Как правильно зарядить аккумуляторную батарею?
Правильный заряд АКБ – один из важнейших факторов длительного срока службы, получения хорошей отдачи и корректной работы батареи в целом. Стоит отметить, что это условие относится к любым видам аккумуляторов как к мощным промышленным с большой ёмкостью, так и к маленьким батарейкам, питающим всевозможные гаджеты. Печально признавать, но многие потребители даже не знают о том, что существует правильная зарядка аккумулятора. Эта статья поможет вам разобраться в нюансах данного вопроса, понять основные принципы и правила осуществления заряда любого типа аккумуляторной батареи.
Учитывая то, что сегодня выпускается огромное количество разных видов АКБ, стоит понимать, что для каждого из них свойственны определённые принципы и особенности. Их можно изучить в инструкции по эксплуатации, которая должна обязательно прилагаться к каждому изделию. Наша компания всегда ответственно относится к выполнению этого требования! Но к сожалению, не всегда и не у всех есть время и желание на поиск нужного пункта в длинном перечне характеристик. Поэтому в этой статье мы постарались описать основные правила, которые можно применить к наиболее часто используемым аккумуляторам. В основном это свинцово-кислотные герметичные необслуживаемые АКБ для ИБП , сигнализации, лодок, электромобилей, электромоторов , а также гелевые и AGM батареи. Стоит отметить, что ниже перечисленные правила, некоторым образом относятся и к автомобильным стартерным аккумуляторам, несмотря на то, что процесс их заряда имеет определённые особенности.
Как заряжать АКБ
Итак, начинаем разбираться, из каких этапов состоит правильный заряд аккумулятора. В первую очередь, хотим обратить ваше внимание на один важный фактор, который относится абсолютно к ЛЮБОМУ ВИДУ АКБ: чем реже разряжается батарея, и чем менее глубоким будет каждый её разряд, тем дольше она прослужит! Наверняка вы неоднократно слышали такой миф, что любую батарею необходимо полностью разряжать, а потом полностью заряжать, и что именно этот фактор влияет на длительность её срока службы. А ещё многие некомпетентные «умники» утверждают, что аккумулятор необходимо обязательно изредка разряжать, чтобы он не испортился. Так вот, уважаемые покупатели, уверяем вас – это неправда!
Если при покупке аккумулятора, один из продавцов станет рассказывать вам похожую ерунду, лучше не делайте приобретения в этой торговой точке. Отсутствие подобной «встряски» в виде полного разряда/заряда может быть действительно губительным только для некачественных АКБ, изготовленных из «грязного» вторсырья. Это случается по причине того, что поверхность пластин таких батарей излишне загрязнена, а это сильно мешает нормальному процессу электролиза. А вот для высококачественных аккумуляторов самым комфортным и правильным является режим буферного подзаряда без глубоких разрядов. При этом батарея должна всё время находиться под правильным напряжением.
Изучая вопрос зарядки, стоит учитывать также эффект памяти определённых АКБ. Эффектом памяти называют обратимую потерю ёмкости, которая может возникать в некоторых видах электрических батарей, зарядка которых осуществляется с нарушениями рекомендованного режима. А именно при подзарядке не полностью зарядившейся АКБ. Это название придумали из-за внешнего проявления такого эффекта. Часто бывает, что аккумулятор «запоминает» тот факт, что в прошлые циклы работы ёмкость была израсходована не полностью, поэтому при разряде он отдаёт свою энергию только до «запомнившейся» черты. Это характерно для таких типов АКБ: Никель-металл-гидридный (Ni-MH), Никель-кадмиевый (NiCd), Серебряно-цинковый.
Итак, переходим непосредственно к вопросу правильного заряда аккумулятора. Для этого вы должны знать, в каком режиме эксплуатируется конкретная батарея.
Что такое буферный режим работы
Наиболее понятный и самый распространённый пример буферного режима работы батареи – это источник бесперебойного питания, так называемый ИБП (он же UPS) . В ИБП аккумулятор подзаряжается постоянно, он начинает отдавать накопленную энергию только тогда, когда в сети нет тока. Как только возобновляется подача электричества, батарея снова начинает заряжаться. Это наиболее правильный, и наиболее щадящий режим работы. Именно поэтому при буферном режиме аккумуляторные батареи служат значительно дольше. Если рассмотреть в качестве примера наши батареи EverExceed серии ST, которые изготовлены по технологии AGM нового поколения, то у них срок службы в буферном режиме при Т=20 о С – 12 лет!
Что такое циклический режим работы
Из более ярких примеров использования циклического режима можно выделить несколько наиболее популярных: детские авто в парке аттракционов, поломоечная машина, система автономного электроснабжения с применением альтернативных источников энергии (ветряки, солнечные батареи и другое). Аккумуляторы в таком оборудовании необходимо разряжать/заряжать каждый день, а иногда и дважды в день. Поэтому циклический режим является наиболее беспощадным для батареи, и её срок службы уже не исчисляется годами, а зависит от количества циклов и их глубины.
Стандартные AGM аккумуляторы могут осилить до 280 циклов, в то время как современные аккумуляторы EverExceed серии ST , о которых мы писали ранее, способны обеспечить до 600 циклов полного 100% разряда! Очень удивляют ситуации, когда горе-продавцы рекомендуют покупателям для оборудования с явно циклическим принципом работы, например, мобильная кофемашина, приобрести автомобильный стартерный аккумулятор. При этом основной аргумент такой «подмены» – это дешевизна. Так вот, сообщаем всем, кто сталкивался или ещё столкнётся с подобным предложением : у стартерных батарей довольно тонкие пластины, они способны только на запуск двигателя, а дальше они сами подзаряжаются от работающего генератора. При циклическом режиме с частыми глубокими разрядами они не смогут проработать и двух месяцев, их пластины попросту начнут осыпаться. Вот и подумайте, действительно ли это дёшево?!
Как правильно заряжать аккумулятор в буферном режиме
Один элемент свинцово-кислотной батареи выдаёт 2 Вольта. Стоит отметить, что по факту ровно 2 V, как правило, не бывает, но так проще для обозначения. В бытовом применении используются АКБ по 3 и 6 элементов, то есть по 6 V и 12 V соответственно.
Для буферного режима напряжение заряда стоит выставлять по 2,27 V — 2,30 V из расчёта на один элемент. Таким образом, для 12-ти вольтовой батареи нужно 13,6 V – 13,8 V, а для 6-ти вольтовой 6,8 V – 6,9 V. Такие параметры рекомендованы и для гелевых аккумуляторов и для AGM.
Необходимо, чтобы ток заряда был ограничен в размере 30% от номинальной 10-ти часовой ёмкости батареи , выраженной в А (ампер). Для гелевых аккумуляторов достаточно – 20%. Например, для АКБ с ёмкостью С 10 =100 Ач ограничение тока заряда равняется показателю в 30 ампер, а для гелевых батарей – 20 А.
Правила заряда аккумуляторов в циклическом режиме
В циклическом режиме напряжение заряда необходимо установить на уровне 2,4 — 2,45 В/Эл (то есть для 12-ти вольтовой батареи это 14,4 В – 14,7 В, а для 6-ти вольтовой – 7,2 В – 7,35 В). Это условие применимо только для AGM аккумуляторов.
Для гелевых батарей необходимо: 2,35 В/Эл , то есть 14,1 В на 12-ти вольтовую АКБ или 7,05 В на 6-ти вольтовую.
Необходимый ток заряда: 20% от С 10, то есть для батареи ёмкостью 100 Ач — это 20 А.
Продолжительность заряда аккумулятора
Время заряда будет полностью зависеть от степени разряженности АКБ. В первые минуты осуществляется бустерный (быстрый) заряд. Далее, по мере того как батарея «насыщается» током, уровень потребляемой энергии снижается, и достигает своего минимума при 100% заряде аккумулятора. Поэтому основным показателем заряженности является падение уровня принимаемого тока до отметки 2-3 мА на каждый Ач ёмкости АКБ. Но, стоит понимать, что это правило справедливо только при буферном заряде. ПРИМЕР: для АКБ с параметрами С 10 =100 Ач падение тока зарядки до 200-300 мА означает, что она уже практически заряжена. Для того чтобы довести уровень зарядки до 100%, необходимо ещё около часа. Среднее время заряда аккумулятора:
- при буферном режиме 30-48 часов;
- при циклическом – 10 часов.
Обратите внимание! Существует одно негласное правило: для действительно полной зарядки аккумулятора, ему необходимо набрать на 20% энергии больше, чем привычный уровень номинальной ёмкости. То есть, АКБ нужно немного перенасытить для того, чтобы внутри неё завершились определённые электрохимические процессы. Это обеспечить более полную дальнейшую отдачу. Такой «закон» одинаково работает для любого вида и типа аккумуляторов.
Помните: заряжать аккумуляторные батареи желательно при температуре воздуха в помещении 20 – 25 о С!
При более низкой температуре время заряда существенно увеличится, а вот производить зарядку АКБ при температуре воздуха ниже 0 о С вообще не стоит, процесс может оказаться безрезультатным! В идеале желательно, чтобы ваше зарядное устройство имело функцию термокомпенсации.
Как заряжать АКБ? Виды зарядки
Комфортная и беспроблемная езда невозможна без правильного и своевременного обслуживания стартерной батареи. Даже если принято решение купить аккумулятор для автомобиля дешево и без длительной гарантии, сохраняются высокие шансы на многолетнюю эксплуатацию, четкую работу бортовой сети и быстрый запуск двигателя в сильные морозы. Главное, знать электрохимический тип АКБ и корректно восстанавливать емкость, избегая избытка напряжения и силы тока, применяя нужное оборудование, режим и частоту.
СТЕПЕНИ ЗАРЯЖЕННОСТИ И ТОК ЗАРЯДКИ
Важно правильно оценивать понятие «полная разрядка» аккумулятора. Номинальное напряжение «12В» – это удобная для обихода цифра, но не более того. Реально каждая из шести последовательно соединенных банок выдает чуть больше 2,1В. Таким образом, нормальное рабочее напряжение соответствует 12,7-12,9В. Снижение вольтажа на 10-12% определяет фактическую, полную потерю заряженности.
Положительные и отрицательные пластины начинают обильно покрываться сульфатом свинца, а электролит теряет свою плотность. Без надлежащего контроля химические процессы становятся необратимыми, на рабочих поверхностях образуется нерастворимый осадок, а батарея приходит в негодность. Особенно губительна глубокая разрядка для кальциевых АКБ типа Ca/Ca.
Точно и быстро охарактеризовать текущую степень заряженности можно с помощью вольтметра и специального показателя работоспособности тока – электродвижущей силы (ЭДС). Для этого измерительный прибор подключается к клеммам батареи при нулевом токопотреблении и без нагрузки (состояние покоя). Также необходимо учитывать актуальную окружающую температуру (см. таблицу).
Максимальная сила тока зарядки составляет 1/10 часть от емкости АКБ, например, для 60Ач – это 6А, для 75Ач – 7,5А, для 100Ач – 10А. Аккуратного подхода требуют классические свинцово-кислотные батареи 60Ач в супербюджетном облегченном исполнении 13-13,5 кг (обычный вес 14,2-14,5 кг). Несмотря на заявленную емкость в 60 ампер-час, иногда в каждой банке размещено 4-5 положительных и 5 отрицательных пластин вместо стандартного формата 6+6. Это не только снижает вес, но и фактическую емкость, которая не превышает 40-45Ач и требует для корректного восстановления максимальную силу тока в 4-4,5А.
ТИПЫ АКБ И ПРЕДЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ЗАРЯДКИ
Все батареи с напряжением 12 вольт можно разделить по рабочему состоянию электролита на 3 электрохимические группы:
- жидкие (WET, EBF, Са+ Са, Ca+ или Hybrid);
- абсорбированные (AGM);
- гелевые (GEL).
Последний тип очень перспективный, но пока доступен в тяговых вариациях с низкими значениями пусковых токов.
Основная масса стартерных АКБ имеет жидкий электролит – классический (WET), с утолщенными пакетами (EBF), добавлением кальция в положительные и отрицательные пластины (Сa/Ca), с легированием одной части электродов кальцием, а другой – сурьмой (Hybrid). Чтобы корректно зарядить такой тип батарей, например, разряженный до 50% аккумулятор автомобильный Banner (Австрия), Hankook (Южная Корея), «Зверь (Россия), максимальное напряжение не должно превышать 14,2-14,4В. Для АКБ с абсорбированным в стеклоткань электролитом, которые адаптированы под систему «старт-стоп», как AGM автоаккумуляторы Exide (Эксайд), Bosch (Бош), Yuasa (Юаса), необходим повышенный вольтаж восстановления 14,7-14,8В.
ВИДЫ ЗАРЯДКИ
Оптимальный вариант для заказа АКБ и пуско-зарядного устройства – специализированный интернет-магазин автомобильных аккумуляторов, который предлагает цены без посреднических надбавок и длительную гарантию от производителя. Независимо от типа и исполнения батареи (обслуживаемая, необслуживаемая, малообслуживаемая) сохраняется необходимость в регулярном частичном или вынужденно полном восстановлении емкости. Для этого применяются следующие виды зарядки АКБ:
- автомат;
- ручная;
- регенерация;
- буферный режим.
Эффективная проверка текущей работоспособности автоаккумулятора возможна «разгрузочной вилкой», которая в течение 3-5 секунд передает на клеммы нагрузку, превышающую емкость на 200%. Краткосрочное проседание до 9В и ниже указывает на необходимость срочной подзарядки.
Автоматическая зарядка АКБ
Требует зарядных или пуско-зарядных устройств, которые автоматически определяют ток и напряжение, а главное – динамически меняют их значения в процессе восстановления емкости, чтобы избежать вскипания электролита, недозаряда или, что опасней, – перезаряда. Выбор электротехнических параметров работы в зависимости от типа АКБ реализован через настройку рабочего напряжения или отдельных режимовWET, AGM и т.д. Важно учитывать, чтобы доступная сила зарядного тока не была меньше 10% от емкости батареи.
Автоматическая зарядка АКБ постоянным напряжением происходит по сложному многоступенчатому алгоритму:
- зарядный ток постепенно снижается на фоне роста напряжения аккумулятора;
- при достижении 14,8В происходит стабилизация напряжения;
- низкий ток зарядки (5% от емкости) продолжает поступать на клеммы еще 2 часа для приближения к уровню максимальной заряженности и сброса эффекта памяти;
- на последнем этапе работает напряжение 13,8В, которое позволяет достичь 100%-ной зарядки без риска перезаряда и перегрузки.
Некоторые ЗУ обеспечивают автомат-зарядку автоаккумулятора импульсным напряжением с последующими поочередными выдержками АКБ под токами максимального значения и постоянным напряжением 13,8В.
Общее время восстановления (при условии разряда 50% и меньше) – 8-12 часов.
Ручная зарядка аккумулятора
Требует от пользователя навыков в обращении с мультиметром и регулярного контроля силы постоянного тока заряда, который поначалу выставляется на уровне 10% от номинальной емкости батареи (55Ач = 5,5А; 60Ач = 6,0А; 70Ач = 7,0А).
Первая проверка напряжения на электродах проводится через 3-4 часа. Необходимый показатель – 14,2-14,4В, при которых повышается интенсивность гидролиза электролита и возникает риск закипания. Если искомое значение достигнуто, необходимо снизить ток зарядки в 2 раза (55Ач = 2,2А; 60Ач = 3,0А; 70Ач = 3,5А).
Третий этап стартует, когда на выводах батареи получено значение 14,8-15,0В. Далее необходимо повторить двойное снижение токовых значений (55Ач = 1,2А; 60Ач = 1,5А; 70Ач = 1,7А). Проверка выполняется каждые 1,5-2 часа. Если значение тока и напряжения остаются неизменными при нескольких измерениях – АКБ заряжен на 100% и готов к дальнейшей эксплуатации.
Восстановление утраченной емкости батареи связано с удалением осадка сернокислого свинца с рабочих поверхностей пластин. Основная причина дефекта – глубокий разряд. Для этого применяются специальные зарядки-автоматы с режимом десульфатации, который предусматривает цикличное использование зарядно-разрядных токов в соотношении 10 к 1.
Также процедуру можно выполнить с помощью стандартного ЗУ и автомобильного ареометра , потратив на это несколько дней:
- 8-10 часов зарядки при 13,8-14,4В и 0,8-1,0А, чтобы достигнуть 10В на электродах;
- полное отключение на сутки;
- 8-10 часов при 13,8-14,4В и 2,0-2,5А (искомое значение на выводах батареи 12,6-12,8В);
- 7-10-часовая разрядка АКБ до 9В нагрузкой в виде автомобильной или бытовой лампочки 12В;
- далее повторяются шаги 1-4 с постоянной проверкой плотности электролита, пока не будет получен показатель 1,27 г/см 3 .
Количество полных циклов может достигать 5-10 и занимать 14-16 дней. Уровень регенерации аккумулятора – 80-95%. Если результат восстановительных работа получился неудовлетворительным, всегда можно сдать АКБ в Москве дорого и выручить часть средств для покупки новой батареи.
Зарядные устройства с буферной технологией способны определять ток внутренних утечек аккумулятора (саморазряд) и поддерживать полную емкость неделями и месяцами без риска сульфатации, замерзания электролита и перезаряда. Это оптимальный вариант длительного хранения батареи в зимний период или при редких поездках на автомобиле.
Восстановление уравнительным током хорошо подходит для глубоких разрядов необслуживаемых аккумуляторов. Устройство сначала работает как ограничитель токовых нагрузок, затем не допускает превышение напряжения больше 13,5-13,8В. Постоянная дозарядка при хранении выполняется компенсирующими саморозряд микротоками 100-150мА.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Любой вид зарядки автомобильного аккумулятора требует соблюдения температурного режима. Оптимально – это +20-25°С. Если микроклиматические условия не попадают в этот интервал, следует применять ЗУ с функцией термокомпенсации. Для корректной подзарядки АКБ ее следует снять с автомобиля и установить в проветриваемом помещении.
В ситуации, когда регенерация циклами зарядно-разрядных токов не увенчалась успехом, можно применить методику «переполюсовки» (плюс к минусу – минус к плюсу). Ток зарядки – 5% от емкости. Контрольное значение – 12-14В на выводах. Затем следует применить нагрузку (лампочку) для полной разрядки. После этого выполнить полную правильную зарядку (плюс к плюсу – минус к минусу).
Циклический и буферный режимы работы АКБ
Буферный режим работы аккумуляторных батарей является самым «любимым» — батарея находится на постоянной подзарядке и очень редко получает глубокий разряд. В таком режиме аккумулятор прослужит вам максимально долго.
Примером использования аккумулятора в буферном режиме может быть источник бесперебойного питания: когда присутствует сеть, аккумулятор постоянно держит заряд, а в момент, когда сеть пропадает, аккумулятор начинает отдавать накопленную энергию. В компьютерных источниках бесперебойного питания обычно используют аккумуляторы 12 В ёмкостью от 7 до 26 А-ч, это даёт возможность компьютеру проработать от аккумулятора дополнительных 10–15 минут при отключении электричества.
Сфера применения при буферном режиме:
- накопители солнечной энергии
- источники бесперебойного питания (ИБП)
- системы аварийного освещения
- лифты
- пожарные и охранные системы
- контрольно-кассовые аппараты
- аварийные системы
Циклический режим
Циклический режим работы является самым «жёстким» для аккумуляторной батареи. В таком режиме её полностью разряжают, потом ставят на зарядку и снова полностью разряжают. Срок службы в таком случае будет зависеть от глубины разряда аккумулятора.
Большинство свинцово-кислотных аккумуляторов AGM-типа имеют циклический ресурс не более 300 циклов 100% разряда, но уже существуют аккумуляторы нового поколения, циклический ресурс которых составляет 600 циклов 100% разряда.
Циклический и буферный режимы работы АКБ
Буферный режим (плавающий, поддерживающий, standby, float use) — такой режим работы аккумуляторных батарей является самым «мягким», батарея находится на постоянной подзарядке и очень редко получает глубокий разряд.
В таком режиме аккумулятор прослужит вам максимально долго и при этом в любой момент времени будет заряжен и в полной боеготовности.
Самое распространенное применение такого режима используется в Источниках Бесперебойного Питания: если питание по сети исправно — аккумулятор постоянно поддерживает заряд, а при перебоях в сети и в моменты полного пропадания сети — аккумулятор начинает отдавать накопленную энергию.
-
Сфера применения при буферном режиме:
- источники бесперебойного питания (ИБП)
- системы аварийного освещения
- лифты
- пожарные и охранные системы
- контрольно-кассовые аппараты
Циклический режим (cycle use) работы АКБ уже более «жёсткий». В этом режиме её полностью разряжают, потом ставят на зарядку и после заряда снова отправляют в бой.
С каждым таким циклом «заряд-разряд» свойства батареи постепенно деградируют и общий срок службы в таком режиме эксплуатации будет сильно зависеть от глубины разряда аккумулятора. Большинство свинцово-кислотных аккумуляторов AGM-типа имеют циклический ресурс порядка 200 циклов 100% разряда, но если глубина разряда составляет только 30%, то ресурс увеличивается до 1000-1200 циклов.
Есть специальные серии AGM-аккумуляторов, структура которых оптимизирована для циклических нагрузок, и ресурс которых увеличен до 350-400 циклов 100% разряда и 1600-1800 циклов 30% разряда, например CSB EVH/EVX или KIPER EVH