Как выровнять заряд в тяговом аккумуляторе

19

Выравнивание напряжения в банках аккумулятора. Профилактическое обслуживание и зарядка тяговых аккумуляторов

При работе аккумуляторных стеков в буферном или циклическом режиме, а также при расширении подобных систем, возможно неравномерное распределение отдачи электрической энергии, что приводит к более быстрому устареванию АКБ. Как правильно проводить выравнивание заряда аккумулятора читайте в этой статье.

Периодическое выравнивание электрического заряда аккумуляторов в системе – это необходимый процесс, обеспечивающий правильную работу оборудования. Если несколько АКБ связаны в цепь, со временем может произойти разбалансировка – заметное изменение напряжения отдельных батарей. Чтобы этого избежать, рекомендуется раз в полгода осуществлять ребалансировку. Обычно ее проводят, используя повышенное напряжение, на протяжении двадцати четырех часов. Узнать конкретное напряжение можно из спецификации аккумулятора на нашем сайте, посмотреть данные на сайте производителя или уточнить у продавца.

Многоуровневые системы – краткая характеристика и назначение

Системы, использующие несколько аккумуляторных батарей, широко используются в быту и на производстве. Про схемы подлючения аккумуляторов в многоуровневые системы . Здесь же нужно сказать, что они весьма полезны для длительного обеспечения бесперебойным электропитанием котлов отопления, а также для создания «зеленых» систем энергетики, работающих от солнечных батарей и ветро генераторов. Ведь, кроме того, что нужно произвести электричество, его надо еще где-то накапливать и хранить. Именно для этих целей необходимы системы из нескольких аккумуляторных батарей, при помощи которых из 12-вольтовых АКБ можно собрать систему любой емкости и вольтажа.

Как уже было сказано выше, при длительной работе возникают проблемы, связанные с разбалансировкой АКБ, далее мы поговорим об этом подробнее.

Для того чтобы избежать разбалансированности заряда в новых батареях рекомендуется покупать сразу все батареи одного производителя, одинаковой серии, типа и емкости с одинаковой датой выпуска. При нарушении данных правил или расширении системы — выравнивание заряда аккумуляторов нужно производить обязательно!

Если в процессе службы системы бесперебойного питания возникает необходимость расширения по емкости, то самым идеальным вариантом будет подобрать дополнительную батарею исходя из вышеперечисленных требований не более года в разнице по дате выпуска.

Дело в том, что спустя год после работы такой системы в свинцово-кислотных аккумуляторах глубокого разряда могут происходить необратимые процессы и нормальная совместная их работа не гарантирована. Т.е. новая батарея может быть выведена из строя более старыми. При существенном различии в дате производства год и более, послепродажная гарантия производителя на новую батарею может быть потеряна!

Разбалансировка – что это такое и как с ней бороться

Время от времени, во всех системах, использующих АКБ с последовательным, параллельным или смешанным типом подключения возникает разбалансировка заряда. Из-за нее происходит ухудшение работоспособности аккумуляторов, уменьшение емкости и выход из строя отдельных батарей раньше паспортного срока.

Проблема в том, что все АКБ немного отличаются друг от друга, даже если это батареи одной марки. При создании блока АКБ, эти отличия могут усиливаться. Предположим, в системе есть батарея с сопротивлением, немного большим, чем у соседних. Естественно, при зарядке, напряжение на ней будет несколько выше, может даже сработать защита от повышенного напряжения. Во время отдачи электроэнергии напряжение этой батареи будет самым меньшим, как и ее емкость. Все это приводит к тому, что ресурс всей системы будет использоваться не полностью. В результате – деградация и усиление дефекта с течением времени. Слабое звено будет ухудшать производительность всего блока АКБ. Можно, конечно, купить другую батарею, но это не панацея. Что делать если аккумуляторы относительно новые? Да и стоимость не копеечная.

Есть два способа выравнивания заряда аккумуляторов:

1. Пассивный;
2. Активный.

При первом способе используют байпасные цепи, которые распыляют энергию. Эти устройства могут быть вмонтированы в систему ИБП, или находиться в отдельной микросхеме. Чаще всего, этот способ используют в бюджетном оборудовании. Почти вся излишняя электроэнергия от АКБ с превосходящим зарядом преобразуется и рассеивается – в этом заключается основное ограничение пассивного способа. Он уменьшает срок функционирования системы без зарядки.

При активном способе балансировки, для передачи электроэнергии от АКБ с более высоким зарядом к слабым батареям, применяют индуктивность, поэтому, потери не высоки. Благодаря этому, активный способ гораздо более эффективен, нежели пассивный. Но за качество придется все-таки доплачивать, активное оборудование стоит дороже.

Выравнивание заряда АКБ – практика

Система, выравнивающая заряд аккумуляторной батареи необходима для технического обслуживания АКБ с последовательным типом соединения, при зарядке их от единого источника. Аккумуляторы, с последовательным соединением формируют единую цепь или линейку. Их может быть несколько, зависимо от характера системы. Оборудование способно регулировать токи на отдельных батареях в нескольких цепях одновременно.

Система состоит из контроллера, который отвечает за регулирование заряда. Он подключается к общему источнику энергии цепи. Также имеются отдельные датчики, устанавливаемые на аккумуляторе. Это оборудование коммутируется при помощи специального шлейфа.

Батареи в одной цепи должны быть равной емкости, иначе оборудование не справится с задачей балансировки заряда на аккумуляторах. Чем больше разница в емкостных характеристиках, тем больше циклов зарядки и разрядки потребуется для выравнивания заряда аккумуляторных батарей.

Принцип работы балансировщика заряда

Контроллер анализирует напряжение и запускается, если оно увеличивается. Система высчитывает средний показатель и, по специальным шлейфам, берет информацию с каждого отдельного аккумулятора. Если напряжение на АКБ превышает среднее, то контроллер подает команду на компенсацию нагрузки. Если ниже – нагрузка снимается. Эти действия привязаны к циклам зарядки-разрядки, и, с каждым новым кругом, напряжение приводится к средним показателям.

Если показатель общего электрического напряжения не увеличивается на протяжении трех рабочих часов, то контроллер сигнализирует о том, что работа завершена и подает команду на отключение датчиков на АКБ. Но, анализ электрического напряжения не прекращается.

На всех батареях ставят датчик-контроллер напряжения. Лучше всего, это сделать рядом с контактами, потом подключить плюс к плюсу, минус – к минусу. При правильном монтаже датчик мигает. Если сигнала нет – или неправильно подключили, или аккумулятор не исправен. По COM-порту контроллер может выводить информацию по каждой батарее на персональный компьютер.

Кроме того, контроллер сигнализирует при падении, или повышении напряжения на аккумуляторах, ниже 10,5 Вольт и выше 15 Вольт.

Выводы

Выравнивание зарядов аккумуляторов – необходимая техническая мера. Она повышает безопасность использования АКБ и увеличивает срок их службы. Современные контроллеры балансировки АКБ тестируют техническое состояние каждой батареи и дают возможность использовать систему, минимизировав потери. В целом, это полезно из соображений безопасности и гарантирует надежную и бесперебойную работу оборудования.

8.1. Режим постоянного подзаряда.

Все АБ в электрических сетях и подстанциях должны эксплуатироваться в режиме постоянного подзаряда.

Полностью заряженную аккумуляторную батарею нужно включать на шины параллельно с постоянно работающим подзарядным агрегатом. Подзарядный агрегат питает нагрузку постоянного тока и вместе с тем подзаряжает АБ, компенсируя ее саморазряд. Концевые АЭ также должны работать в режиме постоянного подзаряда.

При включении мощной толчковой нагрузки, а также при потере питания подзарядного агрегата со стороны сменного тока аккумуляторная батарея принимает на себя вся погрузка сети постоянного тока.

В аварийных режимах АБ также должна обеспечивать работу необходимого оборудования ЭС или ПС на протяжении не менее 1 ч с необходимым уровнем напряжения расчетного режима.

Для аккумуляторной батареи типа СК напряжение подзаряда должно составлять 2,20 ± 0,05 В на АЭ.

Для аккумуляторных батарей типа СН напряжение подзаряда должно составлять 2,18 ± 0,04 В на АЭ при окружающей температуре не выше 35 °С. Если температура выше, то напряжение должно составлять 2,14 ± 0,04 В.

Для аккумуляторных батарей разных фирм, которые используют основные типы аккумуляторов (Vb VARTA, OPzS, GroE и др.) напряжение подзаряда должно составлять 2,23 ± 0,005 В на АЭ при окружающей температуре 20 °С. Для других типов фирменных АЭ (FIAMM, OGi и др.) напряжение подзаряда должно отвечать требованиям технической документации на конкретный тип АЭ завода-изготовителя, фирмы-поставщика ((2,27± 0,03) В; 2,27 В ± 1 %; 2,23 В ± 1 % и т.п.).

Разброс напряжения на отдельных АЭ в составе АБ в режиме подзаряда не должно превышать плюс 0,1 В/минус 0,05 В от напряжения подзаряда.

Разброс температур электролита должен составлять не более 3°С сравнительно с средней температурой электролита аккумуляторных батарей. Средняя температура АБ не должна превышать температуру окружающего воздуха (среды) на 3 °С.

Подзарядная установка должна обеспечивать стабилизацию напряжения на аккумуляторной батарее с отклонениями, которые не превышают требования, установленные заводом-изготовителем, а для фирменных АБ — не более ± 1 % номинального напряжения (или требований, установленных фирмами-поствщиками).

Необходимые конкретные значения тока и напряжения не могут быть заданы раньше времени. Необходимо установить и поддерживать среднее значение напряжения подзаряда и вести надзор за аккумуляторной батареей. Снижение плотности электролита у большинства аккумуляторов свидетельствует о недостаточности тока подзаряда. При этом, как правило, необходимое напряжение подзаряда составляет 2,25 В для аккумуляторов типа СК и не ниже 2,20 В — для аккумуляторов типа СН.

8.2 Режим заряда.

При условии соблюдения требований эксплуатации, а также в зависимости от состояния АБ, местных условий, наличия соответствующих типов зарядных устройств (агрегатов), наличия времени допускается применение любых известных методов заряда и их модификаций:

1. при постоянной силе тока;
2. при плавно нисходящей силе тока;
3. при постоянном напряжении и др.

Метод заряда устанавливается инструкцией предприятия.

При этом не должно быть условий, при которых для конкретных типов АЭ могут возникнуть недопустимые напряжения и ток заряда, превышение температуры электролита и процессы интенсивного газообразования.
Во время заряда через соответствующие промежутки времени следует измерять и регистрировать необходимые параметры для контроля состояния аккумуляторных батарей.

Заряд при постоянной силе тока необходимо выполнять в одну или две степени.

При двухступенчатом заряде ток первой степени не должен превышать для аккумуляторов типа СК 0,25С10, для аккумуляторов типа СН — 0,2С10, для фирменных аккумуляторов, в зависимости от типа — 0,7С10 (до достижению напряжения 2,40 В на АЭ).

При повышении (достижении) напряжения до 2,30-2,35 В/эл. для обычных и 2,40 В на АЭ для фирменных заряд переводят на вторую степень, ток заряда при этом должен быть не более: для аккумуляторов типа СК — 0,12С10, для аккумуляторов типа СН — 0,05С10 и для фирменных аккумуляторов — 0,35С10 .

При одноступенчатом заряде ток не должен превышать значения, которое равно 0,12С10 для аккумуляторов типов СК и СН и 0,15С10-для фирменных аккумуляторов. Заряд током 0,12С10 аккумуляторов типа СН допускается только после аварийных разрядов.

Заряд ведется до постоянного напряжения и плотности электролита на протяжении 1 ч для аккумуляторов типа СК и на протяжении 2 ч — для аккумуляторов типа СН.

Заряд фирменных аккумуляторов ведется до постоянного напряжения на уровне 2,6-2,8 В/эл. и плотности электролита 1,24 ± 0,010 г/см3 (приведенных к температуре 20 °С) на протяжении 2 ч.

Во время заряда фирменных аккумуляторов методом плавно нисходящей силы тока до достижения напряжения 2,4 В/эл. зарядный ток не ограничивается. При напряжении 2,40 В/эл. ток заряда не должен превышать 0,15С10, а при напряжении 2,65 В/эл. — 0,035С10.

Заряд при постоянном напряжении необходимо проводить в одну или две степени.

Заряд в одну ступень ведется при постоянном напряжении 2,15-2,35 В на АЭ обычных типов СК и СН. При этом начальный ток заряда может превышать значение 0,25С10, но потом он автоматически снижается до уровня 0,05С10.

Заряд фирменных аккумуляторов ведется при постоянном напряжении 2,25-2,30 В/эл., при этом начальный ток заряда составляет (0,1-0,3)С10.

Заряд в две ступени обычных типов ведется на первой ступени током, который не превышает 0,25С10, до напряжения 2,15-2,35 В на АЭ, а потом при постоянном напряжении — от 2,15 до 2,35 В/эл.

Фирменные аккумуляторы на первой ступени заряжаются током (0,1-0,15)С10 до достижения напряжения 2,35 В/эл., а на второй ступени поддерживается постоянное напряжение заряда 2,23 В ± 1 %, при этом ток заряда автоматически постепенно снижается. Заряд заканчивается при достижении на протяжении 2 ч постоянных значений напряжения и плотности электролита на АЭ.

Заряд аккумуляторных батарей с элементным коммутатором необходимо проводить в соответствии с инструкцией предприятия.

Во время заряда напряжение, в конце заряда, может достигать 2,60-2,70 В/эл.; заряд сопровождается сильным «кипением» электролита аккумуляторов, который вызовет повышенный износ электродов и сокращение срока службы, в особенности для фирменных аккумуляторов.

При всех зарядах аккумуляторам должно быть сообщено не менее 115 % емкости от снятой на предшествующем разряде.

Во время заряда необходимо измерять напряжение, температуру и плотность электролита аккумуляторов в соответствии с таблицей 8.

Перед включением, через 10 мин после включения и после окончания заряда перед отключением зарядного агрегата необходимо измерять и записать параметры каждого аккумулятора, а во время заряда — контрольных аккумуляторов. Записываются также ток заряда, емкость возрастающим итогом и дату заряда.

Температура электролита во время заряда аккумуляторов типа СК не должна превышать 40°С. При температуре 40°С зарядный ток должен быть снижен до значения, которое обеспечит указанную температуру.
Температура электролита во время заряда аккумуляторов типа СН не должна превышать 35°С. При температуре более 35°С заряд ведется током, который не превышает 0,05С10, а при температуре более 45 °С — током 0,025С10.

В фирменных аккумуляторах типа Vb VARTA, ОPzS, GrоЕ и т.п. соответственно требованиям ТУ и технической документации во время заряда не допускается повышение температуры электролита более 55 °С.
При заряде аккумуляторов типа СН (а также фирменных аккумуляторов, в которых используют специальные фильтры и накладки с клапанным регулированием) постоянной или плавно нисходящей силой тока необходимо снять вентиляционные фильтр-пробки.

8.3. Уравнительный заряд.

Одинаковый ток подзаряда даже при оптимальном напряжении подзаряда аккумуляторных батарей через разность в саморазряде отдельных аккумуляторов может быть недостаточным для поддержания всех аккумуляторов в полностью заряженном состоянии.

Для приведения всех аккумуляторов типа СК в полностью заряженное состояние и для предотвращение сульфатации электродов необходимо проводить уравнительный заряд напряжением 2,30-2,35 В/эл. до достижения постоянного значения плотности электролита во всех аккумуляторах 1,20-1,21 г/см3 при температуре 20 °С.

Частота проведения уравнительных зарядов аккумуляторов и их продолжительность зависят от состояния АБ. Уравнительный заряд необходимо проводить не реже одного раза в год продолжительностью не менее 6 ч.

На те АБ, где по условиям работы электроустановки напряжение подзаряда может поддерживаться лишь на уровне 2,15 В на АЭ, уравнительный заряд необходимо проводить ежеквартально.

Для фирменных АБ необходимость, периодичность и условия выполнения уравнительных зарядов определяются (согласовываются) соответственно технической документации фирм-поставщиков на конкретные типы аккумуляторов.

При снижении уровня электролита до 20 мм над защитным щитком аккумуляторов типа СН следует долить воду и провести уравнительный заряд для полного перемешивания электролита и приведение всех аккумуляторов в полностью заряженное состояние.

Уравнительный заряд ведется при напряжении 2,25-2,40 В/эл. до достижения постоянного значения плотности электролита во всех аккумуляторах 1,240 ± 0,005 г/см3 при температуре 20°С и его уровня 35-40 мм над предохранительным щитком.

Продолжительность уравнительного заряда ориентировочно составляет:

1. при напряжении 2,25 В — 30 суток;
2. при напряжении 2,40 В — 5 суток.

Если во время контроля напряжения на АЭ отклонение его превышает среднее значение на ± 0,05 В, необходимо дополнительно проконтролировать плотность электролита в этом АЭ (и за необходимости скорректировать ее).

Если аккумуляторная батарея имеет единичные аккумуляторы с сниженным напряжением и сниженной плотностью электролита (отстающие аккумуляторы), то для них проводится дополнительный уравнительный заряд от отдельного выпрямительного устройства.

8.4. Разряд аккумуляторных батарей.

АБ, которые работают в режиме постоянного подзаряда, в нормальных условиях практически не разряжаются. Они разряжаются только в случае неисправности или отключения подзарядного устройства, в аварийных условиях или во время проведения контрольных разрядов.

Отдельные аккумуляторы или группы аккумуляторов подлежат разряду во время проведения ремонтных работ или устранение неполадок.

Для аккумуляторной батареи на ПС расчетная продолжительность аварийного разряда устанавливается не менее 1 ч. Чтобы обеспечить указанную продолжительность, разрядный ток не должен превышать значений 18,50 х № А и 25 х № А соответственно.

Для фирменных АБ расчетный разрядный ток определяется соответственно технической документации на конкретный тип АЭ.

При разряде АБ токами, меньшими 10-часового режима разряда, не допускается определять окончания разряда только по напряжению. Конец разряда определяется по таким условиям:

1. снижение плотности электролита до значения 1,15 г/см3 (на 0,03-0,06 г/см3 сравнительно с плотностью электролита в начале разряда);
2. снижение напряжения до 1,80 В;
3. снятие емкости после 10-часового режима.

8.5. Контрольный разряд.

Контрольные разряды одного наиболее отстающего АЭ или проверку работоспособности АБ толчковым током нужно выполнять по утвержденной в установленном порядке программой.

Контрольные разряды необходимо выполнять для определения фактической емкости АБ и проводить 10-часовым или 3-часовым режимом разряда.

Значение тока разряда каждый раз должно быть одинаковым, но не выше максимально допустимого для конкретного типа аккумуляторной батареи.

Для АБ (АЭ), которые используются в отрасли, конечное напряжение контрольных разрядов составляет 1,80 В/эл. во время разрядов 10-, 5-, трехчасовым током разряда и 1,75 В/эл. — во время разрядов одночасовым и 0,5-часовым током разряда.

Фирменные аккумуляторы допускают более глубокие разряды по конечным напряжениям, однако с целью унификации требований на период освоения и приобретения эксплуатационного опыта, конечное напряжение 10-часового контрольного разряда устанавливается 1,80 В/эл.

На ПС контрольные разряды проводятся при необходимости. В тех случаях, если число аккумуляторов недостаточное для обеспечения напряжения на шинах в конце разряда в заданных границах, допускается проводить разряд части основных аккумуляторов.

Контрольные разряды фирменных аккумуляторных батарей типа Vb VARTA, OPzS и т.п. выполняются соответственно требованиям технической документации (ТУ) фирм-поставщиков, но не реже одного раза в пять лет. При выявлении тенденции к снижению фактической емкости АБ ниже номинальной контрольные разряды допускается выполнять каждые шесть месяцев.

Перед контрольным разрядом необходимо провести уравнительный заряд аккумуляторных батарей.

Результаты измерений контрольного разряда необходимо сравнить с результатами измерений предшествующих разрядов. Для более правильной оценки состояния АБ необходимо, чтобы все контрольные разряды данной аккумуляторной батареи велись в том же самом режиме и заносились в журнал АБ.

Перед началом разряда необходимо фиксировать дату разряда, напряжение, плотность электролита каждого аккумулятора и температуру в двух-трех контрольных аккумуляторах.

Во время разряда на контрольных и отстающих аккумуляторах следует измерять напряжение, температуру и плотность электролита в соответствии с таблицей 9.

На протяжении последнего часа разряда напряжение аккумуляторов нужно измерять через каждые 15 мин.

Контрольный разряд необходимо проводить к напряжению 1,8 В хотя бы на одном аккумуляторе. Для некоторых типов фирменных аккумуляторных батарей в инструкциях предприятия может быть установлено, что контрольный разряд следует прекратить после достижения на выводах полюсов АБ конечного напряжения разряда n х 1,8 В или после завершения соответствующего времени (10 ч).

В конце разряда нужно отобрать пробы электролита из контрольных аккумуляторов для химического анализа и проверки содержимого примесей в соответствии с ГОСТ 667—73, ГОСТ 6709—72, ПУЭ или в соответствии с требованиями фирм-поставщиков.

После первого года эксплуатации АБ типа СК, СН анализ электролита необходимо выполнить из всех АЭ.

В конце разряда на все АЭ следует измерить и записать напряжение, температуру и плотность электролита, а также напряжение между полюсами аккумуляторных батарей и между полюсами АБ и «землей».
Если средняя температура электролита во время разряда будет отличаться от 20 °С, то полученную фактическую емкость необходимо привести к емкости при температуре 20 °С по формуле:

С20 = СФ/1+ α(t-20), где

С20 — емкость, приведенная к температуре 20°С, А х час;
СФ — емкость, фактически отданная во время разряда, А х час;
α — температурный коэффициент, в соответствии с таблицей 10;
t — средняя температура электролита во время разряда, °С.

8.6. Доливка аккумуляторов.

Электроды в АЭ всегда должны быть полностью утопленными в электролит.

Уровень электролита в аккумуляторах типа СК необходимо поддерживать на 10-15 мм выше верхнего края электродов. При снижении уровня электролита нужно доливать аккумуляторы дистиллированной водой, проверенной на отсутствие содержимого хлора и железа. Допускается использование парового конденсата в соответствии с ГОСТ 6709—72. Вода может подаваться в придонную часть бака через трубку или в верхнюю его часть. В последнем случае рекомендуется провести подзаряд батареи с «кипением» для выравнивания плотности электролита.

Доливать аккумуляторы с плотностью электролита ниже 1,20 г/см3 электролитом плотностью 1,18 г/см3 можно только при выявлении причин снижения плотности.

Уровень электролита в аккумуляторах типа СН должен быть в границах от 20 до 40 мм над предохранительным щитком. Если доливка происходит при снижении уровня до минимальной границы, необходимо провести уравнительный заряд.

В нормальных условиях эксплуатации некоторые аккумуляторы (типа «Монолит», SMG и др.), в особенности с клапанным регулированием (типа VRLA и др.), не нуждаются в доливке электролита на протяжении всего срока службы. Для некоторых типов аккумуляторов (фирмы VARTA и др.) интервалы доливки могут составлять более трех лет.

Необходимо иметь в виду, что наиболее часто при нижнем уровне электролита плотность электролита повышается, поэтому следует доливать дистиллированную воду соответствующего качества (ГОСТ 6709—72). Доливать воду необходимо не позднее, чем уровень электролита снизится к отметке нижнего допустимого уровня. В фирменные аккумуляторы электролит доливается до уровня, который находится на 5-10 мм ниже нанесенного максимально допустимого уровня «макс».

Для достижения однородности электролита необходимо выполнить уравнительный заряд.

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 разряде через пластины проходит электрический ток, и пластины покрываются серным окислом (сульфатом) свинца. Сульфат свинца оседает на пластинах в виде пористого налета.
• При заряде идет обратная реакция восстановления активного вещества, на отрицательных пластинах накапливается чистый свинец, а на положительных – пористая масса окиси свинца.

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:

• Сульфатация пластин;
• Коррозия пластин и осыпание активной массы;
• Испарение электролита или так называемое «высыхание» аккумулятора;
• Стратификация электролита (характерно только для наливных АКБ).

Сульфатация пластин

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:

• длительное хранение в разряженном состоянии;
• хронический недозаряд аккумулятора в циклическом режиме (необходим 100% заряд не реже чем раз в месяц);
• экстремально глубокий разряд аккумулятора.

Сульфатация пластин может быть частично устранена специальными режимами заряда АКБ.

Коррозия и осыпание активного вещества

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:

• заряд слишком высоким напряжением;
• заряд недостаточным током – то есть долгое нахождение под высоким напряжением в фазе наполнения;
• слишком долгое нахождение в фазе абсорбции («перезаряд»);
• заряд аккумулятора слишком большим током;
• ускоренный разряд аккумулятора слишком большим током.

Осыпание (сползание) активной массы электролита – необратимое явление. Самое опасное последствие сползания активной массы – замыкание пластин.

Испарение электролита

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»:

• эксплуатация при высокой температуре окружающей среды;
• заряд слишком большим током или напряжением;
• слишком высокое напряжение поддерживающего заряда — «перезаряд» аккумулятора.

Испарение электролита – необратимое явление для гелевых и AGM аккумуляторов. Основная причина высыхания, особенно для AGM – «перезаряд» аккумуляторов.

Терморазгон и термический пробой 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:

• прерывистый или «пульсирующий» заряд из-за нестабильного внешнего источника энергии или некачественного зарядного устройства;
• слишком долгое нахождение в фазе абсорбции – «перезаряд»;
• плохой теплоотвод или повышенная температура окружающей среды.

Специфика разрушающих процессов в цепочке АКБ

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.

Активное выравнивание заряда аккумуляторов

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:

• для батареи номиналом 24В требуется один балансир заряда на цепочку (схема1).
• для батареи номиналом 48В требуется три балансира заряда на цепочку (схема 2).

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.

Эффект применения балансира заряда :

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

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).

• Провести внешний осмотр аккумулятора. Верхняя поверхность аккумулятора и клеммные соединения должны быть чистыми и сухими, не содержать загрязнений и коррозии.
• Если на верхней поверхности / наливных аккумуляторов есть жидкость, это может означать избыток залитой жидкости. Если жидкость имеется на поверхности гелевого или AGM аккумулятора, это означает избыточный заряд аккумулятора, и его рабочие характеристики и срок службы снизятся.
• Проверьте аккумуляторные кабели и подключения. Замените поврежденные кабели. Затяните ослабленные подключения.

Очистка

• Убедитесь, что все защитные колпачки надежно закреплены на аккумуляторе.
• Очистите верхнюю поверхность аккумулятора, клеммы и соединения при помощи ветоши или щетки и раствора пищевой соды и воды. Запрещается допускать попадание чистящего раствора внутрь аккумулятора.
• Ополосните водой и высушите чистой ветошью.
• Нанесите тонкий слой технического вазелина или средства для защиты клемм, которое можно приобрести у местного поставщика аккумуляторов.
• Содержите территорию вокруг аккумуляторов в чистоте и сухости.

Долив воды (ТОЛЬКО аккумуляторы с жидким электролитом)

В гелевые или AGM-аккумуляторы запрещается доливать воду, поскольку они не теряют ее в ходе эксплуатации. В / наливные аккумуляторы воду требуется добавлять периодически. Частота долива зависит от характера использования аккумулятора и температуры эксплуатации. Новые аккумуляторы следует проверять каждые несколько недель , чтобы определить частоту долива воды в конкретной сфере применения. Аккумуляторам обычно требуется более частый долив по мере их старения.

• Полностью зарядить аккумулятор перед доливом воды. Добавлять воду в разряженные или частично заряженные аккумуляторы можно только в том случае, если видны пластины. В этом случае долейте ровно столько воды, сколько требуется, чтобы закрыть пластины, а затем зарядите аккумулятор и продолжите процесс долива воды, описанный ниже.
• Снимите защитные колпачки и переверните их, чтобы грязь не попала на внутреннюю поверхность. Проверьте уровень электролита.
• Если уровень электролита значительно выше пластин, то воду доливать не обязательно.
• Если уровень электролита едва закрывает пластины, долейте дистиллированную или деионизированную воду до уровня на 3 мм ниже вентиляционной скважины.
• После долива воды установите защитные колпачки назад на аккумулятор.
• Воду из-под крана можно использовать в том случае, если уровень ее загрязнения находится в допустимых пределах.

Заряд и уравнительный заряд

Заряд

Правильный заряд чрезвычайно важен для максимально эффективной эксплуатации аккумулятора. Как недостаточный, так и избыточный заряд аккумулятора может существенно сократить срок его службы. Для правильного заряда смотрите инструкции, прилагающиеся к оборудованию. Большинство зарядных устройств -автоматические и заранее запрограммированные. В некоторых зарядных устройствах пользователь может устанавливать значения напряжения и силы тока. Смотрите рекомендации по заряду в Таблице.

• Удостоверьтесь в том, что зарядное устройство установлено на нужную программу для аккумуляторов с жидким электролитом, гелевых или AGM-аккумуляторов, в зависимости от вида используемого аккумулятора.
• После каждого использования аккумулятор должен быть полностью заряжен.
• Свинцово-кислотные аккумуляторы (с жидким электролитом, гелевые и AGM) не обладают эффектом запоминания, а потому им не требуется полной разрядки перед повторной зарядкой.
• Проводить заряд следует только в хорошо проветриваемых помещениях.
• Перед началом заряда проверьте уровень электролита, чтобы убедиться, что пластины закрыты водой (только для аккумуляторов с жидким электролитом).
• Перед началом заряда удостоверьтесь, что все защитные колпачки надежно закреплены на аккумуляторе.
• Аккумуляторы с жидким электролитом будут выделять газ (пузырьки) перед окончанием процесса зарядки, что обеспечит правильное смешивание электролита.
• Запрещается заряжать замерзший аккумулятор.
• Необходимо избегать проведения заряда при температуре свыше 49°C.

Схема 4 и 5

Уравнительный заряд (ТОЛЬКО для аккумуляторов с жидким электролитом)

Уравнительный заряд представляет собой избыточный заряд аккумулятора, выполняемый на аккумуляторах с жидким электролитом после их полного заряда. Компания Trojan рекомендует проводить уравнительный заряд только в том случае, если у аккумуляторов низкая удельная плотность, менее 1.250, или удельная плотность колеблется в широком диапазоне, 0.030, после полного заряда аккумулятора. Не следует проводить уравнительный заряд GEL или AGM аккумуляторов.

• Необходимо удостовериться, что аккумулятор является аккумулятором с жидким электролитом.
• Перед началом заряда проверить уровень электролита и убедиться, что пластины закрыты водой.
• Удостовериться, что все защитные колпачки плотно закреплены на аккумуляторе.
• Установить зарядное устройство в режим уравнительного заряда.
• В процессе уравнительного заряда в аккумуляторах будет выделяться газ (будут всплывать пузырьки).
• Измеряйте удельную плотность каждый час. Прекратить уравнительный заряд следует тогда, когда удельная плотность прекратит расти.

ВНИМАНИЕ! Запрещается проводить уравнительный заряд на гелевых или AGM-аккумуляторах.

В качестве примера рассмотрена классическая батарея немецкого концерна Hawker Gmbh — Perfect Plus. Ничего сложного в уходе за батареей нет. Необходимо лишь четко по инструкции и в определенные сроки производить ряд операций, которые позволят максимально долго работать приобретенной Вами батарее, а значит, — сэкономит Ваши средства.

Особые свойства свинцовых батарей:

Емкость 5-ти часовая, т.е. номинальная емкость может быть получена при разряде постоянным током в течение 5 часов до установленного конечного напряжения разряда 1,7 В/элемент при исходной температуре ЗО С.

Напряжение Номинальное напряжение одного аккумулятора составляет 2 В. Нормы номинального напряжения тяговых батарей: 24 В, 48 В, 72В, 80 В.

Рабочее напряжение одной тяговой батарей зависит от величины тока разряда, степени разряда и температуры. Установленное конечное напряжение разряда при 5-ти часовом разряде составляет 1,7 В/элемент.

Плотность электролита в полностью заряженном состоянии, при температуре ЗО С составляет 1,29 кг/л.

Стойкость и срок службы батарей. Под стойкостью понимается результат длительного испытания в лабораторных условиях, при которых батарея подвергается циклам заряд-разряд по точно определенной программе. Следует получить как минимум такое количество циклов, которое не приведет к снижению емкости ниже 80% от ее номинальной величины. Соответствующая методика изложена в DIN 43539, часть 3.

Действительный срок службы может быть больше или меньше чем стойкость, так как многочисленные факторы воздействия при эксплуатации ведут к нагрузкам, отличным от нагрузок в лабораторных условиях.

Факторы воздействия, ведущие к увеличению срока службы батареи:

безупречные уход и обслуживание

нормальные рабочие температуры (от 20 С до 40 С)

безупречные зарядные устройства

избегать глубоких разрядов

своевременное устранение неисправностей

Воздействия, ведущие к сокращению срока службы:

частые глубокие разряды, т.е. снятие более 80% номинальной емкости

повышенные рабочие температуры (> 40 С) в течение длительного времени

заряд недопустимо высоким током после достижения напряжения газообразования (2,4 В/элемент)

нахождение батареи в разряженном состоянии

наличие примеси, попавшей в электролит (например воды для долива, не соответствующей требованиям)

перегрузка или короткое замыкание

Обслуживание и уход за тяговыми батареями Общие правила эксплуатации:

Никогда не оставлять батарею в разряженном состоянии, а сразу провести повторный заряд.

Для достижения оптимального срока службы избегать разрядов более80% номинальной емкости; при этом плотность электролита не должна быть ниже 1,13 кг/л (300С).

Во избежание глубоких разрядов необходимо следить за разрядом аккумуляторов транспортных средств.

Рабочая температура должна соответствовать 20 С – 40 С.

Во избежание повреждений батареи нельзя превышать максимально допустимую температуру электролита 55 С.

Перед зарядом и при промежуточных зарядах необходимо обязательно снять или открыть крышку контейнера или закрывающее устройство батареи. Закрыть не ранее чем через 1/2 часа после окончания заряда.

Зарядные устройства должны соответствовать емкости батареи и требуемому времени заряда.

Для долива используется только дистиллированная вода согласно DIN 43530 часть 4, не следует доливать кислоту или применять добавки.

Заряд батареи (ежедневные работы):

Необходимо отключить батарею путем отсоединения штекера от розетки. удалить крышку батареи. При этом пробки остаются закрытыми.

Проверить уровень электролита на отметке «мин».

После этого необходимо измерить температуру электролита. При превышении 45 С — охладить.

Подключить штекер. При необходимости соединить систему перемешивания электролита (для штекеров без интегрированной системы вывода воздуха).

Включить зарядное устройство или проверить, включено ли устройство.

Начать процесс зарядки батареи.

После зарядки отключить зарядное устройство или проверить, отключено ли устройство, затем отсоединить батарею от зарядного устройства. При необходимости проверить конечные результаты.

При недостаточном заряде или после глубокого заряда провести уравнительный заряд.

Очистка (ежедневные работы):

Грязь и пыль, которые скапливаются на поверхности элементов во время работы, необходимо удалять в зависимости от потребностей и от эксплуатации батареи (ветошь, влажный пар от 100 С до 150 С, с помощью шланга с насадкой).

Долив воды (еженедельные работы):

Необходимо также вести контроль уровня электролита. По крайней мере, один раз в неделю. В том случае, если нет автоматического долива, сделать долив очищенной воды согласно DIN 43530 часть 4 в конце заряда.

После заряда необходимо проверить уровень электролита во всех элементах и дополнить его дистиллированной водой.

Необходимо также один раз в неделю проводить уравнительный заряд.

Напряжение, плотность и температура (ежемесячные работы):

Один раз в месяц необходимо провести работу по проверке всех элементов на равномерность выделения газа.

После окончания заряда или уравнительного заряда следует измерить плотность кислоты и температуру и выборочно внести в технологическую карту батареи отклонения от нормативных величин.

Если были установлены существенные различия между элементами, то такие элементы необходимо исследовать отдельно.

Также необходимо измерить напряжение, плотность и температуру элементов.

Работы, выполняемые каждое полугодие и каждый год: .

проверить правильность функционирования зарядного устройства, в первую очередь ток заряда в начале газовыделения (2,4 В/элемент) и в конце заряда.

проверить штекер и штекерное устройство.

исправить небольшие повреждения изоляции контейнера (нанесенный слой) сразу после удаления или нейтрализации следов кислоты (соблюдать рекомендации изготовителя).

следует измерить сопротивление изоляции батарей по отношению к массе в соответствии с DIN 43539 часть 1 при разомкнутой внешней электрической цепи.

измерить сопротивление изоляции: 50 Ом на каждый Вольт номинального напряжения.

почистить батарею при плохом со противлении изоляции.

В случае, если в течение длительного периода не планируется эксплуатация батарей, их хранение должно производиться в полностью заряженном состоянии в сухом помещении при температуре выше 0 С.

Для поддержания эксплутационной готовности батареи следует использовать следующие зарядные режимы:

Ежемесячный уравнительный заряд

Поддерживающий заряд при зарядном напряжении 2,23 В х количество элементов (30 С)

Как избежать повреждений и несчастных случаев?

Во избежание повреждений, коротких замыканий, искр, не класть металлические предметы и инструменты на батареи.

Транспортировать батареи только посредством соответствующих подъемных устройствах (согласно VDE 3616).

При работе с батареями следует соблюдать соответствующие правила техники безопасности, а также DIN VDE 0510 и VDE 0105 часть 1.

Срок хранения

Следует учитывать влияние срока хранения на срок службы батареи. Следует помнить, что правильно выбранные подъемные устройства препятствуют деформированию корпуса батареи и защищают таким образом покрытие контейнера. Подъемные устройства должны соответствовать геометрии батареи.

Речь идет о батареях, которые эксплуатируются в зонах повышенной взрывоопасности. Крышки корпуса батареи во время заряда и последующего отвода газов должны быть открыты с тем, чтобы образующаяся взрывоопасная газовая смесь при достаточной вентиляции потеряла свою способность к возгоранию.

Как заряжать тяговые аккумуляторы

Зарядные устройства используют разные технологии и алгоритмы, отличаются мощностью и размерами, но имеют общий принцип работы — аккумуляторы заряжаются потому, что напряжение на выходе с зарядного устройства выше, чем напряжение на клеммах аккумулятора. Разница напряжений заставляет ток течь от источника (зарядного устройства) к нагрузке (аккумуляторной батарее).

АКБ стартовые и глубокого разряда

Чтобы зарядить 12-вольтовую аккумуляторную батарею зарядное устройство должно обеспечить напряжение не менее 14 вольт. Однако если напряжение превысит 15 вольт, то аккумулятор перегреется, в нем начнется газообразование, испарение электролита и деформация пластин.

Так выглядят ячейки различных свинцово-кислотных аккумуляторов — жидко-кислотного, AGM и гелевого

Аккумуляторы заряжаются и разряжаются благодаря диффузии – процессу проникновения ионов в активный материал пластин. Диффузия протекает медленно, начинается на поверхности пластины, а затем распространяется вглубь ее активного материала. Во время разряда пластины тягового аккумулятора поглощают кислоту из электролита и на них образуется сульфат свинца. Количество электролита в ячейке остается прежним, однако содержание кислоты в нем уменьшается.

При зарядке процесс идет в обратном направлении. Кислота выделяется на обеих пластинах — положительная превращается в оксид свинца, а отрицательная в пористый, похожий на губку свинец. После того, как аккумулятор зарядится, получаемая им электрическая энергия перестает трансформироваться в химическую, а тратится на разложение воды на водород и кислород.

У аккумуляторов глубокого разряда (тяговых) толстые пластины. Именно благодаря толстым пластинам и плотному активному материалу в решетках, тяговые аккумуляторы и держат заряд на протяжении длительного времени. Чтобы диффузия произошла не только на поверхности, но и распространилась вглубь толстых пластин, тяговые аккумуляторы заряжают в несколько стадий. Эта общепринятая в настоящее время технология заряда основана на способности батарей абсорбировать разный по силе ток в зависимости от состояния заряда.

Стадия насыщения

Кривые изменения тока и напряжения при зарядке тяговых аккумуляторов в три стадии

Первый этап трехступенчатой зарядки – фаза насыщения. Аккумулятор заряжается быстро, выходной ток зарядного устройства максимальный, а напряжение на аккумуляторе зависит от степени разряда батареи. Продолжительность этапа насыщения определяется отношением емкости, которую требуется восстановить, к току зарядки.

Ток заряда во время первого этапа составляет 10 – 100 % от емкости аккумулятора и зависит от типа аккумуляторной батареи. Тяговый аккумулятор воспринимает такой ток до тех пор, пока не достигнет первого контрольного напряжения зарядки и не зарядится до 80% емкости. После этого, его способность усваивать ток резко уменьшается. Это первое контрольное напряжение называется напряжением абсорбции, а следующий этап зарядки – фазой абсорбции.

Для аккумуляторных батарей емкостью 200 Ач и более используйте такие зарядные устройства:

Зарядка аккумуляторов глубокого разряда

Разработка электрической системы на катере или яхте состоит из нескольких этапов. Необходимо выбрать правильный тип аккумуляторов, рассчитать их емкость и определить мощность генератора для зарядки аккумуляторной батареи. Однако ни один из этих шагов не принесет успеха, если напряжение генератора не будет соответствовать требованиям бортовой электрической системы.

Аналогия с баком для воды

Понять процессы заряда и разряда аккумулятора помогает сравнение его пластин с баком для воды.

Аналогия с баком для воды, в который подключенный насос закачивает воду, помогает понять процесс зарядки аккумулятора глубокого разряда

Представим закрытый бак внутри которого от верхней крышки до дна установлено несколько сплошных перегородок. В нижней части каждой перегородки расположена полупроницаемая мембрана. К резервуару подсоединен насос, который закачивает в него воду.

Постепенно вода заполняет первую секцию бака. Через некоторое время давление воздуха в отсеке повышается, первая мембрана срабатывает и пропускает воду во второе отделение. Вода заполняет второй отсек, но давление в нем остается меньше, чем в первом. Если насос продолжает работу, то давление воды в первом и втором отсеках возрастает до тех пор, пока не откроется второй клапан, и вода не попадет в третью секцию.

Зарядка аккумулятора напоминает заполнение бака водой. Зарядный ток в первую очередь поглощается поверхностью пластин. Напряжение в поверхностных зонах возрастает и возникающая между наружными и внутренними областями разность потенциалов заставляет ток течь вглубь пластины.

Переключатель давления

Генератор автомобильного типа уменьшает выходной ток сразу после того, как аккумулятор глубокого разряда зарядится до 50% емкости

Предположим, что в насосе, качающем воду в бак, установлено реле, которое выключает насос, если давлении в баке достигает 14 атм. Когда давление в первом отсеке бака повысится до этого уровня, насос выключится, но из-за разности давлений между различными частями бака вода продолжит просачиваться через мембраны в отдаленные секции резервуара. Из-за этого через некоторое время давление в первом отсеке понизится и регулятор включит насос, который вновь поднимет давление до заданного уровня. Этот процесс продолжается до тех пор, пока давление во всем баке не выровняется и не достигнет 14 атмосфер. После этого насос выключится надолго. Но он включится снова, когда из бака выйдет часть воды и давление в резервуаре упадет.

Генераторы и зарядные устройства работают по похожему принципу благодаря регуляторам напряжения. Если регулятор выставлен на 14 вольт, генератор отключится, когда напряжение на поверхности аккумуляторных пластин повысится до этого значения. Но даже после того, как генератор отключился, разность напряжений между поверхностью пластин и их внутренними областями заставляет зарядный ток проникать внутрь пластин. Напряжение на поверхности пластины снижается и регулятор снова включает генератор, который повышает напряжение до установленного значения. Если времени достаточно, процесс продолжается до тех пор, пока аккумулятор полностью не зарядится и напряжение по всей толщине пластины не достигнет 14 вольт. После этого регулятор отключает устройство зарядки. Как только подключенное оборудование разрядит аккумулятор и поверхностное напряжение на пластинах понизится регулятор включит генератор вновь.

Допустимый ток зарядки

Самая высокая разность давлений между отсеками в баке возникает, когда в нем заполнена только первая секция. В этот момент вода течет через мембраны быстрее всего. По мере того, как давление во внутренних областях бака растет, разность давлений между отделениями снижается, и скорость заполнения отсеков уменьшается.

Похожим образом выглядит процесс зарядки аккумулятора. У разряженной батареи внутри пластин низкое напряжение. Сразу после включения генератор повышает напряжение на поверхности пластин, разность потенциалов по толщине пластины возрастает до максимального значения и скорость приема заряда внутренними областями пластины также становится максимальной. Внутренние области пластин поглощают заряд, разница напряжений уменьшается и скорость зарядки замедляется.

В примере с баком воды, первый отсек резервуара похож на участок аккумуляторной пластины, непосредственно соприкасающийся с электролитом. Внутренние секции бака – на внутренним части аккумуляторных пластин.

В стартовом аккумуляторе много тонких пластин, общая площадью поверхности которых велика. Такой аккумулятор похож на бак в котором первое отделение занимает большую часть объема. Стартовый аккумулятор допускает относительно высокий зарядный ток и заряжается очень быстро. В аккумуляторе глубокого разряда с жидким электролитом пластин меньше, но они толще. Аналог этого аккумулятора – бак с маленьким первым отделением и большими внутренними отсеками. Во время зарядки первая секция бака заполняется быстро (поверхности пластин заряжаются), после этого скорость приема заряда замедляется. Требуется время, чтобы заряд проник во внутренние области пластин. Еще больше времени необходимо, чтобы разряженный тяговый аккумулятор зарядить на 100%.

Неравномерность зарядки аккумулятора иллюстрирует следующий факт. 90% заряда можно восстановить в течении 60% времени зарядки. На десять оставшихся процентов емкости расходуется 40% времени.

Сульфатация

Сульфатация аккумуляторных пластин в зависимости от количества циклов заряда-разряда аккумулятора

Вода, выкачиваемая из резервуара, в сначала выходит из его первого отсека. Если бак сразу наполнить вновь, уровень воды во внутренних секциях почти не изменится и время заполнения окажется не большим. Но если оставить бак с полупустым первым отсеком на долго, вода из внутренних отделений перетечет в первую секцию и, чтобы заполнить бак целиком, понадобится больше времени.

При разряде аккумулятора ток в первую очередь поступает с поверхности пластин. Если аккумулятор зарядить сразу, внутренние области пластин не успеют разрядится, и перезарядка не займет много времени. Но если аккумулятор оставить в частично разряженном состоянии, напряжение по толщине пластин выровняется и внутренние области окажутся разряженными. Время зарядки возрастет, но если ее не выполнить полностью пластины аккумулятора станут уязвимы для сульфатации.

Ток зарядки

Если к небольшому баку подключить мощный насос, он быстро заполнит первое отделение резервуара. Как только это произойдет, бак перестанет наполнятся с прежней скоростью и насос уменьшит расход перекачиваемой воды. Если к этому моменту вода не успела распространится по внутренним отделениям, то возникнет ситуация, когда давление, измеренное в первом отделении полупустого бака окажется равным давлению полностью заполненного резервуара.

Но если к большому баку подсоединить насос с маленьким расходом, скорость, с которой вода проникает во внутренние отсеки окажется примерно равной расходу насоса. Значит в момент, когда давление в баке достигнет заданного значения насос заполнит бак полностью.

Аналогия сохраняется, если мощный генератор подключен к аккумуляторной батарее не большой емкости. Такой генератор быстро поднимет поверхностное напряжение на пластинах аккумулятора, регулятор напряжения уменьшит выходной ток, и большая часть мощности генератора окажется не востребованной.

К тому моменту, когда ток зарядки начнет уменьшаться внутренние области пластин могут быть по-прежнему разряженными, хотя напряжение аккумулятора будет соответствовать напряжению полностью заряженной батареи.

В этой ситуации предпочтительнее генератор меньшей мощности. Он полнее зарядит аккумуляторную батарею, поскольку скорость распространения заряда будет соответствовать выходу генератора и регулятор напряжения не уменьшит ток до тех пор, пока аккумулятор не зарядится полностью.

Насыщение и абсорбция

Закачивать воду в пустой бак можно с любой скоростью. Единственное ограничение в этом случае – расход насоса. Однако после того как первое отделение резервуара заполнилось и давление в нем достигло установленного значения, переключатель многократно включает и выключает насос, чтобы поддержать это давление на нужном уровне. время наполнения бака в этот момент зависит от скорости перетекания воды во внутренние отделения резервуара.

Чем больше наполняются водой дальние отсеки бака, тем больше снижается скорость протекания воды через мембраны. Из-за этого насос находится в выключенном состоянии все дольше и дольше, а расход перекачиваемой им воды постоянно уменьшается.

Настройки регулятора

Автомобильный аккумулятор с тонкими пластинами редко разряжается больше, чем на несколько процентов от своей емкости. После запуска двигателя заряд аккумулятора сразу же восстанавливается и внутренние области пластин не успевают разрядится. Но двигатель и генератор работают намного дольше, чем требуется для зарядки, и, чтобы не повредить аккумулятор напряжение регулятора устанавливают относительно низким.

Левый график. Зависимость тока поглощаемого аккумулятором от напряжения зарядки при разном уровне заряда аккумулятора. К тяговому аккумулятору емкостью 100 Ач, подключено зарядное устройство мощностью 180 А. Правый график. Ток поглощаемый аккумулятором емкостью 100 Ач во время зарядки при различном напряжении. Чем выше напряжение зарядки, тем больше энергии сохраняет аккумулятор и дольше работает подключенный к нему инвертер. Источник — Sterling Power

Аккумуляторы глубокого разряда с толстыми пластинами разряжаются в течении нескольких часов или дней. За это время напряжение по толщине пластин выравниваться, а ток поступает как с поверхности, так и с внутренних областей пластин. Однако в этом случае двигатель и генератор работают намного меньше, чем требуется для восстановления полного заряда тягового аккумулятора.

Если регулятор напряжения установлен на 14,0 вольт, рост напряжения на поверхности аккумуляторных пластин приведет к тому, что выходной ток генератора снизится сразу после того, как аккумулятор зарядится на 50%. Такое поведение регулятора не защищает аккумулятор, но значительно увеличивает продолжительность зарядки.

Поскольку правильно подобранная батарея аккумуляторов глубокого разряда эксплуатируется в интервале от 50% до 80% емкости, регулятор напряжения автомобильного типа сокращает ток зарядки в самой важной области работы аккумуляторной батареи. И если для зарядки аккумуляторов используется двигатель, работающий на низких оборотах, он никогда не зарядит аккумуляторы глубокого разряда полностью, даже если непрерывно проработает много часов. В результате многие аккумуляторы регулярно недозаряжаются, страдают от сульфатации и раньше времени выходят из строя.

Время зарядки можно сократить, подняв напряжение регулятора. Однако если повышенное напряжение безопасно при уровне заряда в 50 — 80% от емкости, аккумуляторы перезарядятся во время продолжительной работы двигателя. Перезарядка приведет к потере электролита в жидко-кислотных аккумуляторах, высыханию и разрушение гелевых и AGM ячеек. Решетки положительных пластин разрушатся во всех типах аккумуляторов.

Таким образом возникает следующая проблема. Тяговые аккумуляторы разряжаются до 50% и больше, но время их зарядки часто ограничено. Значит нужны устройства быстрой зарядки в которых будет более высокое напряжение регулятора чем в автомобилях. В противном случае аккумуляторы будут недорзаряжаться, разовьется сульфатация и емкость аккумулятора уменьшится. Однако при высоком напряжении регулятора и длительной работе двигателя наступит перезарядка, газообразование и повреждение пластин.

Задайте вопрос,

и получите консультацию по электрооборудованию для катера, яхты, автодома или кемпера

Эксплуатация и обслуживание акб Trojan

Ключевые моменты в эксплуатации тяговых батарей, влияющие на срок службы. Составлена из материалов официальной инструкции по эксплуатации батарей Trojan от завода изготовителя, и не может служить ее заменителем. Этот материал только для батарей с жидким электролитом.

• Перед началом эксплуатации проверить уровень электролита
• Проверять уровень раз в две недели, а в жарком климате раз в неделю
• Доливать дистиллированную воду только после заряда АКБ
• После разряда — сразу (а не через день-неделю-месяц) зарядить
• Все эти действия проводить в перчатках и очках — авось не брызнет кислотой обойдется ожогом.
• Заряд проводить в проветриваемом помещении и не курить рядом, — водород опасный газ. Все! Тогда батарея прослужит заявленный срок!

Мы знаем, что никто не будет читать руководство по эксплуатации, пока не сломается. Поэтому приводим реальную ситуацию на примере которой показываем как избежать ошибок в обслуживании и методы восстановления «запущенной» батареи.

Инструкция по работе и восстановлению тяговых батарей Trojan с жидким электролитом.

Действие первое. Измерение простым тестором напряжения батареи. Напряжение = 7.67 Вольта.

По таблице определяем степень разряда 90% от номинальной емкости. Это соответствует состоянию глубокого разряда, и логичным ходом было бы сразу поставить АКБ на заряд.
Но не торопитесь, есть инструкция по эксплуатации и она гласит:

Действие второе. Проверить уровень электролита во всех элементах.

Для этой не сложной, но нужной процедуры, необходимо одеть перчатки и защитные очки. Снимите моноклапанную крышку Plus Series™ или последовательно, повернув на четверть оборота снимите отдельные колпачки элементов (банок). Легко увидеть: покрывает электролит пластины или нет и приблизительный уровень. если, как в случае на фотографии, в части элементов (банок) пластины сухие и электролит не покрывает верх пластин, то:

Действие третье. Долейте воду ровно столько, что бы закрыть пластины на 2-5 мм. Не больше!

Полностью доливать воду до нужного уровня разрешается только после заряда.

Что бы не наклоняться над АКБ с фонариком и не вдохнуть случайно пары серной кислоты, изготовьте для этих целей простой щуп, как на фото, где нанесите отметку в 1.5 см. Если уровень ниже — долейте воду. У разных конструкций корпуса аккумуляторов может быть своя норма. 1.5 см это для моделей Trojan T105, T125, T145, T875.

Действие четвертое. Зарядить аккумулятор отдельно от всей группы.

Для этого нужно использовать отдельное зарядное устройство, рассчитанное на напряжение аккумулятора, в нашем случае это 8 вольт. Готовых ЗУ на это напряжение в продаже нет, поэтому рекомендуем применить профессиональные ЗУ с ручными регулировками напряжения и тока заряда.

Список зарядных устройств, позволяющих зарядить АКБ на 8 Вольт: — позволит заряжать АКБ напряжением 6-12 вольт. Ток 15 Ампер. — позволит заряжать АКБ напряжением 6-12 вольт. Ток 20 Ампер. — позволит заряжать АКБ напряжением 6-12 вольт. Ток 15 Ампер.

Если Вы не хотите повторения — проведите анализ ситуации, ниже перечислены причины:
• Причина 1. Распространенная. Часть электролита была потеряна при транспортировке батареи еще до начала эксплуатации. Обычно это происходить при доставке в регион транспортными компаниями. Аккуратность погрузки-разгрузки на этом этапе не всегда на должном уровне. батарею могла наклонить, перевозить на боку или вообще перевернуть. Характерными чертами такого небрежного обращения с грузом являются многочисленные подтеки электролита на верхней части корпуса.
  Полагаться на то, что АКБ новая и там все в порядке, по выше изложенной причине нельзя!
• Причина 1.2. Тоже распространенная. Батарею уронили при погрузке или монтаже, как это было в описаном на фото случае. Как правило отсутствие электролита в крайних банках и указывает на наличие трещины в корпусе, через которую вытек электролит. Что бы проверить, осмотрите корпус с углов.
• Причина 2. Распространенная. Халатность или незнание основ эксплуатации акб с жидким электролитом обслуживающего персонала. В компаниях с большим парком электрокаров (склады, порты, производства), есть должность «аккумуляторщик» — это профессия, которая предполагает знания в области работы с АКБ и техники безопасности. В иных случаях (отели, мини гольф клубы, аттракционы в парке), такой должности нет, и обслуживающий персонал пользуется своим опытом эксплуатации аккумулятора, и чаще всего своего личного, в автомашине. Современные автомобильные аккумуляторы не нуждаются в доливе воды и перенося эту информацию на тяговые батареи, в конечном итоге получают сухие пластины и губят хорошую качественную и дорогую батарею за 8-10 месяцев. А срок службы гораздо дольше.
• Причина 3. Часто встречается в Южных районах РФ. Температура. Эксплуатация батарей в жарком климате накладывает дополнительные обязанность проверять уровень электролита чаще обычного.
• Причина 4. Редко встречаются ситуации с неисправностью зарядного устройства или ЗУ для тяговых аккумуляторов перепутали в гараже. Что бы определить работоспособность зарядного устройства сверьте показания напряжения в конце заряда с табличным.

Действие пятое. после заряда долить воду до уровня 1.5 см выше пластин или, «на четверть сантиметра ниже края клапана».

После этих действий по восстановлению аккумулятора, не торопитесь праздновать победу, дайте отстоятся 12-20 часов и заново замерьте напряжение и плотность электролита, если плотность ниже 1.250, то проведите уравнительный заряд.
Как правило полностью АКБ не восстановится, процессы сульфатации пластин не позволяют набрать изначальную емкость .

Зачем нужен уравнительный заряд.

неравномерность плотности в элементе

Уравнительный заряд нужен для выравнивания плотности электролита по высоте в пределах одного элемента. Он же носит название перезаряд, его действие заключается в перемешивании электролита внутри элемента за счет его «кипения». Во время «кипения» (не путайте с чайником), образуется повышенное газовыделение, которое перемешивает снизу вверх раствор электролита, тем самым выравнивая его плотность по вертикали.
Физически, уравнительный заряд представляет собой избыточный заряд аккумулятора, после полного заряда.

Для проведения этой процедуры, нужно ознакомится с инструкцией к зарядному устройству, и включить этот режим. Затем следует измерять удельную плотность каждый час. Завершить уравнительный заряд следует тогда, когда удельная плотность прекратит расти.

Причина, приводящая к неравномерности электролита (расслоению), обычно заключается в долгом хранении без своевременного подзаряда. Т.к. электролит — это раствор серной кислоты, то Кислота — тяжелее воды, опускается вниз, вода, вытесняется наверх. Рабочая зона пластин получается посередине. Это снижает емкость батареи и при длительной ситуации такая АКБ полному восстановлению уже — не подлежит.

Как хранить батарею, и не потерять ее емкость из-за расслоения?

• Следует зарядить аккумулятор перед тем, как помещать его на хранение.
• Хранить в прохладном сухом месте, защищенном от пыли, прямого солнечного света.
• Отключить от зарядного устройства и от бортовой сети гольф машины или погрузчика (подъемника, штабелера), чтобы устранить потенциальную паразитную нагрузку, которая может привести к разряду аккумулятора.
• Аккумуляторы постепенно саморазряжаются во время хранения.

Очистка поверхности батареи от следов кислоты и др. загрязнений.

• Убедитесь, что все защитные колпачки надежно закреплены на аккумуляторе.
• Очистите верхнюю поверхность аккумулятора, клеммы и соединения при помощи безворсовой салфетки или щетки и раствора пищевой соды и воды. Концентрация 400 грамм соды на 1 литр воды. Запрещается допускать попадание чистящего раствора внутрь аккумулятора.
• Ополосните водой и высушите.
• Нанесите тонкий слой технического вазелина или средства для защиты клемм.
• Содержите территорию вокруг аккумуляторов в чистоте и сухости.

О защитной смазке клемм.

В Инструкции по эксплуатации написано нанести тонкий слой защиты клемм от коррозии. Это хороший совет, но может с играть плохую роль, если не знать. что смазка — диэлектрик. Наносить смазку надо уже на смонтированную клемму! Другими словами, прикручивайте провод или аккумуляторную перемычку к клемме аккумулятора, и поверх наносите защиту. При этом сам контакт болт-клемма остается под смазкой сухим.

Редко, при хранении АКБ, технически возможно извлечь блок, состоящий как правило из 6-8 штук батарей, целиком. Поэтому снимают провода, и поштучно вытаскивают АКБ из электромашины. Если потом нанести смазку, то вся клемма окажется покрыта диэлектриком, что конечно хорошо для хранения. Затем в начале следующей эксплуатации об этом забывают и прикручивают провода на смазку. Получается высокоомный контакт, который при первом же заряде даст разогрев клемм и их оплавление. Важно перед монтажом зачистить и обезжирить клеммы!

Надеемся, что эта информация поможет правильно эксплуатировать тяговые АКБ Trojan и исключить ошибки в обслуживании!