гидроксида кобальта [Co (OH) 2 ] и внешней оболочкой из LDH ([электронная почта защищена]) в качестве нового серного хозяина для Li – S аккумуляторов ( Рис. 14.7). Катод из этого композита имеет множество преимуществ. В частности, композит [защищенный по электронной почте] / S загружен 75 мас.% Серы, а наноклетки с двойной оболочкой из [защищенного по электронной почте] готовят несколько отличные функциональные поверхности для химической связи с полисульфидами, чтобы предотвратить их растворение.Композит [защищенный по электронной почте] / S был исследован в качестве катодного материала для Li – S аккумуляторов и продемонстрировал значительно улучшенные электрохимические характеристики и был способен сохранять высокую циклическую стабильность при 0,1 и 0,5 ° C выше 100 циклов, а также обеспечивал большую емкость с отличным содержание серы 3 мг / см 2 . В другой работе Zhou et al. (2017b) сообщили об использовании листов LDH в качестве модифицирующего слоя на полипропиленовом сепараторе, синергетически действующего как барьер физического удержания, так и химическая ловушка, которая эффективно блокирует переход полисульфида и, соответственно, увеличивает срок службы Li-S батарей.Результаты показали, что с листами LDH, блокирующими переход полисульфида, ухудшение рабочих характеристик, очевидно, улучшилось: от 0,29% за цикл для чистого сепаратора до 0,18% за цикл для модифицированного сепаратора. Успешное внедрение листов LDH с положительным зарядом для модификации сепаратора в Li – S батарее откроет новое окно для будущего развития в разработке высокоэффективных Li – S батарей.

Рисунок 14.7. (A) Схематическое изображение синтеза композита [email protected] / S.(B) SEM и TEM-изображения (a, e) ZIF-67, (b, f) однослойные [защищенные по электронной почте], (c, g) двухслойные [защищенные по электронной почте] наноклетки и (d, h) [электронная почта защищена] / S.

Источник: По материалам Zhang, J., Hu, H., Li, Z., Lou, XWD, 2016. Двухслойные наноклетки с внутренней оболочкой из гидроксида кобальта и многослойной внешней оболочкой из двойных гидроксидов в качестве высокоэффективного полисульфидного медиатора для литий-серные батареи. Энгью. Chem. Int. Изд., 55 (12), 3982–3986. С любезного разрешения Wiley.

Среди перезаряжаемых батарей, несмотря на то, что литий-ионные батареи имеют высокую плотность энергии, они дороги и имеют некоторые проблемы с безопасностью из-за воспламеняемости, что накладывает ограничения на их разнообразные приложения для хранения энергии (Yan and Yang, 2016; Huang et al., 2015). Цинковые электроды в качестве анодных веществ для щелочных вторичных батарей были предложены для нового поколения источников энергии, используемых в электромобилях в последние годы. Это связано с их превосходными электрохимическими характеристиками, такими как хорошее напряжение холостого хода, большой удельной энергией, а также дешевизна и экологичность. Однако из-за дефектов цинкового электрода, таких как изменение формы, рост дендритов, неактивная поверхность и саморазряд цинка, разработка Ni-Zn вторичных батарей была ограничена их малым сроком службы.Эти дефекты в основном вызваны высокой растворимостью цинк-активных материалов в щелочных электролитах. Следовательно, различные добавки, такие как Bi (III) (Zhang et al., 2015c), In (III) (Wang et al., 2014b), цинкаты кальция (Wang et al., 2014a), полианилин (Huang et al. , 2014a) и полипиррол (Huang et al., 2014b) были добавлены в цинковые электроды, чтобы преодолеть эти проблемы (Huang et al., 2015). Недавно СДГ и их материалы были изучены как новый тип электродов в Ni-Zn аккумуляторных батареях.Ян и Ян (2016) успешно синтезировали композиты Zn-Al-LDH / PPY путем полимеризации пиррола в суспензии гидроталькита при обработке ультразвуком и перемешивании с целью объединения достоинств LDH и PPY для достижения отличных электрохимических характеристик. Они оценили электрохимические характеристики композитов Zn-Al-LDH / PPY в качестве электрода для аккумуляторной батареи Ni-Zn. Результаты показали лучшую обратимость и превосходную стабильность цикла по сравнению с чистым электродом из LDH. Кроме того, результаты теста EIS показали, что модификация PPY снижает сопротивление переносу заряда электрода и улучшает проводимость анода, что значительно повышает электрохимические характеристики композитов Zn-Al-LDH / PPY.

Фотоэлектрическое высокочастотное импульсное зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов с отслеживанием точки максимальной мощности

Фотоэлектрическое импульсное зарядное устройство (PV-PC), использующее высокочастотную импульсную последовательность для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов (LAB), предлагается не только для изучения поведение заряда с отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT), но также для задержки сульфатной кристаллизации на порах электрода LAB, чтобы продлить срок службы батареи, что достигается за счет короткого перерыва между соседними импульсами, который обновляет разрядку LAB.Максимальная передача энергии между фотоэлектрическим модулем и преобразователем повышающего тока (BCC) моделируется для максимизации энергии зарядки для LAB при различной солнечной инсоляции. Управление длительностью, управляемое MPPT с инкрементной проводимостью с помощью увеличения мощности (PI-INC MPPT), реализуется для BCC, который работает в точке максимальной мощности (MPP) против случайной инсоляции. Рассмотрена система PV-PC мощностью 250 Вт для зарядки четырехрядной ЛАБОРАТОРИИ (48). Изучено поведение зарядки системы PV-PC по сравнению с зарядным устройством CC-CV.Исследуются четыре сценария состояния зарядки системы PV-BC при различных изменениях солнечной инсоляции и сравниваются со сценарием с использованием INC MPPT.

1. Введение

Возобновляемые источники энергии стали незаменимыми и применимыми в нашей жизни, учитывая нехватку ископаемого топлива, особенно для фотоэлектрической и ветровой энергии. Что касается накопителя энергии, свинцово-кислотный аккумулятор (ЛАБ) всегда является интересным устройством из-за невысокой стоимости; даже время его жизненного цикла невелико. К счастью, эксперимент показал, что после зарядки аккумулятора в течение 5–10 часов короткопериодическим большим током сульфатирующая кристаллизация, покрывающая пластины положительного электрода, будет уменьшена, и аккумулятор не будет перегреваться, что увеличивает разряд. эффективность для продления срока службы батарей [1–3].Таким образом, метод импульсной зарядки стал одной из доступных стратегий зарядки при управлении батареями. LAB в основном состоит из двух электродов, отрицательного электрода из металлического свинца (Pb) и положительного из оксида свинца (PbO 2 ), погруженных в раствор серной кислоты (H 2 SO 4 ), который вызывает химическую реакцию во время процессов зарядки и разрядки. Во время разряда на обоих электродах в батарее накапливается сульфат свинца PbSO 4 , и электролит затем преобразуется в H 2 O, но в состоянии зарядки будет происходить противоположный процесс.Когда аккумулятор приближается к 85–95% степени заряда (SOC), большая часть PbSO 4 будет преобразована в Pb и PbO 2 , в которых напряжение аккумулятора может быть больше, чем напряжение выделения газа. Реакция перезаряда, возможно, приводит к выделению водорода на отрицательном электроде и кислорода на положительном электроде. Это нежелательное явление может привести к нагреву, увеличению времени зарядки и сокращению срока службы батареи, даже если газ не выпускается, существует опасность взрыва.Прежде всего, если некоторое количество PbSO 4 кристаллизуется на порах положительного электрода, ток разряда будет ограничен из-за уменьшения эффективной площади поверхности на положительном электроде. Чтобы продлить срок службы батареи, представлена ​​система высокочастотного фотоэлектрического импульсного зарядного устройства (PV-PC) для LAB, которая вносит импульсный эффект для задержки упомянутой сульфатной кристаллизации во время смежных крошечных времен перерыва импульса. В этой работе моделируется повышающий преобразователь тока (BCC), связанный с фотоэлектрическим модулем, чтобы максимизировать заряд энергии в LAB при максимальной передаче мощности [4].Чтобы максимизировать энергию, перекачиваемую из фотоэлектрического модуля, управление рабочим циклом, управляемое отслеживанием точки максимальной мощности с приращением мощности с приращением мощности (PI-INC MPPT), полученным из отслеживания точки максимальной мощности с приращением проводимости (INC MPPT ), используется для поддержания энергии накачки PV-BCC от фотоэлектрического модуля, которая является быстрой и точной против случайной солнечной инсоляции [4–8]. Слабым местом INC-MPPT является его неоднозначная инкрементная проводимость, возникающая в левой части MPP, что может задерживать отслеживание MPPT.Чтобы четко описать поведение динамического отслеживания при зарядке, в этой работе исследуются и сравниваются четыре сценария изменения солнечной инсоляции под руководством PI-INC MPPT и INC-MPPT соответственно. Проведено экспериментальное исследование для проверки поведения зарядки системы PV-PC с четырьмя последовательно включенными LAB на 45 Ач (ампер-час) (48 В, постоянного тока, ). Изучены зарядные характеристики системы PV-PC по сравнению с зарядными характеристиками обычного зарядного устройства постоянного тока постоянного напряжения (CC-CV).Экспериментальный результат подтверждает, что высокочастотная последовательность импульсов может фактически задерживать сульфатную кристаллизацию на пластинах электродов LAB, что продлевает срок службы батареи.

2. Анализ системы PV-PC

На рисунке 1 (a) показана принципиальная схема системы PV-PC, которая образована BCC, управляемым контроллером MPPT. Динамические состояния BCC при граничных условиях показаны на рисунке 1 (b), на котором выходной ток, безусловно, представляет собой форму последовательности импульсов, которая используется в качестве источника заряда.PV BCC, управляемый рабочим периодом от PI-INC MPPT, может работать между режимом прерывистой проводимости (DCM) и режимом граничной проводимости (BCM) для импульсной зарядки в LAB.

Для удобства анализа описывается устойчивое состояние PV-BCC в BCM. Если выбран аккумулятор больше максимального значения и все компоненты считаются идеальными, пиковый ток индуктора PV-BCC в BCM из рисунка 1 (b) может быть представлен следующим образом: где — повышающий дроссель, скважность и период переключения.Тогда у нас есть средний ток PV: где частота переключения. Если учесть энергоэффективность, средний выходной ток LAB из (2) будет Уравнение (3) представляет передаточную функцию управления к выходу, в которой выходной ток пропорционален квадрату продолжительности включения и обратно пропорционален частоте переключения. Модель и симуляция передаточной функции управления к выходу представлены на рисунках 2 (a) и 2 (b), соответственно. Продолжительность включения PV-BCC спроектирована в соответствии с характеристикой PV, как показано на рисунке 3.Выходная мощность PV-BCC может быть получена


Если в PV-BCC рассматривается конфигурация с чередованием, средний выходной ток и мощность могут быть легко получены из (3) и (4) путем умножения двух.

3. PI-INC MPPT для системы PV-PC

PV-BCC, управляемый контроллером PI-INC MPPT, может быстро и точно получать энергию от фотоэлектрического модуля в соответствии с указаниями, указанными на и характеристическими кривыми на Рисунке 3, на котором ссылки отслеживания для выполнения отслеживания приращения мощности (PI) и отслеживания приращения проводимости (INC) четко описаны в [6, 8].PI-INC MPPT может обеспечить быстрое отслеживание PI-coarse в направлении указанной пороговой зоны отслеживания (TTZ) с использованием кривой, чтобы избежать отслеживания задержки, которая возникает из-за некоторого неоднозначного обнаружения проводимости в правой части точки максимальной мощности (MPP). на кривой методом INC MPPT [4, 5, 9]. На рисунке 3 два взаимно эквивалентных TTZ, соответственно, определены в кривых и, используемых для различения ролей отслеживания PI-INC MPPT и обычного INC MPPT. Грубое отслеживание PI по кривой выполняется быстро в сторону TTZ, когда PV-BCC работает за пределами TTZ.Как только обнаруженное приращение мощности находится в пределах TTZ, обеспечивается точное отслеживание INC в направлении MPP с использованием кривой. Таким образом, PI-INC MPPT обеспечивает быстрое и точное отслеживание по сравнению с обычным INC-MPPT. MPP для INC MPPT, о котором сообщает Wasynczuk [5], затем может быть выражен следующим образом: Ясно показано, что на рисунке 3 мера ограничена двумя отношениями и на кривой, и, соответственно, мера ограничена между пределами и на кривой, в которой и получены из двух отношений и.От указанного на кривой граница трекинга в TTZ будет и вне ТТЗ при или где определяется как Два соотношения и являются действительными числами. Уравнение (9) всегда отрицательно, потому что и имеют противоположные знаки. Соответственно, соответствующее отношение к PI-INC MPPT, полученное из указанных границ INC MPPT, будет, согласно (6) — (9), в пределах ТТЗ, где, и, и или вне ТТЗ.Два предела порога мощности в (10) определяются следующим образом:

Блок-схема PI-INC MPPT для управления режимом работы, представленная на рисунке 4, позволит контроллеру MPPT адаптивно обеспечивать надлежащую продолжительность включения для PV-BCC для перекачивания энергии от фотоэлектрического модуля в MPP, в которой рассматривается упрощенная программа. Другими словами, программа является частным случаем PI-INC MPPT без TTZ.

4. Проектирование и реализация

Система PV-PC мощностью 250 Вт, сконфигурированная, как показано на Рисунке 1 (a), состоящая из двух последовательно соединенных фотоэлектрических модулей (Kyocera KC130T), BCC и четырех последовательно соединенных LAB. (Kawasaki MF50B24, 12 В, постоянного тока, , 45 Ач, каждый) разработан и реализован для оценки режима зарядки LAB в соответствии с PI-INC MPPT и проверки применимости.Система PV-PC работает на постоянной частоте 40 кГц с нагрузкой от 0 до 0,36 при солнечной инсоляции от 0 до 1 кВт / м 2 , в которой нагрузка равна при солнечной инсоляции при 1 кВт / м 2 , где пиковый ток зарядки для LAB составляет 16 А. Программа PI-INC MPPT выполняется микрочипом dsPIC33FJ06GS202 в соответствии с руководством по отслеживанию на рисунке 4, на котором, например, представлен упрощенный случай PI-INC MPPT без THZ. Грубое отслеживание PI по кривой может выполнять быстрое и точное отслеживание в направлении MPP по сравнению с отслеживанием INC по кривой.Формы сигналов PV-BCC, работающего при солнечной инсоляции 600 Вт / м 2 и 1000 Вт / м 2 , измерены на рисунках 5 и 6, соответственно, на которых ток повышающей индуктивности в постоянном токе составляет 600 Вт / м. м 2 , но в CCM при 1000 Вт / м 2 . Несмотря на режимы состояния DCM или CCM, выходные токи, четко показанные на рисунках 5 (b) и 6 (b), всегда являются доступными последовательностями импульсов для зарядки LAB. На рисунке 7 показано сравнение поведения отслеживания PI-INC MPPT и INC MPPT в системе PV-PC при четырех типах сценариев солнечной инсоляции.Отслеживание напряжения на рисунке 7 (a) и отслеживание мощности на рисунке 7 (b) ясно показывают, что PI-INC MPPT намного быстрее и точнее в отношении MPP, чем INC MPPT. PI-INC MPPT может платить только несколько секунд за отслеживание в MPP, когда скачок солнечной энергии первоначально происходит в любой из сторон MPP. Другими словами, в PI-INC MPPT не было неоднозначного обнаружения. Что касается INC MPPT, неоднозначно обнаружение возрастающей проводимости в левой части MPP, что может привести к большой задержке в MPPT, таких как в сценариях 1 и 3; время отслеживания в направлении MPP должно быть в 4–10 раз больше, чем у PI-INC MPPT.Измеренные данные отслеживания отклика, показанные в таблице 1, показывают, что PI-INC MPPT более надежен, чем INC MPPT в процессе отслеживания во время четырех изменений сценария; в частности, в PI-INC MPPT во время изменения инсоляции нет резкого отклика с задержкой по сравнению с откликом INC MPPT. Состояние заряда (SOC) системы PV-PC по сравнению с зарядным устройством CC-CV показано на рисунке 8, а подробные состояния зарядки измерены в таблице 2. Результат измерения показывает более быструю реакцию на 195 минут для PV- Система ПК, чем 210 мин для зарядного устройства CC-CV более чем на 8%, по сравнению с SOC около 95%.


Сценарий Шаг скачка инсоляции (Вт / м 2 ) Место начального перехода PI-INC MPPT (с) INC MPPT (с)

1 L 9 33
2 R 6 13
3 L 15 142
4 R 22 32

L: Левая сторона MPP.
R: Правая сторона MPP.
49,71

SOC (%) CC-CV Импульсный заряд PV Время зарядки (мин.)
Напряжение (В) Емкость (%) Напряжение (В) Емкость (%)

30 48,73 30 48.73 30 0
35 49,32 43,84 49,42 46,19 15
40 49,51 48,30 49,57
30
45 49,69 52,53 49,76 54,17 45
50 49,88 56,99 49,9 57.45 60
55 50 59,80 50,01 60,04 75
60 50,17 63,79 50,2 64,49 90
65 50,32 67,31 50,36 68,25 105
70 50,48 71,06 50,53 72,24 120
75 50.63 74,58 50,68 75,76 135
80 50,8 78,57 50,88 80,45 150
85 50,96 82,33 84,69 165
90 51,12 86,08 51,25 89,13 180
95 51,27 89.60 51,43 93,36 195
51,43 93,36 210


5. Вывод импульса заряда Непосредственное использование фотоэлектрической энергии без использования преобразователя постоянного тока в постоянный в качестве буфера энергии, что увеличивает использование возобновляемых источников энергии. Короткий импульсный перерыв, существующий между соседними высокочастотными импульсами, может фактически выполнять обновление разряда LAB для задержки кристаллизации сульфата на электродах.Зарядка с использованием импульсного заряда происходит быстрее, чем с использованием заряда CC-CV, что показывает, что результирующая кристаллизация сульфата на положительном электроде LAB происходит медленно в процессе импульсной зарядки, что хорошо для продления срока службы батареи. Более того, PI-INC MPPT по сравнению с INC MPPT имеет гораздо лучшее поведение слежения без резкой задержки слежения при изменении солнечной инсоляции.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Национальному научному совету за проект NSC 101-2221-E-415-010 и совместный проект Lien-Chang Electronics Enterprise Ltd.Co. 991206 за финансовую поддержку.

Способы зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов — значение и объяснение

Свинцово-кислотный аккумулятор накапливает химическую энергию, которая при необходимости преобразуется в электрическую. Преобразование химической энергии в электрическую называется зарядкой. А когда электроэнергия превращается в химическую энергию, это называется разрядкой батареи. Во время процесса зарядки ток проходит внутри батареи из-за химических изменений.В свинцово-кислотных аккумуляторах в основном используются два типа зарядки: зарядка постоянным напряжением и зарядка постоянным током.

Постоянное напряжение Зарядка

Это наиболее распространенный метод зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов. Это сокращает время зарядки и увеличивает емкость до 20%. Но этот метод снижает КПД примерно на 10%.

В этом методе зарядное напряжение поддерживается постоянным на протяжении всего процесса зарядки. Зарядный ток вначале высокий, когда аккумулятор находится в разряженном состоянии.Ток постепенно спадает по мере того, как аккумулятор набирает заряд, что приводит к увеличению обратной ЭДС.

Преимущества зарядки при постоянном напряжении заключаются в том, что она позволяет заряжать элементы с разной емкостью и с разной степенью разряда. Большой зарядный ток в начале заряда имеет относительно короткую продолжительность и не повредит элемент.

В конце заряда зарядный ток падает почти до нуля, потому что напряжение батареи становится почти равным напряжению цепи питания.

Зарядка постоянным током

В этом методе зарядки батареи соединяются последовательно, образуя группы, и каждая группа заряжается от сети постоянного тока через нагрузочные реостаты. Количество зарядок в каждой группе зависит от напряжения зарядной цепи, которое не должно быть меньше 2,7 В на элемент.

Зарядный ток поддерживается постоянным в течение всего периода зарядки за счет уменьшения сопротивления в цепи при повышении напряжения аккумулятора. Во избежание чрезмерного выделения газов или перегрева зарядка может выполняться в два этапа.Начальная зарядка примерно более высоким током и конечная скорость низкого тока.

В этом методе ток заряда составляет примерно одну восьмую номинального тока. Избыточное напряжение цепи питания поглощается последовательным сопротивлением. Группы заряжаемой батареи должны быть соединены таким образом, чтобы последовательное сопротивление потребляло как можно меньше энергии.

Допустимая токовая нагрузка последовательного сопротивления должна быть больше или равна требуемому зарядному току, в противном случае сопротивление перегреется и сгорит.

Выбираемая группа батарей должна иметь одинаковую емкость. Если аккумулятор имеет другую емкость, то их придется настроить по наименьшей емкости.

Разрядка и зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов

В свинцово-кислотных аккумуляторах два типа свинца подвергаются электрохимическому воздействию электролитическим раствором разбавленной серной кислоты (H 2 SO 4 ). Положительная пластина состоит из перекиси свинца (PbO 2 ), а отрицательная пластина — из губчатого свинца (Pb), как показано на рисунке 4.

Рисунок 4: Химическое воздействие во время разряда

Когда свинцово-кислотная батарея разряжается, электролит разделяется на H 2 и SO 4 , соединяясь с некоторой частью кислорода, который образуется на положительной пластине, с образованием воды (H 2 O) и тем самым снижает количество кислоты в электролите. Сульфат (SO 4 ) соединяется со свинцом (Pb) обеих пластин, образуя сульфат свинца (PbSO 4 ), как показано в уравнении.

Когда свинцово-кислотная батарея заряжается в обратном направлении, действие, описанное в разряде, меняется на противоположное. Сульфат свинца (PbSO 4 ) вытесняется и возвращается обратно в электролит (H 2 SO 4 ). Возврат кислоты в электролит уменьшит содержание сульфата в пластинах и увеличит удельный вес. Это будет продолжаться до тех пор, пока вся кислота не выйдет из пластин обратно в электролит, как показано в уравнении ниже и на рисунке 5.

Рисунок 5: Химическое воздействие во время зарядки

Когда заряд свинцово-кислотной батареи близится к завершению, на отрицательной пластине выделяется газообразный водород (H 2 ), а на положительной пластине — газообразный кислород (O 2 ). Это происходит потому, что зарядный ток обычно больше, чем ток, необходимый для уменьшения количества сульфата свинца, оставшегося на пластинах. Избыточный ток ионизирует воду (H 2 O) в электролите.Поскольку водород очень взрывоопасен, необходимо обеспечить соответствующую вентиляцию аккумулятора во время зарядки. Кроме того, запрещается курить, искры или открытый огонь рядом с заряжаемой батареей.

Уменьшение удельного веса при разряде пропорционально разряженным ампер-часам. Во время зарядки свинцово-кислотного аккумулятора рост удельного веса не является равномерным или пропорциональным количеству заряженных ампер-часов (Рисунок 6).

Рисунок 6: Напряжение и удельный вес во время заряда и разряда

Электролит в свинцово-кислотной батарее играет непосредственную роль в химической реакции.Удельный вес уменьшается по мере разряда батареи и увеличивается до нормального исходного значения по мере зарядки. Поскольку удельный вес свинцово-кислотной батареи пропорционально уменьшается во время разряда, значение удельного веса в любой момент времени является приблизительным показателем степени заряда батареи.

Чтобы определить степень заряда, сравните удельный вес, измеренный с помощью ареометра, с полным значением заряда и опубликованным производителем падением удельного веса, которое представляет собой уменьшение от полного до номинального значения заряда.

Пример:

Свинцово-кислотная батарея показывает удельный вес 1,175. Его средний удельный вес при полном заряде составляет 1,260, а падение нормальной силы тяжести составляет 120 пунктов (или 120) при скорости разряда 8 часов.

Решение:

Полностью заряжена — 1.260

Настоящий сбор — 1,175

Аккумулятор на 85 пунктов ниже полностью заряженного состояния. Таким образом, это примерно 85/120, или 71%, разряжено.

Трак | Система импульсных аккумуляторов uplift предлагает решающие преимущества перед традиционными свинцово-кислотными тяговыми аккумуляторами во многих деталях.

Трак | Система импульсных аккумуляторов uplift предлагает решающие преимущества перед традиционными свинцово-кислотными тяговыми аккумуляторами во многих деталях.

Сильноточная способность моноблочных батарей AGM практически без выбросов обеспечивает длительный срок службы, особенно в динамических приложениях и кратковременных высоких нагрузках.

Еще большую гибкость и максимальную доступность автомобиля обеспечивает встроенное зарядное устройство с возможностью подзарядки. Это означает, что дополнительные расходы на внешние зарядные устройства и зарядные станции отсутствуют. Это делает аккумуляторную систему идеальным помощником для мобильных вилочных погрузчиков и электрических тележек для поддонов.

Его высокая энергоэффективность в сочетании с зарядным устройством HOPPECKE экономит до 16% затрат на электроэнергию. Это делает трак | uplift Impulse — надежное вложение в безопасность и экономичность эксплуатации. Используя зарядную характеристику HOPPECKE, специально оптимизированную для технологии AGM, можно достичь до 1000 циклов зарядки.

Система полностью не требует обслуживания, поэтому нет необходимости доливать воду в течение всего срока службы.

Почему свинцово-кислотные батареи не работают вечно? — BatteryGuy.com База знаний

Правообладатель иллюстрации: i3alda / 123RF Stock Photo

Все аккумуляторные батареи со временем разряжаются. Свинцово-кислотные и герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы не исключение. Вопрос в том, что именно вызывает смерть свинцово-кислотных аккумуляторов? В этой статье предполагается, что вы знакомы с внутренней структурой свинцово-кислотных аккумуляторов. Если вы не знакомы со свинцово-кислотными аккумуляторами, ознакомьтесь с нашей статьей Что такое свинцово-кислотные аккумуляторы.

Человеческая ошибка

По иронии судьбы, одна из наиболее распространенных причин выхода из строя батареи — это не фактический выход из строя самой батареи, а люди, думающие, что батарея разряжена.Некоторые производители и розничные продавцы сообщают, что до 50% батарей, возвращаемых по гарантии, действительно исправны и исправны. Другой интересный факт заключается в том, что большинство людей встречали кого-то, кто заменял автомобильный аккумулятор только для того, чтобы найти неисправность в другом месте, например, в плохой работе генератора переменного тока.

Частично это связано с нашим предположением, что если наше устройство (будь то ноутбук, мобильный телефон или автомобиль) не работает, виноват должен быть аккумулятор. Часто это происходит из-за трудностей, связанных с тестированием батареи, и отчасти из-за относительно низкой стоимости батарей.В результате возникает соблазн «заменить батарею и посмотреть, поможет ли это», прежде чем тратить время на исследование других причин. Даже технические специалисты часто сначала меняют батареи, чтобы определить, решает ли это проблему, надеясь избавиться от потраченных впустую времени и денег на поиск дополнительных проблем.

См. Почему моя батарея не держит заряд? и почему моя батарея не заряжается? по причинам того, как совершенно здоровая батарея может казаться разряженной.

Короткое замыкание

Положительный и отрицательный электроды (пластины) в любой батарее не могут касаться друг друга.Если они это сделают, они немедленно закорачиваются, и клетка умирает. Обратите внимание: это не означает, что вся батарея внезапно становится безжизненной, это зависит от того, из скольких ячеек она сделана. Например, автомобильный аккумулятор на 12 В состоит из шести ячеек. Если одна ячейка закорочена, у вас все еще есть батарея на 10 В, которой обычно достаточно для питания освещения приборной панели, но не для включения стартера.

Короткое замыкание может произойти по ряду причин

  • Производственные дефекты — плохо разрезанные пластины могут прорезать разделитель, предназначенный для разделения электродов, особенно если аккумулятор трясется при падении или работает в зоне с вибрацией, как автомобильные аккумуляторы.
  • Отслаивание активного материала — в залитых свинцово-кислотных батареях активная паста, нанесенная на пластины, постепенно отваливается в результате физического износа при протекании химических реакций. Они падают на дно батарейного отсека, но если накопление становится чрезмерным, этот осадок может в конечном итоге коснуться как положительных, так и отрицательных пластин.
  • Сильная вибрация или толчки — это может привести к расшатыванию или расколу сепаратора, что приведет к соприкосновению пластин друг с другом.
  • Изгиб пластины — см. Ниже.

Изгиб пластины

При слишком глубоком циклировании свинцово-кислотных аккумуляторов их пластины могут деформироваться. Уровень заряда стартерных батарей не должен быть ниже 70%, и блоки глубокого цикла могут подвергаться риску, если они регулярно разряжаются до уровня ниже 50%.

В залитых свинцово-кислотных аккумуляторах это может привести к соприкосновению пластин друг с другом и вызвать короткое замыкание. Как в свинцово-кислотных батареях, так и в батареях из абсорбирующего стекломата коробление может привести к потере активной пасты, нанесенной на пластины, что снижает способность пластин к разряду и перезарядке.

Кислотное расслоение

Кислотное расслоение происходит в залитых свинцово-кислотных аккумуляторах, которые никогда не заряжаются полностью. Это особенно часто встречается в транспортных средствах, которые используются для коротких поездок, поскольку не хватает времени для зарядки аккумулятора после того, как он был разряжен, чтобы запустить двигатель. Это происходит чаще в холодную погоду, потому что время, необходимое для перезарядки, увеличивается, поскольку генератор также подает питание на конкурирующие устройства, такие как обогреватель, вентиляторы, фонари и т. Д.

Кислотное расслоение стало более популярной причиной отказа аккумуляторов в последнее время из-за того, что в автомобили и другой дорожный транспорт добавляется больше электрических устройств.

Это происходит, когда кислота в электролите начинает концентрироваться в нижней половине блока, что приводит к накоплению сульфатов на нижних частях пластин. Эти сульфаты, в свою очередь, снижают способность пластин к разряду и перезарядке. В то же время более водянистый электролит в верхней половине ускоряет коррозию пластины с аналогичными последствиями.

Естественное накопление сульфатации

Когда свинцово-кислотная батарея разряжается, сульфаты электролита прикрепляются к пластинам.Во время перезарядки сульфаты возвращаются в кислоту, но не полностью. Некоторые сульфаты кристаллизуются и остаются прикрепленными к пластинам, а это означает, что со временем меньше сульфатов становится доступным для участия в химической реакции, необходимой для функционирования батареи.

Хотя сульфатирование неизбежно, оно ускоряется:

  • хранение батарей при высоких температурах, повышающих скорость их саморазряда
  • оставляет батареи ниже полностью заряженного состояния на длительное время
  • перезарядка

Некоторые исследования предполагают, что прохождение высокочастотных электронных импульсов через батарею может помочь разрушить эти кристаллы и позволить сульфатам вернуться в электролит.Это привело к появлению на рынке большого количества «импульсных» зарядных устройств. Однако веские доказательства неубедительны.

Натуральная активная паста линяющая

Как обсуждалось выше, это может вызвать короткое замыкание. Даже когда этого не происходит, естественное расширение и сжатие материалов в батарее, которое приводит к потере активной пасты с пластин, может в какой-то момент сделать пластины неэффективными, и батарея не сможет обеспечить питание устройства.

Осыпание ускоряется в залитых свинцово-кислотных изделиях или абсорбирующих стекломатах, если они используются в приборах с сильной вибрацией, сотрясениями или сотрясениями.Сюда входят такие предметы, как мотоциклы, водные мотоциклы и другие силовые спортивные автомобили. Для этих целей рекомендуются гелевые свинцово-кислотные батареи, поскольку электролит на основе кремниевого геля удерживает пасту на месте.

Работа с «мертвыми» свинцово-кислотными аккумуляторами

Тот факт, что свинцово-кислотная батарея больше не может питать конкретное устройство, не означает, что в батарее не осталось энергии. Автомобильный аккумулятор, который не запускает двигатель, по-прежнему может дать много фейерверков, если вы закоротите клеммы.

Таким образом, даже если вы считаете, что ваша батарея безжизненная, обращайтесь, храните, отправляйте или утилизируйте ее так же, как и полностью заряженную батарею.

Типы герметичных зарядных устройств для свинцово-кислотных аккумуляторов

Введение

В этой статье рассматриваются различные методы зарядки герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA). Батареи этого типа обычно разрабатываются с низким уровнем перенапряжения, чтобы ограничить возможность генерирования газа во время зарядки.Чрезмерная зарядка может вызвать образование газа, вентиляцию, истощение воды и высыхание. Чтобы предотвратить чрезмерную зарядку, в зарядные устройства встроена схема, определяющая, когда аккумулятор полностью заряжен.

Перед тем, как начать заряжать аккумулятор SLA, нам необходимо знать, при каком напряжении он должен заряжаться. Это напряжение называется «плавающим напряжением». Это необходимо для поддержания заряда аккумулятора до тех пор, пока он не понадобится. Напряжение холостого хода зависит от типа батареи и ее температуры в помещении. Обычно для свинцово-кислотных аккумуляторов напряжение холостого хода должно поддерживаться на уровне 2.25 Вольт на ячейку. Следовательно, для типичной батареи из 6 ячеек напряжение холостого хода должно быть установлено около 13,5 В (или 13,8 В). Также ток должен быть меньше 1 А.

Типы зарядных устройств
  • CC / CV на основе

  • на базе ШИМ

  • На базе MPPT

На основании CC / CV

CC, CV обозначают «постоянный ток» и «постоянное напряжение» соответственно. В этом методе зарядки регулируемый ток повышает напряжение аккумулятора до тех пор, пока не будет достигнут более высокий предел заряда.В этот момент ток падает из-за насыщения. Конструкция зарядного устройства для этого типа имеет два подключенных потенциометра. Один для изменения ограничения тока, а другой — для изменения ограничения напряжения.

Рассмотрим 12-вольтную батарею SLA в разряженном состоянии 12 вольт с максимальным плавающим напряжением 14 вольт. Когда он подключен к источнику питания, он начнет заряжаться при постоянном уровне тока (устанавливается с помощью потенциометра, отвечающего за ток). Ток будет оставаться постоянным, пока напряжение не достигнет предела 14 В.В этот момент зарядное устройство перейдет в режим постоянного напряжения, а ток будет постепенно уменьшаться до нуля, пока аккумулятор не будет полностью заряжен. Время зарядки небольших батарей обычно составляет до 12 часов.

Типичный график зарядного устройства CC / CV (Примечание: не для масштабирования)

Базовое представление схемы зарядного устройства 3 Pot CC / CV (Схема взята из источника )

ШИМ на основе

PWM означает «широтно-импульсная модуляция».Основная цель зарядного устройства этого типа — подавать в батарею большой ток через периодический интервал времени с определенной шириной импульса. Это снижает повреждение аккумулятора и увеличивает эффективность. Кроме того, это зарядное устройство определяет падение напряжения в аккумуляторе и отправляет импульсы очень коротких циклов зарядки. Это может происходить несколько сотен раз в минуту. Это называется «шириной импульса», потому что ширина импульса сильно варьируется от нескольких микросекунд до нескольких секунд.Это помогает предотвратить разрядку уже заряженной батареи.

Этот метод можно комбинировать с постоянным током (CC), постоянным напряжением (CV) или CC / CV для получения желаемой комбинированной техники зарядки.

Базовое представление схемы контроллера заряда на основе ШИМ для аккумулятора 12 В (Схема взята из источника )

Графическое представление зарядки на основе ШИМ (Примечание: не для целей масштабирования)

На основе MPPT

MPPT означает отслеживание точки максимальной мощности.По сути, это высокочастотный преобразователь постоянного тока в постоянный. Прежде чем понять, что такое MPPT, нам нужно понять, зачем он нужен.

Зарядные устройства

, основанные на этой технологии, обычно используются с солнечными батареями. Причина этого заключается в том, что солнечные панели имеют колеблющуюся мощность, а не фиксированную, то есть ток и выходное напряжение солнечной панели меняются в зависимости от физических условий независимо от номинальной мощности. В теплые дни или в жаркую погоду из-за повышения температуры панели происходят значительные падения мощности, тогда как в холодные дни выходная мощность увеличивается.Кроме того, обычная солнечная панель будет иметь гораздо более высокое номинальное напряжение и ток (7,39 А при 17,6 В для 130 Вт) по сравнению с батареей SLA 12 В. Это снова приведет к потерям мощности. Чтобы противостоять этим проблемам, мы задействуем контроллер на основе MPPT.

Этот высокочастотный преобразователь постоянного тока принимает входной постоянный ток от солнечных панелей и преобразует его в высокочастотный переменный ток. Затем он преобразуется обратно в другое постоянное напряжение и ток, чтобы сделать его идеальным для аккумулятора. Это создает соответствие между панелями и батареей.Причина того, что это высокая частота, заключается в том, чтобы убедиться, что он может быть спроектирован с использованием высокоэффективных трансформаторов и других компонентов схемы. Но высокая частота вызывает шум, который устраняется с помощью схем шумоизоляции.

Maximum Power Point Tracking — это метод цифрового отслеживания, при котором контроллер определяет выходной сигнал панелей и сравнивает его с напряжением батареи. Затем он решает, какая мощность будет идеальной для зарядки аккумулятора с наименьшими потерями. Считываемый выходной сигнал панели преобразуется в напряжение, которое может передавать максимальный ток в батарею.Эта точка максимальной мощности варьируется в зависимости от условий. Таким образом, задача контроллера заряда на основе MPPT состоит в том, чтобы постоянно отслеживать эту точку и соответствующим образом регулировать выходную мощность батареи.

Представление базовой схемы контроллера заряда MPPT (Схема от John Clarke Source )

Общий график выглядит так. Здесь максимальная точка рассчитана на 100 Вт (красная кривая) (Примечание: график только для репрезентативных целей.Не для масштабирования)

Сравнение

На основании CC / CV

ШИМ на основе

На основании MPPT
  • Старая техника.
  • Заряжает аккумулятор, поддерживая постоянное напряжение с плавающей запятой, пока ток постепенно не уменьшится.
  • Батарея требует точного контроля напряжения холостого хода для продления срока службы батареи.Неточное напряжение может привести к вентиляции или другим опасным условиям.
  • Низкий ток на выходе значительно увеличивает время зарядки.

  • Наименее дорогой (всего 1,2 доллара США).
  • Не подходит для солнечных зарядных устройств, так как потери мощности будут значительными.
  • Старая техника.
  • Работает для согласования входного напряжения (например, солнечной панели) с напряжением батареи, что приводит к снижению входного напряжения.
  • Понижение напряжения ведет к потерям.
  • Относительно дороже (3,6 доллара и выше).
  • Широко применяется в солнечных зарядных устройствах и ограничивается приложениями с фиксированным входом.
  • Новейшие технологии.
  • Они работают в соответствии с входным напряжением и преобразуют дополнительное напряжение в ток.

  • Незначительные потери.

  • Дорого (от 25 долларов).
  • Идеально подходит для солнечных зарядных устройств и приложений с различным входом.

Заключение

Зарядные устройства

MPPT, даже несмотря на их дороговизну по сравнению с другими зарядными устройствами, являются лучшим выбором благодаря их способности настраиваться в соответствии с входным источником питания и минимальным потерям мощности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.