Автономные источники питания – аккумуляторные батареи, видятся в современных технологиях неотъемлемым элементом практически любых проектов. Для автомобильной техники аккумулятор тоже конструктивная часть, без которой немыслима полноценная эксплуатация транспорта. Всеобщая полезность аккумуляторов очевидна. Но технологически эти приборы всё-таки до конца не совершенны. Например, явное несовершенство отмечается частым зарядом аккумуляторов. Конечно же, здесь актуален вопрос, каким напряжением заряжать аккумулятор, чтобы сократить частоту подзарядки и сохранить все его рабочие свойства на длительный срок эксплуатации?
Досконально вникнуть в тонкости процессов заряда / разряда свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (автомобильных ) помогут определения базовых параметров аккумуляторов:
Под ёмкостью батареи аккумуляторов принимается электричество, отдаваемое каждой отдельной аккумуляторной банкой в процессе её разряда. Как правило, значение ёмкости выражается ампер-часами (А/ч).
На корпусе аккумуляторной батареи для автомобиля указывается не только номинальная ёмкость, но также стартерный ток при пуске автомобиля на холодную. Пример маркировки — аккумулятор производства Тюменского завода
Ёмкость разряда аккумулятора, обозначенная на технической бирке производителем, считается номинальным параметром. Помимо этой цифры, значимым для эксплуатации является также параметр ёмкости заряда. Необходимое значение заряда вычисляется формулой:
Сз = Iз * Тз
где: Iз – зарядный ток; Тз – время заряда.
Цифра, указывающая разрядную ёмкость батареи аккумуляторов, напрямую связана с другими технологическими и конструктивными параметрами и зависима от условий эксплуатации. Из конструктивно-технологичных свойств аккумулятора влияние на ёмкость разряда оказывают:
Среди технологических параметров значимой для ёмкости батареи аккумуляторов также является степень пористости активных материалов и рецептура их приготовления.
Внутренняя структура свинцово-кислого автомобильного аккумулятора, куда входят так называемые активные материалы — пластины минусового и плюсового полей, а также иные компоненты
Не остаются в стороне и эксплуатационные факторы. Как показывает практика, сила разрядного тока в паре с электролита также способны оказывать влияние на параметр ёмкости аккумулятора.
Завышенный уровень концентрации электролита способствует сокращению срока службы аккумулятора. Условия работы батареи с высокой концентрацией электролита приводят к активизации реакции, результатом которой становится образование коррозии на плюсовом электроде аккумуляторной батареи.
Поэтому важно оптимизировать значение , учитывая те условия, в которых эксплуатируется аккумулятор и требования, предъявляемые производителем по отношению к таким условиям.
Оптимизация концентрации электролита аккумуляторной батареи видится одним из важных моментов эксплуатации прибора. Контроль уровня концентрации необходим обязательно
К примеру, для условий с умеренным климатом, рекомендованный уровень концентрации электролита для большей части автомобильных аккумуляторов доводят под плотность 1,25 – 1,28 г/см 2 .
А когда актуальна эксплуатация приборов применительно к жаркому климату, концентрация электролита должна соответствовать плотности 1,22 – 1,24 г/см 2 .
Процесс разряда АКБ логично разделить условно на два режима:
Для первого события характерным видится разряд при малых токах на протяжении относительно длительного временного периода (от 5 до 24 часов).
Для второго события (короткий разряд, стартерный разряд), напротив, характерными являются большие токи в коротком промежутке времени (секунды, минуты).
Увеличение разрядного тока провоцирует снижение ёмкости батареи аккумуляторов.
Зарядное устройство Телетрон, которое успешно применяется для работы с кислотно-свинцовыми автомобильными батареями. Несложная электронная схема, но высокая эффективность действия
Пример:
Есть АКБ с ёмкостью 55 А/ч с рабочим током на клеммах 2,75А. При нормальных условиях окружающей среды (плюс 25-26ºС) ёмкость АКБ находится в пределах 55-60 А/ч.
Если разрядить батарею кратковременным током величиной 255 А, что эквивалентно увеличению номинальной ёмкости в 4,6 раза, номинальная ёмкость снизится до 22 А/ч. То есть, практически вдвое.
Разрядная ёмкость аккумуляторных батарей естественным образом снижается, если падает температура электролита. Падение температуры электролита влечёт за собой увеличение степени вязкости жидкой составляющей. Как следствие, увеличивается электрическое сопротивление активного вещества.
Отключенная от потребителя, полностью бездействующая , имеет свойства терять ёмкость. Объясняется такое явление химическими реакциями внутри прибора, проходящими даже в условиях полного отключения от нагрузки.
Под влияние окислительно-восстановительных реакций попадают оба электрода – минусовой и плюсовой. Но в большей степени процессом саморазряда охвачен электрод отрицательной полярности.
Реакция сопровождается образованием водорода в газообразном виде. При увеличении концентрации в растворе электролита серной кислоты, отмечается увеличение плотности электролита от значения 1,27 г/см 3 до 1,32 г/см 3 .
Это соразмерно с 40%-ым увеличением скорости эффекта саморазряда на минусовом электроде. Прирост скорости саморазряда дают также и примеси металлов, входящие в структуру электрода отрицательной полярности.
Саморазряд автомобильного аккумулятора после продолжительного хранения. При полном бездействии, при отсутствии нагрузки батарея утратила значительную часть ёмкости
Нужно отметить: любые металлы, присутствующие в составе электролита и других компонентов аккумуляторов, способствуют усилению эффекта саморазряда.
Соприкасаясь с поверхностью отрицательного электрода, эти металлы вызывают реакцию, в результате которой начинается выделение водорода.
Некоторая часть существующих примесей исполняет роль переносчика зарядов от плюсового электрода к минусовому. При этом имеют место реакции восстановления и окисления ионов металлов (то есть опять же процесс саморазряда).
Бывают и такие случаи, когда АКБ утрачивает заряд от загрязнений на корпусе. За счёт загрязнений создаётся проводящий слой, замыкающий плюсовой и минусовой электроды
Помимо внутреннего саморазряда, не исключается внешний саморазряд аккумулятора автомобиля. Причиной такого явления может стать высокая степень загрязнённости поверхности корпуса АКБ.
Например, пролитый на корпус электролит, вода или иные технические жидкости. Но в этом случае эффект саморазряда легко устраняется. Достаточно лишь очистить корпус батареи и содержать его всегда в чистоте.
Начнём от ситуации бездействия прибора (в отключенном состоянии). Каким напряжением или током заряжать аккумулятор автомобиля, когда прибор находится на хранении?
В условиях хранения АКБ основная цель зарядки направлена на компенсацию саморазряда. В этом случае зарядка обычно выполняется малыми токами.
Диапазон значений заряда, как правило, от 25 до 100 мА. При этом напряжение заряда необходимо поддерживать в границах 2,18 – 2,25 вольт по отношению к единичной аккумуляторной банке.
Зарядный ток аккумулятора обычно настраивается на определённую величину в зависимости от заданного времени подзаряда.
Подготовка автомобильной батареи аккумуляторов для подзарядки в режиме, который требуется определить с учётом технологических свойств и технических параметров при эксплуатации АКБ
Так, если предполагается заряжать аккумулятор в течение 20 часов, оптимальным параметром тока заряда считается величина, равная 0,05С (то есть 5% от номинальной ёмкости аккумулятора).
Соответственно, значения будут пропорционально увеличиваться, если менять один из параметров. К примеру, при 10-и часовой зарядке, сила тока уже составит 0,1С.
При таком режиме изначально (первая ступень) осуществляется заряд током 1,5С до состояния, когда напряжение на отдельной банке достигнет значения 2,4 вольта.
После этого переводят зарядное устройство на режим по току заряда величиной 0,1С и продолжают заряжать до полного набора ёмкости 2 – 2,5 часа (вторая ступень).
Напряжение заряда в режиме второй ступени варьируется в пределах 2,5 – 2,7 вольта для одной банки.
Принцип форсированного заряда предполагает установку значения зарядного тока на уровне 95% от номинальной ёмкости батареи – 0,95С.
Способ достаточно агрессивный, но позволяет всего за 2,5-3 часа зарядить аккумулятор практически полностью (на практике 90%). До 100% ёмкости зарядка форсированным режимом отнимет 4 – 5 часов времени.
Практика эксплуатации автомобильных АКБ отмечает положительный результат, когда контрольно-тренировочный цикл применяется к новым аккумуляторным батареям, ещё не побывавшим в работе
Для этого варианта оптимальным является зарядка с параметрами, вычисленными простой формулой:
I = 0.1 * С20;
Заряжают до момента, когда напряжение на отдельно взятой банке составит 2,4 вольта, после чего уменьшают величину зарядного тока до значения:
I = 0.05 * C20;
При таких параметрах продолжают процесс до полного заряда.
Контрольно-тренировочный цикл охватывает также практику разряда, когда АКБ разряжается небольшим током 0,1С до уровня общего напряжения 10,4 вольта.
При этом степень плотности электролита поддерживается на уровне 1,24 г/см 3 . После разряда прибор заряжают по стандартной методике.
На практике применяют несколько способов, каждый из которых имеет свои сложности и сопровождается разным объёмом финансовых издержек.
Определиться, каким способом заряжать аккумуляторную батарею, несложно. Другой вопрос — какой результат будет получен от применения того или иного способа
Самым доступным и простым методом считается заряд постоянным током при напряжении 2,4 – 2,45 вольт/банка.
Процесс заряда продолжается до тех пор, когда величина тока будет оставаться постоянной в течение 2,5-3 часов. При таких условиях аккумулятор считается полностью заряженным.
Между тем большее признание среди автомобилистов получила методика комбинированного заряда. В этом варианте действует принцип ограничения начального тока (0,1С) до момента достижения заданного напряжения.
Затем процесс продолжается при постоянном напряжении (2,4В). Для этой схемы допустимо повышение первоначального тока заряда до 0,3С, но не более того.
Аккумуляторы, работающие в буферном режиме, рекомендуется заряжать при низких напряжениях. Оптимальные значения заряда: 2,23 – 2,27 вольта.
Прежде всего, следует подчеркнуть: восстановление АКБ до номинальной ёмкости возможно, но при условии, когда имели место не более 2-3 глубоких разрядов.
Заряд в таких случаях выполняется постоянным напряжением величиной равной 2,45 вольта на банку. Также допускается заряжать током (постоянным) величиной 0,05С.
Процесс восстановления АКБ может потребовать двух-трёх отдельных циклов заряда. Чаще всего для достижения полной ёмкости зарядку проводят именно в 2-3 цикла
Если заряд проводится напряжением 2,25 – 2,27 вольта, рекомендуется выполнить процесс дважды или трижды. Так как при малых напряжениях достичь номинала ёмкости в большинстве случаев не удаётся.
Конечно же, следует учитывать влияние окружающей температуры в процессе выполнения восстановления. Если температура окружающей среды находится в границах 5 – 35ºС, напряжения заряда изменять не требуется. В иных условиях потребуется корректировка заряда.
Зарядка аккумуляторной батареи должна осуществляться от источника постоянного тока, выходное напряжение которого должно быть выше максимального зарядного напряжения батареи. Подключение осуществляется при отключенном источнике питания от сети, при соблюдении полярности. Различают несколько способов: заряд аккумулятора постоянным током, постоянным напряжением, модифицированный и импульсный.
Заряд аккумулятора постоянным током несколько сложней, чем заряд постоянным напряжением. Сложность заключается в поддержании постоянного тока заряда. Самый простой способ поддержания постоянной силы тока, включение последовательно с заряжаемым аккумулятором переменного реостата, но в этом случае необходим постоянный контроль и ручная корректировка силы тока. Другой способ заключается в подключении к цепи заряда регулятора тока на чаще всего собранных на тиристорах, которые поддерживают постоянный средний ток. Сила зарядного тока определяется в зависимости от ёмкости батареи и должна быть равна при десятичасовом режиме заряда 0,1 от емкости, измеряемой в Ампер/часах и 0,05 при двадцатичасовом режиме заряда. В зависимости от мощности зарядного устройства, которое обеспечивает заряд аккумулятора при постоянной силе тока, к нему можно подключить несколько аккумуляторных батарей. Количество аккумуляторов можно рассчитать по формуле:
Mr. = Iн/Iз
Где Мr – число групп батарей
Iз – сила тока заряда аккумулятора
Iн – номинальный ток выдаваемый зарядным устройством, которое равно: Iн = Рн/Uи.т.
Где Рн – номинальная мощность зарядного устройства
Uи.т. – напряжение сети к которой подкачено зарядное устройство. Способ заряда постоянным током
позволяет зарядить аккумуляторную батарею на 100%, что хорошо сказывается на сроке службе и эксплуатационных свойствах батареи. Некоторой сложностью является поддержание постоянного тока. Основным недостатком заряд аккумулятора постоянным током является большое время заряда, значительное газовыделение, особенно в конечный период заряда, постоянный контроль регулировка зарядного тока, повышенный расход электроэнергии, возможность перезаряда аккумуляторной батареи. Для снижения негативных факторов заряда применяют ступенчатый заряд. Для этого используется контрольный заряд, который состоит из двух ступеней имеющих различный уровень зарядного тока. При первой ступени аккумулятор заряжается током равным 0,1 от ёмкости до напряжения 14,4 В для двенадцати вольтовой аккумуляторной батареи и 7,2 В для шести вольтовой. При второй ступени сила тока снижается до 0,05 от ёмкости аккумулятора. Например, если возьмём аккумуляторную батарею 60 А/ч, то первая ступень заряда должна осуществляться силой тока равной 60*0,1 = 6А, а вторая 60*0,05 = 3А.
Время заряда зависит от степени разряженности аккумуляторной батареи и должно продолжаться до прекращения повышения плотности электролита. Если под рукой нет ориометра, то время заряда примерно 10 — 12 часов.
admin 29/07/2011«Если Вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста выделите это место мышкой и нажмите CTRL+ENTER» "Если статья была Вам полезна, поделитесь ссылкой на неё в соцсетях"
В конструкции автомобиля за заряд аккумуляторной батареи отвечает электрический генератор. Кроме того, после генератора устанавливается специальный реле-регулятор, корректирующий напряжение зарядки в районе 14,1 В. Известно, что для полноценной зарядки аккумуляторной батареи необходимо не менее 14,5 В. Получается, встроенная зарядная система неспособна полноценно заряжать автомобильный аккумулятор, что приводит к необходимости использования дополнительного .
В летний период данная необходимость не так важна, ведь аккумулятор способен обеспечивать запуск двигателя и при неполной зарядке. Чего нельзя сказать о зиме, когда на улице наблюдаются стабильно отрицательные температурные показатели, уменьшающие емкость аккумулятора в два раза. Поэтому многие специалисты советуют полностью заряжать свой аккумулятор перед наступлением холодов, чтобы не попасть в неприятную ситуацию в самый неподходящий момент.
На сегодняшний момент, различают два вида подобных зарядных устройств :
Полезное видео на тему зарядки автомобильного аккумулятора
Проверить это достаточно просто, нужно для начала вынуть его из специальной ниши в автомобиле. Бывают случаи, что причиной разрядки может стать механическое повреждение корпуса аккумуляторной батареи, вследствие чего вытекает электролит. Поэтому батарею нужно тщательно осмотреть на предмет нахождения на ней различных трещин — если они есть, то дальнейшая эксплуатация АКБ невозможна.
Степень разряда батареи можно узнать по специальному индикатору, который довольно часто монтируется на корпусе устройства. Рядом с индикатором должна находится поясняющая запись, говорящая о том, какой именно цвет о чем говорит.
Разряженный аккумулятор можно идентифицировать по тому напряжению, которое есть на клеммах. Для этого будет нужен обыкновенный тестер, с помощью которого проверяется напряжение. Если оно ниже номинальных значений, то аккумулятор разряжен.
Чтобы зарядка аккумулятора прошла правильно, нужно перед самим процессом проверить состояние электролита . Сделать это можно через заливные пробки, сам электролит должен быть в чистом состоянии, без дополнительных примесей. Кроме того, уровень его должен быть выше пластин. При необходимости, нужно произвести замену, либо залить нужное количество.
Особенное внимание нужно уделять также отверстию в крышке аккумуляторной батареи. Если оно будет чем-то забито, то испарения не будут выходить из устройства, что очень нежелательно.Большое видео про выбор и пользование зарядным устройством (вторая часть ниже)
Читайте так же: Изготовление зарядного устройства для автомобильного аккумулятора своими руками
Закончив в предварительной подготовкой, можно приступать непосредственно к заряду аккумулятора. Нужно учитывать тот факт, что электролит имеет свойство испаряться в процессе зарядки, поэтому производить ее в жилых помещениях крайне не рекомендуется.
Также нужно соблюсти правильную последовательность подключения, т.е. сначала лучше осуществить подключение зарядного устройства к АКБ, а потом только в сеть. Кроме того, надо следить за правильностью данного подключения устройства к батарее, ведь в случае ошибки будут повреждены предохранители ЗУ.
Отличают два метода зарядки :
Это все, что касается зарядки аккумулятора, которая производится вне автомобиля. Однако, бывают случаи, когда заряжать аккумулятор нужно непосредственно в транспортном средстве. Чтобы правильно произвести этот процесс, лучше следовать нескольким полезным рекомендациям :
Читайте так же: Делаем простейший преобразователь 12В - 220В своими руками
Видео про внутренние компоненты и обслуживание зарядного устройства (продолжение)
После завершения всех манипуляций, нелишним будет проверить уровень заряда
аккумулятора. Для этого нужно проверить напряжения на клеммах с помощью нагрузочной вилки. Если таковой не нашлось, то самым простым выходом из ситуации будет установка АКБ на машину. Если мы все сделали правильно и уровень заряда достаточный, Аккумулятор будет в нормальном режиме крутить стартер, а также беспрепятственно производить запуск силовой установки.
Объяснение этому довольно простое — батарея могла сколько угодно лежать на складе
, прежде чем её приобрели. За данное время мог снизиться уровень плотности электролитов, поэтому такая батарея будет заряжена не на весь уровень. Перед покупкой лучше уточнить у продавца дату изготовления устройства, чтобы не попасть в неловкую ситуацию со своим автомобилем.
Для зарядки нового аккумулятора лучше воспользоваться стандартным зарядным устройством, а также запастись определенным количеством электролита. Сам процесс будет состоять из нескольких этапов:
Чтобы избежать неприятным последствий при осуществлении зарядки аккумулятора автомобиля необходимо соблюдать несколько действенных рекомендаций:
Помните о том, что в банках аккумулятора находится кислота, поэтому в работе лучше воспользоваться элементарными средствами личной безопасности — перчатками и очками .
Важно понимать, что процесс зарядки сопровождается испарением различных вредных газов, поэтому осуществлять данный процесс лучше в помещении, которое проветривается достаточным образом.Помимо опасных газов выделяется еще и водород , который может вступить во взаимодействие с кислородом. Иными словами, если в таком помещении возникнет даже незначительная искра, то может произойти взрыв.
Метод заряда током постоянной силы.
Полный заряд АКБ происходит при подключении ее к источнику тока постоянной силы с напряжением до 16,2 В. Сила тока при 20-часовом заряде берется равной 1/20 Ср, а при 10-часовом - 1/10Ср (где Ср - номинальная емкость АКБ).
Преимуществом заряда током постоянной силы является возможность полного заряда батареи. Чем меньше зарядный ток, тем глубже заряд. Однако, не стоит впадать в крайность - при совсем низком токе время зарядки будет несравнимо большим. Наоборот, при очень большом токе батарея «закипит» значительно быстрее, но при этом не успеет зарядиться на все 100%.
К недостаткам данного метода относятся:
Для снижения указанных отрицательных эффектов применяют двухступенчатый режим заряда. В течение 1-й ступени производят заряд током 0,1Ср до достижения АКБ напряжения 14,4 В. Затем продолжают заряд током, уменьшенным в 2 раза.
Метод заряда при постоянном напряжении.
Данным методом можно зарядить АКБ до 90-95% номинальной емкости. Недостаток метода - значительный нагрев батареи из-за большой силы тока в начале заряда.
Напряжение источника, к которому подключена АКБ, выдерживается постоянным.
В зависимости от величины напряжения ток может достигать в начале процесса значительной силы, а затем по мере заряда снижается до нуля. Обычно напряжение источника равно 14,6-15 В.
Есть и неклассические способы .
Метод подзаряда малым током.
Величина тока от 0,03 А до 0,5 А. Используется для компенсации тока саморазряда и поддержания АКБ в заряженном состоянии, также для восстановления ее емкости в тренировочном цикле.
Автоматический метод заряда. Современный, оптимальный метод заряда батарей, состоящий из двух этапов. На первом этапе производится заряд АКБ током постоянной силы 0,1Ср, после того как напряжение АКБ возрастет и достигнет 14,4-14,8 В (напряжения ограничения), дальнейшая подзарядка происходит при постоянном напряжении с автоматически уменьшающимся током.
Этот метод исключает отрицательные эффекты, присущие вышеперечисленным способам. Он обеспечивает автоматическое поддержание оптимальной скорости заряда, не допуская опасного для батареи перенапряжения, приводящего к обильному газовыделению и кипению электролита.
При правильно выбранном напряжении величина силы тока уменьшается до значения, компенсирующего саморазряд А=E.
ВНИМАНИЕ!
ной батареи, ) необходимо использовать (ЗУ), которое будет понижать сетевое напряжение в 220 В до требуемого порогового значения. Одновременно с работой в режиме трансформатора, т.е. с понижением напряжения, зарядное устройство работает и как выпрямитель. В течение всего времени своей работы, в зависимости от уровня зарядки , ЗУ должно регулировать напряжение через силу тока. Имеются всего три способа зарядки аккумулятора. Далее они будут рассмотрены.
Независимо от способа зарядки, необходимо время от времени контролировать температуру электролита – она не должна повышаться выше 45°С.
В течение всего времени зарядки АКБ величина тока остаётся неизменной. Ток, который используется для зарядки аккумулятора, не должен превышать 0,12 числового значения номинальной ёмкости батареи. Например, если у батареи номинальная ёмкость равняется 70 А ч, то наилучшим током для зарядки будет 7 А. Зарядное устройство должно иметь в своём составе регулятор, который позволит выдерживать постоянное значение тока во время зарядки АКБ.
Признаки полной зарядки:
За счёт постоянства тока поддерживается и постоянство напряжения. Это наиболее быстрый способ зарядки .
Отрицательная сторона этого способа – быстрое старение аккумулятора, т.е. снижение его ёмкости. Определённые неудобства доставляет необходимость постоянного контроля величины зарядного тока. По завершении зарядки происходит обильное выделение газообразных продуктов – это тоже нежелательное явление. Чтобы исключить газообразование, силу тока необходимо снижать ступенчато, увеличивая одновременно зарядное напряжение. Например, в батарее из ряда новых разработок (без отверстий для добавления воды) и ёмкостью в 60 А ч, силу тока в 1,5 А можно установить при значении напряжения 15 В. В более старых вариантах, с доливкой воды, при той же ёмкости, силу тока следует установить в 3 А для уровня напряжения 14,4 В.
Чаще всего используется при зарядке герметичных необслуживаемых свинцовых аккумуляторов, в которых нет возможности контролировать плотность электролита. По мере зарядки аккумулятора, повышается его внутреннее сопротивление, и зарядный ток уменьшается. Первоначальное значение силы зарядного тока зависит от следующих параметров:
Величина зарядного тока для герметичных необслуживаемых свинцовых аккумуляторов допускается до значений 0,15 числового значения номинальной ёмкости батареи. Такие АКБ, при постоянном напряжении, будучи полностью разряженными, заряжаются довольно быстро: в течение 14 – 16 часов. Для сравнения: обычный свинцово-сурьмяный аккумулятор будет заряжаться не менее 24 часов.
При постоянном напряжении АКБ заряжаются в автоматическом режиме, участие человека не требуется.
Этот способ самый оптимальный, но в то же время непростой в плане практической реализации. Он совмещает в себе два предыдущих метода. В начале аккумулятор заряжается при постоянном токе, а в конце – при постоянном напряжении. Наиболее стабильные и надёжные АКБ работают именно по такому методу. При этом они на 100% автоматизированы, т.е. участие человека в зарядном процессе не требуется. Многие такие аккумуляторы даже сами отключаются при полной зарядке.
