Март 2016
Как известно, работа свинцово-кислотной аккумуляторной батареи основана на возникновении разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в электролит. Активное вещество отрицательного катода – чистый свинец, а положительного анода – двуокись свинца. В системах резервного и автономного питания могут применяться аккумуляторы, изготовленные по разным технологиям: обслуживаемые наливные, герметичные гелевые или AGM. Вне зависимости от технологии, химические процессы, протекающие в свинцово-кислотных аккумуляторах, схожи:
 |
При эксплуатации неизбежно происходит так называемое старение аккумулятора, то есть постепенная потеря емкости – вплоть до допустимого предела эксплуатации, обычно принимаемого по снижению емкости до 60% от исходной. В идеальных условиях реальный срок эксплуатации аккумуляторов в буферном режиме может приближаться к номинальному. |
Процесс старения аккумулятора может значительно ускориться в силу действия следующих разрушающих процессов:
 | Когда аккумулятор разряжен, рыхлая активная масса превращается в твердые микрокристаллы сульфата свинца. Если зарядку аккумулятора не производить длительное время, микрокристаллы укрупняются, налет уплотняется и перекрывает доступ электролита к пластинам, что делает зарядку аккумулятора невозможной. Факторы, повышающие риск сульфатации:
Сульфатация пластин может быть частично устранена специальными режимами заряда АКБ. |
 | При коррозии чистый свинец решетки пластин, взаимодействуя с водой, окисляется в окись свинца. Окись свинца хуже проводит электроток к активному веществу намазки пластин, повышает внутреннее сопротивление и уменьшает стойкость аккумулятора к высоким токам разряда. На положительных пластинах коррозия ослабляет сцепление решетки с активным веществом. Кроме того, само активное вещество положительной пластины постепенно теряет прочность. При каждом цикле намазной слой пластины меняет состояние из объемной массы микрокристаллов окиси свинца в жесткую кристаллическую структуру сульфата свинца. Чередование сжатия и расширения снижает физическую прочность намазного слоя, что в сочетании с ослаблением сцепления приводит к сползанию и осыпанию активного вещества на дно аккумулятора. Коррозия и накопление отслоившегося активного вещества могут приводить к деформации пластин аккумулятора и, при наихудшем развитии событий, к их замыканию. |
Факторы, повышающие риск коррозии и осыпания активной массы:
Осыпание (сползание) активной массы электролита – необратимое явление. Самое опасное последствие сползания активной массы – замыкание пластин.
 | При разряде на положительной пластине аккумулятора из воды образуется кислород. В нормальных условиях поддерживающего заряда кислород рекомбинирует на отрицательной пластине аккумулятора с водородом, восстанавливая исходное количество воды в электролите. Но диффузия кислорода в сепараторе затруднена, поэтому процесс рекомбинации не может быть 100% эффективным. Снижение доли воды изменяет зарядные характеристики аккумулятора и при определенном пороге делает заряд полностью невозможным. Факторы, повышающие риск «высыхания аккумулятора»:
|
Испарение электролита – необратимое явление для гелевых и AGM аккумуляторов. Основная причина высыхания, особенно для AGM – «перезаряд» аккумуляторов.
Старение аккумулятора в силу перечисленных выше процессов происходит ускоренными темпами, однако все же достаточно медленно и часто незаметно.
Рекомбинация газов в герметичной батарее – это химический процесс с выделением тепла. Когда рекомбинация идет при правильных значениях напряжения и тока заряда, нагрев не создает проблем. Однако, когда батарея перезаряжена , внутренняя температура повышается быстрее, чем батарея может быть охлаждена снаружи. Повышение температуры уменьшает зарядное напряжение, что в стадии абсорбции приводит к одновременному увеличению тока. Это в свою очередь вновь повышает температуру.
Запускается самоподдерживающийся цикл увеличения тока и тепловыделения, приводящий, при худшем развитии ситуации, к деформации решеток и внутреннему короткому замыканию с необратимым разрушением аккумулятора.
Факторы, повышающие риск появления эффекта терморазгона:
 | Нетрудно заметить, что при заряде отдельного аккумулятора все факторы риска устранимы обеспечением правильных условий эксплуатации и зарядного алгоритма. Однако в системах резервного энергоснабжения редко используется менее двух аккумуляторов. При параллельно-последовательном соединении зарядное устройство «видит» значения зарядного тока и напряжения только на оконечных клеммах, поэтому на отдельных аккумуляторах напряжения могут серьезно отличаться от рекомендуемых значений. Аккумулятор, имеющий более высокий уровень саморазряда (больший ток утечки), может вызывать перезаряд последовательно соединенных с ним элементов и неполный заряд параллельно соединенных с ним элементов
. Перезаряд и недозаряд повышают риск проявления практически всех разрушающих процессов. Поэтому для уменьшения опасности все аккумуляторы в цепочке должны иметь одинаковое состояние заряда и максимально близкие значения емкости.
Для новых установок рекомендуется использовать аккумуляторы не только одной марки, но и одной заводской партии. Однако практика показывает, что и в одной партии не бывает даже двух аккумуляторов с точно совпадающими характеристиками емкости, степени заряда и внутренних токов утечки. Тем более требование одинаковых характеристик недостижимо, когда нужно заменить поврежденный аккумулятор в уже эксплуатируемой батарее. |
Незначительный разброс по степени заряженности новых аккумуляторов чаще всего сглаживается в процессе приработки за несколько циклов разряда и заряда. Но при значительном разбросе или различиях характеристик емкости разбаланс между отдельными АКБ массива со временем только возрастает.
Систематические перезаряды аккумуляторов с меньшей емкостью и возможные переполюсовки недозаряженных аккумуляторов при глубоких разрядах приводят к накоплению повреждений и выходу из строя отдельных аккумуляторов. В силу эффекта терморазгона даже один вышедший из строя аккумулятор может уничтожить весь массив батареи.
Сгладить различия параметров аккумуляторов можно используя специальное устройство, называемое балансир заряда АКБ или нивелир разбаланса.
ВАЖНО! Применение балансиров заряда снижает риск возникновения разрушающих процессов, однако не может исправить уже серьезно поврежденный АКБ.
Физически устройство выравнивания заряда аккумуляторов представляет собой компактный электронный модуль, подключаемый к каждой паре последовательно соединенных элементов:
Электропитание SBB осуществляется от самой батареи или от источника заряда. Собственное энергопотребление SBB мало и соизмеримо с потерями на саморазряд.
Эффективность нивелира SBB2-12-A принципиально выше, чем у других балансиров заряда, работа которых основана либо на шунтировании избыточной зарядной мощности (т.н. пассивные балансиры, создают прямые потери энергии), либо на селективном подзаряде элементов (выравнивание идет только во время заряда). Максимальный ток выравнивания SBB2-12-A – 5А, что превосходит возможности всех представленных на рынке альтернативных устройств.
1) Повышение общей надежности и увеличение срока службы аккумуляторов.
2) Увеличение энергоотдачи аккумуляторной батареи, т.к. при глубоких разрядах батарей более полно используется емкость всех аккумуляторов в последовательной цепи.
Балансиры SBB работают постоянно, поддерживая аккумуляторы в равновесном состоянии даже при выключенном зарядном устройстве.
Схема подключения нивелира (балансира) на батарею 24В и 48В.
Ниже представлены схемы подключения нивелира заряда SBB2-12-A к свинцово-кислотным аккумуляторным аккумуляторам 12В в батареях номиналом 24В и 48В.
|
|
||
Схема 1. Батарея 24В из двух АКБ 12В | Схема 2. Батарея 48В из четырех АКБ 12В |
Подключение нивелира (балансира) на батарею из нескольких параллельных цепочек.
Допускается работа одного балансира выравнивания заряда SBB на 2-3 параллельных цепочки аккумуляторов – если разбаланс невелик и нет превышения по максимальному току выравнивания. Отдельная балансировка каждой цепочки дает лучшие результаты за счет селективности корректирующего воздействия .
При использовании одного нивелира на несколько цепочек необходимо применять схему соединения аккумуляторов с шинами постоянного тока и соединением средних точек (Схема 3).
При использовании отдельного нивелира в каждой цепочке можно применять обычную схему соединения аккумуляторов (Схема 4).
Проблема подготовки аккумулятора на зиму знакома автомобилистам — зимой аккумулятор слабее и медленнее крутит стартер, быстро разряжается. Это связано с тем, что зимой нагрузка на аккумулятор возрастает, а характеристики аккумулятора резко ухудшаются в связи с понижением температуры эксплуатации.
Рассмотрим влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов:
Внутреннее сопротивление складывается из сопротивления материала пластин, активного поверхностного слоя пластин, сепараторов, и сопротивления электролита, которое сильно зависит от температуры, снижение подвижности ионов и увеличение вязкости электролита повышают внутреннее сопротивление.
При температуре от -30°C до -40°C снижается скорость диффузии ионов электролита, проводимость активного слоя падает в восемь раз, проводимость сепараторов в четыре раза.
Основными свойствами электролита являются плотность, температура замерзания, вязкость и удельное сопротивление.
Плотность электролита находится линейной зависимости от температуры в диапазоне от 20 С до - 30 С и может определяться по формуле 1.28 + (Т-20)Х0.007
В диапазоне от 0°C до -30°C при падении температуры на 1°C :
— вязкость увеличивается на 16%
— удельное сопротивление увеличивается на 15%
— емкость аккумулятора падает на 4%
Внутреннее сопротивление также увеличивается при разряде большими токами как результат уменьшения плотности электролита в порах активной массы и около электродов.
Зависимость удельного сопротивления электролита плотностью 1,30 г/см 3 от температуры:
| Температура, °С | Удельное сопротивление электролита Ом·см |
| + 40 | 0,89 |
| + 25 | 1,28 |
| + 18 | 1,46 |
| 0 | 1,92 |
| - 18 | 2,39 |
Соответственно, с падением температуры аккумулятора снижается максимальный отдаваемый батареей ток .
Как видно из вышеприведенных данных, с понижением температуры электролита с +40°С до -18°С удельное сопротивление возрастает в 2,7 раза .
Напряжение на клеммах аккумулятора является разницей значения электродвижущей силы (ЭДС) и падением напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора, которое значительно зависит от температуры, плотности электролита и потребляемого тока.
Напряжение заряда при 20°С составляет 13,8 В, при снижении температуры должно увеличиваться на 0,003 В/град, что составляет при О°С дополнительно 0,6В (14,4В) и при -20°С дополнительно 1,2В (15В).
Зимой АКБ страдают от недозаряда, особенно при коротких поездках.
Напряжение на клеммах АКБ 12,72 В говорит о 100% заряде.
12,24 В — заряде 50%,
11,76 В соответствует полностью разряженному аккумулятору.
При частичном заряде падает плотность электролита и повышается вероятность его замерзания и разрушения батарей.
Электролит плотностью 1,28 замерзает при -65°C, плотностью 1.20 при -20°C, плотностью 1.10 при - 7 °C.
Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при заданном режиме разряда, температуре и конечном напряжении. Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле C=Ip*tp
,
где С
- емкость, а·ч;
Ip
- сила разрядного тока, а;
tp
- время разряда, ч.
Снижение емкости аккумулятора при понижении температуры вызвано повышением вязкости электролита и замедлением диффузии электролита в поры активной массы, внутренние слои которой не участвуют в реакции разряда.
Отдача по емкости — отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях. Отдача по емкости зависит от полноты заряда, который падает с падением температуры электролита.
Все вышесказанное объясняет значительное влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов. В холодное время, разряженный после неудачного запуска двигателя и оставленный в машине почти новый аккумулятор, может быть испорчен в результате замерзания электролита.
Если рассматривать практический пример, то мы наблюдали падение емкости АКБ с 80 A/ч до 1 2 А/ч при температуре -18°C и токе разряда 240А .
1. Утепление подкапотного пространства
2. Если автомобиль хранится в гараже, то можно подсоединить к аккумулятору коннекторы постоянного подключения и соединять его с зарядным устройством
Эксплуатация аккумуляторов
Можно ли утверждать, что время работы портативного оборудования питающегося от аккумуляторной батареи напрямую зависит от емкости аккумулятора?
Да, в большинстве случаев это так. Однако, применительно к переносной медицинской аппаратуре, зависимость времени работы от объема запасенной в батарее энергии, может быть нелинейной.
Ниже исследуются причины, из-за которых время работы портативной аппаратуры (в частности дефибрилляторы и кардиографы с аккумуляторным питанием) зачастую оказывается меньше указанного в инструкции, особенно при использовании аккумуляторов бывших некоторое время в употреблении:
1. Причины уменьшения емкости батареи и действия, необходимые для ее восстановления;
2. Внутреннее сопротивление аккумулятора и его влияние на время работы;
3. Саморазряд и причины отключения портативного оборудования при заряженной батарее.
4. Напряжение батареи и его изменение в период эксплуатации батареи.
1. Уменьшение емкости батарей в процессе эксплуатации.
Объем энергии, запасаемой батареей (емкость), постепенно сокращается в процессе использования, старения, и неправильного обслуживания аккумуляторных батарей. Новая батарея со 100% емкостью постепенно теряет первоначальную емкость и по достижении значений емкости в 70 - 60% такую батарею желательно заменить. Как правило типовой порог работоспособности батареи в части емкости составляет 80%.
Примечание: на практике остаточный ресурс по емкости NiCd батарей питающих переносную медицинскую аппаратуру (дефибрилляторы и кардиографы) составляет еще меньшую величину - 20…30%. Это связано с дефицитом денежных средств на тестирование, восстановление и замену батарей.
Общая емкость батареи может быть разделена на три воображаемые зоны:
1. Зона, содержащая энергию.
2. Незаполненный объем, который можно дозарядить.
3. «Камень» - часть батареи непригодная к использованию.
В никель-кадмиевых и металл-гидридных аккумуляторах «камнем» именуются крупнокристаллические образования (откуда и взялся термин), не принимающие заряд. Иначе это явление называется «эффектом памяти».
Емкость никель-кадмиевых и металл-гидридных батарей, как правило, можно восстановить путем тренировки, то есть проведением нескольких циклов заряд/разряд по специальной методике на анализаторах батарей.
На данный момент существуют методы более эффективные, нежели простое проведение циклов заряд /разряд.
Один из них заключается в том что, разряд батареи происходит в два этапа: сначала батарея разряжается номинальным током до 1В на ячейку, а затем происходит медленный разряд ячеек практически до нуля (обычно до 0,4В на элемент). Этот метод применяется для разрушения кристаллических формаций и восстановления первоначальной структуры ячеек.
Применяя этот метод восстановления можно восстановить, от 60% до 70% NiCd батарей, направляемых на утилизацию, до их первоначальной емкости. Все же необходимо отметить, старая восстановленная батарея может иметь высокий ток саморазряда, возникающий из-за повреждений сепаратора отдельных ячеек. Такое повреждение может иметь место, когда аккумулятор находится в эксплуатации длительное время без проведения периодического обслуживания.
2. Внутреннее сопротивление и его влияние на эксплуатационные характеристики батарей.
Одна из основных характеристик аккумуляторной батареи это внутреннее сопротивление.
Внутреннее сопротивление по большому счету определяет производительность батареи. Если при работе с аккумулятором с высоким внутренним сопротивлением потребуется обеспечить большой ток нагрузки, то выходное напряжение аккумулятора будет падать за счет большого падения на внутреннем сопротивлении батареи.
Поскольку потребление тока дефибрилляторами и кардиографами носит импульсный характер, то в пиковые моменты потребления тока напряжение аккумулятора может упасть до нижнего предела напряжения питания и прибор сообщит (если конечно такая функция имеется), что аккумулятор разряжен не смотря на то, что до полного разряда еще далеко. Более того, иногда можно наблюдать картину, когда прибор выдает сообщение о разряде батарей с полностью заряженным аккумулятором со 100% емкостью. Батарея с высоким внутренним сопротивлением может нормально функционировать при небольшой DC нагрузке аналогичной нагрузке карманного фонарика или портативного CD проигрывателя. С подобной нагрузкой основная часть заряда батареи будет использована, так как высокое внутреннее сопротивление не играет особой роли в данном случае.
Рост внутреннего сопротивления у батарей разного типа химии вызван разными причинами. У никель-кадмиевых и металл-гидридных аккумуляторов он напрямую связан с эффектом памяти. Рекомендуется раз в месяц проводить циклы тренировки или хотя бы полностью разряжать никель-кадмиевые и металл-гидридные аккумуляторы. Если подобное обслуживание не проводится в течение трех-четырех месяцев, емкость аккумулятора может упасть на треть или более, при этом восстановление подобного аккумулятора сильно затрудняется. Регулярно проводимые циклы тренировок понижают внутренне сопротивление батареи.
Однако, не рекомендуется полностью разряжать батарею перед каждой подзарядкой, как это делают некоторые зарядные устройства, т.к. это приводит к преждевременному изнашиванию ячеек и уменьшению срока службы аккумулятора. Так же не рекомендуется оставлять батарею в зарядном устройстве после подзарядки.
2.1.Методы измерения внутреннего сопротивления.
Существует несколько способов измерить внутреннее сопротивление батареи.
Один из самых распространенных - метод постоянной нагрузки заключающийся в измерении падения напряжения относительно номинального напряжения батареи в процессе ее разряда. Падение напряжения, деленное на ток, дает внутреннее сопротивление.
Метод переменного тока, так же известный как тест проводимости, измеряет электрохимические характеристики батареи при воздействии на нее переменного тока. Дефекты батареи, вызывающие потерю емкости, влияют на проводимость аккумулятора, что считывается измерителем анализатора батарей.
3.Высокий ток саморазряда и его влияние на долговечность батарей.
Ток саморазряда - это параметр присущий аккумуляторным батареям любого типа. Аналогично сжатой пружине, батарея стремится вернуться в разряженное состояние. NiCd и NiMH батареи обладают наиболее высоким током саморазряда в сравнении с другими типами батарей. NiCd батарея теряет в среднем 10% заряда в течение первых 24 часов после окончания заряда. По прошествии одних суток потеря емкости составляет порядка 10% месяц.
Саморазряд, может происходить из-за повреждения сепаратора, когда крупнокристаллические формации слипшихся кристаллов пробивают его. Сепаратором принято называть тонкую пластину, разделяющую положительный и отрицательный электроды.
Этого можно избежать, нанося меньше активного материала на пластинки электродов при производстве. В этом случае ухудшается емкость, но улучшаются показатели расширения/ сжатия пластин при заряде /разряде, характеристики нагрузки и увеличивается ресурс - количество циклов заряд /разряд.
Поврежденный сепаратор невозможно восстановить проведением циклов заряд /разряд даже на анализаторах батарей. Причинами этого являются неправильное обслуживание, его отсутствие или применение некачественных зарядных устройств.
Другая причина, вызывающая потерю заряда, это истощение ресурса батареи. У изношенной батареи пластинки электродов разбухают, слипаясь, друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда.
График тока саморазряда не линеен и достигает максимального значения сразу после окончания заряда, когда батарея полностью заряжена. Высокопроизводительные батареи с увеличенной площадью электродов и высокопроводящим электролитом подвержены саморазряду в большей степени, чем менее производительные модели.
При повышении температуры, ток саморазряда увеличивается у всех типов аккумуляторов.
Считается, что при повышении температуры на 10°С ток саморазряда увеличивается вдвое. Например, потери энергии очень велики у батареи оставленной в закрытом автомобиле жарким летом. Выглядит впечатляюще, когда в течение суток батарея, за счет саморазряда теряет больше энергии, чем от прямого использования.
Ток саморазряда постепенно увеличивается с возрастом батареи и количеством отработанных циклов заряд/разряд. К примеру, возрастающий ток саморазряда делает непригодной к использованию NiMH батарею после 300-400циклов заряд/разряд, а NiCd - после 1000 циклов.
Проведение циклов заряд/разряд или процедура восстановления не помогут в этом случае, единственной альтернативой остается заменить поврежденные ячейки или саму батарею.
Саморазряд может быть вычислен с помощью анализатора аккумуляторных батарей по следующему алгоритму:
1 . Батарея полностью заряжается и измеряется ее емкость (номинальным током и измеряется время разряда).
2. Батарея заново заряжается и оставляется в покое в течение 24 часов, после чего измеряется емкость.
Более точные показатели величины саморазряда могут быть получены, если оставить батарею в покое на 72 часа или более. Больший период покоя компенсирует относительно высокий саморазряд в первые сутки после полной зарядки батареи. После 72 часов потеря емкости не должна превышать 15-20%. Наиболее точные результаты величины саморазряда могут быть получены после семи дней покоя батареи.
4.Напряжение питания и его изменение.
Любая грамотно разработанная портативная техника должна быть рассчитана на использование полного объема энергии батареи. Это означает, что если в процессе разряда батарея обеспечивает напряжение в диапазоне, например 6,0В -7,5В, то и питаемое ей устройство должно быть рассчитано на этот диапазон напряжений. Тем не менее, порог напряжения питания в технике некоторых хорошо известных на рынке производителей, значительно выше, чем минимальное напряжение в батарее.
Можно сказать, что проблема завышенного порога отключения питания в большей степени касается разработчика оборудования, чем проблем пользования аккумулятора. Но пока производитель решает эту проблему, подобное оборудование будет появляться на рынке и соответственно покупаться. Необходимо обратить внимание возможного пользователя на то, что портативная аппаратура с завышенным порогом отключения питания еще более требовательна к аккумуляторной батарее, ведь ее успешная эксплуатация возможна только при использовании качественной батареи с высоким максимальным напряжением.
Причины пониженного, относительно номинала, напряжения аккумуляторных батарей это:
1. Короткое замыкание в ячейках батареи
2. Эффект памяти (только у никелевых аккумуляторов при отсутствии правильного обслуживания).
3. Повышение температуры так же может привести к понижению напряжения на батарее. Эффект понижения напряжения в этом случае временный, напряжение вернется к номинальному когда батарея остынет.
Выводы:
1. Состояние аккумулятора необходимо оценивать комплексно. Как минимум по трем параметрам: внутреннему сопротивлению, емкости и току саморазряда.
2. Аккумуляторные батареи необходимо регулярно обслуживать на специализированной аппаратуре - анализаторах батарей (например, BA402).
3. В случае невозможности такого обслуживания, к сожалению, необходимо заменять парк аккумуляторных батарей, находящихся в эксплуатации раз в 2-3 года на 100%.
Как и для любого мобильного устройства, для iPhone и iPad очень важна автономность. С каждым годом запросы пользователей растут, сценарии использования расширяются, а возможности батарей в мобильных гаджетах остаются на прежнем уровне из-за постоянно уменьшающихся толщины и веса .
Жалобы на недостаточное время автономной работы можно услышать от многих пользователей, но как же понять, нуждается ли батарея вашего аппарата в замене или вы просто слишком активно его используете? Об этом и пойдет речь дальше.
Это прозвучит банально, но для начала нужно понять, разряжается ли устройство само или его разряжаете вы. Для этого достаточно просто на время воздержаться от активного использования и понаблюдать за уровнем заряда. Лучше всего полностью зарядить аппарат и оставить на ночь, предварительно сделав скриншот с уровнем заряда на текущее время. Не забудьте также отключить уведомления, чтобы исключить возможность разряда из-за множества пушей.
Утром проверьте уровень заряда. Если он не изменился или упал на пару-тройку процентов - значит с батареей всё нормально и ускоренный разряд вызван активным использованием. Если же заряд упал более чем на 10% - что-то всё-таки её разряжает. В этом случае переходим к следующему пункту.
Нам нужно определить, куда уходит заряд: «отъедают» ли его фоновые процессы и службы или же разрядка вызвана уменьшением ёмкости батареи вследствие износа. Это довольно просто сделать через встроенную функцию статистики использования аккумулятора. Начиная с iOS 7.0, у нас есть не только скупые цифры использования и ожидания (хотя, достаточно и их), а даже детальная статистика по приложениям.
Суть заключается в том, что в режиме ожидания iPhone и iPad не должны разряжаться, а значит время ожидания из меню статистики должно быть значительно больше, чем время использования (при том что устройство находится в состоянии покоя).
Если у вас время ожидания равно или почти равно времени использования - значит имеет место фоновая активность приложений или сервисов, которая и является причиной разряда. Стоит проверить приложения из списка и их доступ к обновлению контента, геолокации и прочему. А вот ещё несколько полезных советов для вас.
Если же всё в порядке, а батарея всё равно держит очень мало даже при щадящем использовании - переходим к следующему пункту.
Почти наверняка проблема заключается в износе аккумулятора, который неизбежен при длительной эксплуатации. В процессе заряда-разряда ёмкость батареи уменьшается. В iPhone она падает до 80% после 500 циклов перезаряда, iPad выдерживает вдвое больше - 1000. Узнайте, насколько снизилась максимальная ёмкость аккумулятора на вашем аппарате. Если падение слишком большое и текущая автономность вас не устраивает, батарею пора менять.
Если ваше устройство обновилось до iOS 11.3, то вы сможете узнать, насколько уменьшилась ёмкость его аккумулятора за всё время эксплуатации, без дополнительных программ. Для этого откройте раздел «Настройки» → «Аккумулятор» → «Состояние аккумулятора». Устройство покажет текущее значение максимальной ёмкости в процентах от исходного.
Если на вашем устройстве установлена более старая версия iOS, вы можете узнать состояние аккумулятора с помощью бесплатного приложения Battery Life Doctor. Запустите его и нажмите Details возле пункта Battery Raw Data — в следующем меню увидите параметр Design Capacity (исходная максимальная ёмкость). Рядом с ним будет отображаться текущая максимальная ёмкость батареи в процентах от исходной.
Ещё один способ узнать состояние аккумулятора — в программе iBackupbot для macOS и Windows.
Загружаем программу по ссылке , открываем, подключаем аппарат к компьютеру и кликаем More Information. Нас интересуют показатели DesignCapacity (исходная максимальная ёмкость) и FullChargeCapacity (текущая максимальная ёмкость). Остаётся посчитать разницу самостоятельно. Если она окажется слишком большой, подумайте над заменой батареи.
75–80% от заводской ёмкости это ещё не смертельно и с этим спокойно можно жить дальше, но если для вашего сценария использования такая автономность не годится, то придется заменить аккумулятор.
Делать это лучше в официальных или внушающих доверие сервисах. Если решите провести замену самостоятельно, то не покупайте подозрительно дешёвые аккумуляторы и имейте в виду, что в отличие от iPhone 4/4s в более поздних девайсах (и всех iPad) процедура замены предполагает полную разборку устройства, что требует соответствующих навыков.
И ещё. Перед тем, как отправляться в сервисный центр, попробуйте откалибровать батарею . Многим помогает, а попытка - не пытка.
Из принципа работы свинцово-кислотного аккумулятора следует, что емкость аккумулятора определяется объемом активной массы и электролита. Но реально емкость батареи зависит еще и от множества конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.
Емкость аккумуляторной батареи существенно снижается с увеличением силы тока (рис. 1.2), что связано с резким уменьшением концентрации электролита в порах пластин, изолируемых сульфатом свинца. Зависимость емкости от разрядного тока описывается уравнением Пейкерта:
где n , k – постоянные для данного типа батареи (n =1,2...1,7), t кон.– время разряда.
Рис. 1.2. Зависимость емкости аккумуляторной батареи от разрядного тока
Емкость аккумуляторной батареи уменьшается с понижением температуры из-за увеличения вязкости электролита и замедления поступления серной кислоты в поры активной массы (рис.1.3).
Рис. 1.3. Зависимость емкости аккумуляторной батареи от температуры электролита в режиме разряда
Так как емкость аккумуляторной батареи зависит от температуры, то значение емкости, полученное при температуре T , приводят к температуре 25 0 C :
,
где C 25 – емкость, приведенная к температуре 25 0 C ; C T – емкость, полученная при средней температуре T ; 0,01 – температурный коэффициент изменения емкости при температуре 18...27 0 C .
При известной начальной плотности электролита g з степень разряженности аккумуляторной батареи определяется по формуле:
,
где g 25 – плотность электролита при температуре +25 0 C (плотности g з и g 25 измерены в г/см 3).
Подготовка аккумуляторной батареи к эксплуатации
Приготовление электролита. Существует два способа приготовления электролита. 1 способ: концентрированная серная кислота плотностью 1,83 г/см 3 добавляется в дистиллированную воду (но не наоборот). 2 способ: электролит плотностью 1,40 г/см 3 добавляется в дистиллированную воду или в электролит с плотностью ниже необходимой. Следует учитывать, что плотность электролита для различных времен года и климатических условий должна быть различной. Например, в районах с умеренным климатом (со средней месячной температурой в январе -15...-8 0 С) плотность электролита должна быть равна 1,26±0,01 г/см 3 , в районах с холодным климатом (со средней месячной температурой в январе -30...-15 0 С) плотность электролита должна быть равна 1,28±0,01 г/см 3 .
Заливка батареи электролитом. Температура заливаемого электролита должна быть в пределах 15…30 0 C . Его плотность зависит от климатических условий эксплуатации батареи. Перед заливкой необходимо отвернуть вентиляционные пробки и удалить элементы, герметизирующие вентиляционные отверстия. Электролит заливают до тех пор, пока он не достигнет нижнего торца тубуса горловины крышки или определенного уровня выше предохранительного щитка (для традиционных аккумуляторных батарей уровень электролита равен 10 мм). Плотность электролита, заливаемого в новую батарею, должна быть на 0,02 г/см 3 меньше той, которая должна быть в конце заряда для данной климатической зоны. Если через два часа после заливки сухозаряженной батареи плотность электролита будет на 0,03 г/см 3 ниже плотности этого электролита через 20 минут после заливки, то батарею следует зарядить, а затем скорректировать плотность электролита. Но желательно все же заряжать батарею в любом случае.
Заряд аккумуляторных батарей. Аккумуляторные батареи можно заряжать от любого источника постоянного тока при условии, что его напряжение больше напряжения заряжаемой батареи. Для полного заряда батарея должна принять 150 % требуемой (недостающей) емкости. Различают два основных способа заряда: при постоянном токе и при постоянном напряжении.
Заряд при постоянном токе. Оптимальная сила тока заряда равна: I з =0,1×C 20 . При повышении температуры электролита до 45 0 C необходимо снизить зарядный ток в два раза или прервать заряд для охлаждения электролита до 30...35 0 C .
Методом заряда при постоянном токе можно заряжать n последовательно включенных аккумуляторов при напряжении на выходе зарядного устройства U з >2,7n .
Достоинствами данного метода являются: 1) простота зарядных устройств; 2) простота расчета количества электричества, сообщаемого батарее, как произведение тока и времени заряда.
Недостатком метода при малом токе заряда является большая длительность заряда, а при большом – плохая заряжаемость к концу заряда и повышенная температура электролита.
Заряд при постоянном напряжении. Данный метод используется в частности для заряда аккумулятора, уже установленного на автомобиле. Метод имеет два недостатка, проявляющихся в начале заряда полностью разряженных батарей: 1) зарядный ток достигает 1...1,5C 20 ; 2) из-за большого зарядного тока перегревается аккумулятор. Поэтому для предохранения генератора от перегрузки на автомобиле устанавливаются ограничители тока.
Продолжительность заряда при использовании обоих методов одинакова. Недостатки, присущие этим методам, преодолеваются комбинированными способами заряда.
Заряд ступенчатым током (ступенчатый заряд). Способ заключается в том, что сначала заряд выполняют номинальным током до заданного напряжения, затем ток снижают в 2...3 раза и доводят заряд до конца. Используются двух-, трех- и четырехступенчатые режимы заряда.
Смешанный способ заряда. При данном способе сначала осуществляется заряд при постоянном токе, а затем – при постоянном напряжении.
Уравнительный заряд. Сущность заряда заключается в заряде при постоянном токе, равном 0,1C 20 , до тех пор, пока плотность электролита и напряжение батареи не будут постоянными в течение 3 часов. Такой заряд необходим для выравнивания степени заряженности всех аккумуляторов батареи и устранения сульфатации электродов. Явление сульфатации заключается в образовании крупных труднорастворимых кристаллов сернокислого свинца (сульфата свинца) на поверхности электродов и на стенках пор активного вещества. В результате сульфатации не все активное вещество электродов может участвовать в работе. Поэтому емкость батареи снижается. Сульфатацию определяют по ЭДС аккумулятора. Если ЭДС аккумулятора, измеренная вольтметром, будет меньше ЭДС, подсчитанной по плотности, то электроды аккумулятора сульфатированы.
Форсированный заряд. Заряд производится током до 0,7C 20 .При токе, равном 0,7C 20 время заряда – 30 мин., при токе 0,5C 20 – 45 мин., при токе 0,3C 20 – 90 мин. В процессе заряда необходимо при достижении температурой электролита 45 0 C дальнейший заряд прекращать. Форсированный заряд применяется в исключительных случаях.
Контрольный разряд аккумуляторной батареи. Контрольный разряд проводится для определения исправности полностью заряженной батареи. Сила разрядного тока поддерживается равной 0,1С 20 . Когда на зажимах одного из аккумуляторов напряжение понизится до 1,7 В (или 10,2 В на батарее), разряд заканчивают. Батарея считается исправной, если время разряда будет не менее 7,5 ч для батарей с электролитом плотностью 1,29 г/см 3 , 6,5 ч – для 1,27 г/см 3 , 5,5 ч – для1,25 г/см 3 . В противном случае батарея является неисправной.
К основным причинам плохой заряжаемости батарей относятся: 1) высыпание активной массы из решеток вследствие коробления последних при заряде большими токами, замерзании электролита и т.п.; 2) наличие в аккумуляторном электролите примесей веществ, которые, осаждаясь на электродах, экранируют часть их рабочей поверхности, препятствуя протеканию на ней основной токообразующей реакции, и способствуют усиленному разложению воды и газовыделению. 3) сульфатация электродов из-за хранения батареи в теплом помещении при высокой плотности электролита. Из-за систематических недозарядов батареи, высокого саморазряда, длительного бездействия батареи в разряженном (частично или полностью) состоянии, снижения уровня электролита ниже верхней кромки электродов возникает необратимая сульфатация .
Устранение сульфатации электродов. Сульфатацию устраняют несколькими циклами разряда-заряда при малой плотности электролита (1,11...1,12 г/см 3). Заряд производят током не более 0,05 С 20 ампер, доводят плотность электролита до нормы, а затем проводят контрольный разряд батареи при силе тока 0,1 С 20 . Разряд заканчивают, когда на зажимах одного из аккумуляторов напряжение понизится до 1,7 В (или 10,2 В на батарее). Батарея считается исправной, если время разряда будет не менее 7,5 ч для батарей с электролитом плотностью 1,29 г/см 3 , 6,5 ч – для 1,27 г/см 3 , 5,5 ч – для 1,25 г/см 3 . В противном случае батарею подвергают нескольким циклам заряда-разряда. Если при повторных циклах время разряда не увеличивается, то батарея требует ремонта.
Хранение аккумуляторных батарей. Новые, не залитые электролитом батареи хранятся при температуре не ниже -50 0 C . Заряженные батареи с электролитом хранятся по возможности при температуре не выше 0 0 C . Минимальная температура их хранения: -30 0 C . При чрезмерно низких температурах электролит может замерзнуть. При плотности электролита g 25 =1,31 г/см 3 электролит замерзает при температуре ниже -40 0 С, при g 25 =1,27 г/см 3 электролит замерзает при температуре до -30 0 С. Перед постановкой на хранение несухозаряженной батареи необходимо:1) полностью зарядить батарею; 2)скорректировать плотность электролита; 3) если потребовалась коррекция плотности, то следует подзарядить батарею в течение 30 минут для выравнивания плотности электролита по объему каждой банки; 4) удалить с батареи токопроводящий слой, используя для этого раствор питьевой соды или нашатыря.
