Свинцово-кислотный аккумулятор — это наиболее распространённый на данный момент тип источника энергии в автомобиле. Он был изобретён в далёком 1859 году и до сих пор устанавливается на большинстве машин, конечно же, есть и альтернативы, но они пользуются меньшей популярностью у автопроизводителей.
Немного истории
Авторство данного устройства принадлежит французу Гастону Планте. Именно он в 1859 году создал первый рабочий прототип. Конструкция устройства не представляла собой что-то слишком сложное. Электроды делались из листового свинца. В качестве разделителя использовался сепаратор из простого полотна. Он сворачивался в спираль, после чего помещался в колбу, в которой был раствор серной кислоты.
Внимание! Учёный использовал десятипроцентный раствор серной кислоты.
К сожалению, устройство обладало слишком малой ёмкостью, которая легко объясняется излишним примитивизмом конструкции. Чтобы её немного увеличить ученый множество раз заряжал и разряжал свинцово-кислотный аккумулятор.
Чтобы достичь хоть какого-нибудь результата Планте понадобилось два года. Естественно, что подобный недостаток был слишком существенным. Неудивительно, что свинцово-кислотные аккумуляторы тогда не получили большого распространения. Главный дефект крылся в конструкции пластин.
Конечно же, учёный свет не остановился на достигнутом. Совершенствование конструкции свинцово-кислотного аккумулятора только начиналось. Большой прорыв в этом деле совершил К. Фор. Он предложил инновационную технологию изготовления электродов.
В 1880 год К. Фор на электроды наносит окись свинца. Результат превосходит все ожидания. Учёному в значительной степени удалось увеличить ёмкость аккумулятора. Идея получила широкое распространение. А уже в 1881 Э. Фолькмар начал использовать вместо обычных электродов специальную решетку. Селлоун пошёл дальше и получил патент на производство решеток, в сплаве которых была сурьма.
Сразу же учёным пришлось столкнуться со следующей проблемой. Не было нормальных зарядных устройств. Чтобы хоть как-то возобновить начальный заряд свинцово-кислотного аккумулятора применялась разработка Бунзена. К сожалению, результат был не очень хорошим.
Внимание! Суть подобной методики заряда сводилась к источнику в виде гальванической батареи. Именно от неё в то время можно было осуществить подзарядку.
Данное положение дел изменили генераторы постоянного тока, которые были дёшевы в производстве. Результат поразил весь мир. В 1890 году свинцово-кислотные аккумуляторы начинают массово выпускаться во всех цивилизованных странах мира. Мало того, все они нашли себе коммерческое применение.
Важно! Настоящим прорывом стал выпуск в 1900 году немецкой компанией Varta свинцово-кислотных аккумуляторов.
Следующая весомая дата в развитии технологии по созданию свинцово-кислотных аккумуляторов приходится уже на 70-е годы XX века. Именно в этот период разрабатываются необслуживаемые аналоги. Их главным отличием от всех предыдущих является то, что они способны работать в любом положении.
На смену жидкому электролиту пришёл гель. Батареи стали полностью герметичными. Для выведения отработанных газов установили специальные клапаны. Кардинально изменилась конструкция пластин. Их основой стал медно-кальциевый сплав. Чтобы добиться ещё большего результата он дополнительно покрывался оксидом свинца. Решётки делались из титана, алюминия и меди.
Все активные вещества нового свинцово-кислотного аккумулятора были расположены в электролите вместе с положительными и отрицательными электродами. Все эти элементы образуют сложную электрохимическую систему.
Всё о свинцово-кислотных аккумуляторах
Подробно о принципе работы
Для начала суммируем всё вышесказанное. Свинцово-кислотные аккумуляторы выступают в роли вторичных источников питания. Они обеспечивают работу электрических устройств за счёт химической реакции, которая происходит в электролите.
Важно! Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют множество циклов зарядки и разрядки.
Свинцовые аккумуляторы могу использоваться многократно. Они являются вторичными источниками тока, работающими за счёт создания химических реакций. При их работе в большом количестве расходуются химические элементы. Но следующая зарядка их восстанавливает.
Химическое вещество, в котором и происходят все реакции состоит из окислителя, электролита и специального восстанавливающего вещества. Роль восстановителя играет отрицательный электрод. Он в процессе токообразующей реакции отдаёт электроны. Как результат проходит процесс окисления. При этом положительный электрод восстанавливается. Он по умолчанию является и окислителем.
Важно! Роль электролита в свинцово-кислотном аккумуляторе играет химическое соединение. Главное к нему требование — хорошая ионная проводимость.
Активные вещества — это жёсткая пористая масса, которая хорошо проводит электричество. Диаметр пор в свинцово-кислотном аккумуляторе составляет 1,5 мкм. Если же речь идёт про PbO2, то у этого вещества аналогичный показатель будет побольше, в районе 5—10 мкм.
Серная кислота в электролите имеет положительные ионы водорода и отрицательные. Когда кислотно-свинцовый аккумулятор лишается накопленного заряда выделяются положительные ионы.
Отрицательные ионы сближаются с положительным электродом. Подобное становится возможным благодаря внешнему замкнутому участку цепи. Здесь же восстанавливаются четырёх- и двухвалентные ионы свинца.
Важно! Положительные ионы соединяются с отрицательными. В результате образуется сернокислый свинец.
Как только свинцово-кислотный аккумулятор подключается к зарядному устройству. Электроны начинают двигаться к отрицательному электроду. В результате нейтрализуются двухвалентные ионы свинца.
В данном процессе выделяется губчатый свинец. Он отдаёт по два электрона, при этом происходит процесс окисления. Апогеем является соединение ионами кислорода. Только после этого образуется PbO2.
Упрощённый принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора
В данном устройстве происходит множество химических реакций. Если же опустить химические формулы, то сам процесс будет выглядеть следующим образом: плотность серной кислоты и электролита будет уменьшаться при разряде; во время подзарядки данный показатель будет увеличиваться.
Важно! Положительные электроды расходуют кислоты больше чем отрицательные.
При разрядке электролит увеличивается незначительно. Уменьшение составляет один сантиметр кубический на 1 А·ч. Расход свинца, когда аккумулятор разряжается составляет 3,86 г. Количество других химических элементов также значительно уменьшается. Больше всего уходит сульфата свинца, порядка 12 грамм.
Варианты устройства конструкции
С вышеизложенного материала вам должно быть понятно, что учёные приложили множество усилий, чтобы создать по-настоящему надёжную свинцово-кислотную батарею с большой ёмкостью.
На данный момент в производстве чаще всего используются два варианта конструкции свинцово-кислотной батареи. В первом случае это обычны моноблок. В нём размещены ячейки банок и специальные перемычки между ними.
Электроды погружены в электролит. Данные устройства представляют собой свинцовые решётки. Их полости заполняются пастой. Повышенной плотности удаётся добиться за счёт волокон полипропилена. В качестве альтернативы некоторые производители используются сажу на основе сернокислого бария.
При накладывании на решётки паста прессуется и сушится. Дополнительно она обрабатывается электрохимическими процессами. Подобная конструкция свинцово-кислотной батареи помогает добиться эффективного использования всех активных химических соединений.
Важно! Решётки способствуют равномерного распределению тока.
Второй вариант отличается от первого тем, что батарея помещается в один моноблок. Межэлементные перемычки присутствуют.
Режимы работы
В свинцово-кислотных аккумуляторах в качестве электролита выступает раствор серной кислоты. Положительные пластины также имеют активное вещество — это двуокись свинца, отрицательные содержат свинец РЬ. В зависимости от режима эксплуатации все свинцово-кислотные аккумуляторы можно поделить на такие группы:
- Буферный режим. В качестве основного источника питания выступает сетевой блок. Основное назначение такого аккумулятора — резервный источник.
- Циклический режим. Такие аккумуляторы разряжаются после чего происходит зарядка.
- Смешанный режим — соединение предыдущих двух режимов.
При создании определённого агрегата или для выполнения какой-либо работы выбирается аккумулятор с подходящим для конкретной цели режимом работы.
Как заряжать свинцово-кислотный аккумулятор
Существует множество методов зарядки свинцово-кислотного аккумулятора. Эффективнее всего использовать так называемый I-U. Его суть сводится приблизительно к следующему: вначале вы пускаете постоянные ток, как только необходимое напряжение достигнуто, вашей задачей является его поддержание на заданном уровне.
Очень важно правильно определить величину тока на начальном этапе зарядки. Обычно она указывается на корпусе батареи. Обычно она лежит в диапазоне от 20 до 30 процентов от ёмкости элемента питания. Возьмём конкретный пример. Ёмкость аккумулятора составляет 100 А*ч. В таком случае ток должен быть 25 А.
Важно! Автомобильные производители рекомендуют начинать зарядку с 10 % от ёмкости батареи. Это позволит уберечь свинцово-кислотный аккумулятор от повреждения.
Итоги
Несмотря на год создания, свинцово-кислотные аккумуляторы до сих пор пользуются большой популярностью среди автомобилестроителей. Свойства этих устройств позволяют хранить приличный запас энергии, обеспечивая стабильную работу машины.
Как и любой аккумулятор, со временем свинцово-кислотная АКБ выходит из строя. Однако, при определённых условиях ее возможно вернуть к “жизни”. Делается это в несколько этапов.
Прежде чем освещать тонкости восстановления нерабочих аккумуляторов, кратко пройдемся по общим положениям – устройство и параметры этого вида элементов питания.
Как всё устроено
Построение свинцово-кислотной АКБ различного предназначения и разных производителей имеет приблизительно следующий вид:
- контейнер-корпус из инертного и стойкого материала;
- корпус содержит несколько модулей-банок (обычно шесть), которые соединяются способом адекватным предназначению;
- каждая модуль-банка содержит плотные пакеты, которые состоят из заряженных пластинок (свинцового катода, а также анода с диоксидом свинца). Каждая пара пластин дает ток. А их соединение увеличивает общее выдаваемое напряжение;
- пакеты заливаются раствором серной кислоты, специально разбавленной нужным количеством дистиллированной воды для формирования определенной плотности.
Откуда берется энергия?
Аккумулятор, по сути, ёмкость с раствором кислоты, в которую погружены свинцовые электроды. При подаче на электроды нагрузки начинает происходить химический процесс – окисление свинца. На аноде происходит восстановление, а на катоде – окисление. При разряде роли анода и катода меняются.
Параметры
Состояние АКБ определяет ее заряженность. Она зависит от многих факторов. Точно определить её можно только с помощью специальных приборов, отслеживающих как заряд, так и разряд батареи за несколько циклов. Также заряженность устройства можно определить менее точно путем проверки напряжения на контактных клеммах АКБ, что делается обычным цифровым вольтметром.
Нормальным напряжением считается 12,5-12,7 В. Также подходит способ измерения заряженности батареи путем измерения плотности электролита. Такая процедура осуществляется ареометром.
Напряжение является параметром, по которому происходит формирование характеристики о состоянии и степени заряженности. Оно измеряется на клеммах вольтметром. Важно чтобы перед проверкой напряжения, не имелось зарядных или разрядных токов в течение нескольких часов иначе показания вольтметра ничего не скажут о состоянии АКБ.
Особенности эксплуатации в северных широтах
Плохой новостью для полярников могло бы стать то, что характеристики аккумулятора при низких температурах стремятся к деградации. Однако хорошая новость заключается в том, что у свинцово-кислотных аккумуляторов, это ухудшение не так значительно, по сравнению с АКБ других типов.
Для примерной оценки можно рассчитать насколько ухудшаться параметры при той или иной температуре окружающей среды. Первая засечка отсчета начинается на уровне +20 градусов. Далее при падении температуры на 1 градус, емкость аккумулятора снижается на 1%.
Нетрудно подсчитать, что зимой, при 30 градусном морозе, аккумулятор может потерять до половины своей емкости.
Самым плохим в этой ситуации является то, что после мороза АКБ повреждается. Пластины получают необратимые изменения из-за повышения вязкости раствора и образования в нем замерзших областей.
Какие выводы можно сделать из этого факта? Хранить батарею на морозе – опасно!
Реанимация неработающей батареи
В первую очередь осуществляется очистка емкости АКБ от разного мусора, накопившегося на дне, так как мусор часто является непосредственной причиной замыкания. Электролит удаляется, а ёмкость батареи тщательно промывается. Удобно использовать узкий измеритель плотности – он способен всасывать оставшиеся крошки.
После очистки от мусора можно приступать ко второму этапу. При формировании явного налета соли на пластинах, понадобится специальная десульфатирующая присадка. С её помощью убрать налет или нормализовать работу пластин не составит труда. Важно помнить, что разные присадки используются по-разному, поэтому нужно пользоваться инструкцией.
Завершающим шагом является так называемая «раскачка батареи». Для этого применяется ЗУ, способное выдавать ток на уровне 0,1 А или меньше. В продаже есть много моделей, имеющих режим восстанавливающий батарею. Итак, требуется подключить устройство к аккумулятору и выбрать ток 0,1 А. При этом нужно наблюдать за реакцией — если электролит пузырится, то понижаем значение тока. Напряжение на уровне 14 В.
Восстановление свинцовых аккумуляторов включает следующие этапы (резюмируя вышесказанное):
- Удаление грязи, промывка;
- Очистка пластин;
- Раскачка.
Для качественной эксплуатации важно понимать причины, по которым элемент питания теряет свои качества. Для этого переходим к следующему разделу стати.
Сульфатация катодов– тихая смерть
Со временем на электродах формируются кристаллики сульфата свинца (так называемая сульфатация электродов). Такое явление возникает при продолжительных разрядах, снижении уровня электролита, при наличии быстрого саморазряда. Так признаками сульфатации электродов являются:
- Снижение емкости батареи;
- Понижение уровня плотности электролита;
- Резкое падение напряжения в момент запуска двигателя;
- Сильное увеличение напряжения в процессе зарядки.
При сульфатации электродов АКБ быстро разряжается из-за снижения емкости. Происходит сильное падение напряжения даже при включении стартера. Но в большинстве случаев сульфатированые электроды можно восстанавливать.
Реанимация сульфированных катодов
С целью восстановления емкости электродов используются способы:
- Продолжительный заряд малыми токами;
- Зарядка с дистиллированной водой;
- Разрядка малыми токами;
- Кратковременно заряжать током, превышающим стандартный в 10 и больше раз.
Как правильно кипятить электролит?
На самом деле процесса кипения при зарядке следует избегать. При подключении нагрузки серная кислота восстанавливается, плотность электролита нарастает и при длительной зарядке начинает доминировать электролиз воды. Кислород и водород в виде газа начинают покидать раствор, что внешне напоминает кипение. Вода при этом испаряется, жидкость увеличивает свою плотность и есть большая вероятность воспламенения водорода. Поэтому данное явление следует держать под контролем, воду – своевременно доливать, кипячение – останавливать.
Процесс ухода за батареей
Не всем автовладельцам известно, что новый аккумулятор также нуждается в подзарядке. Для нового устройства используются стандартные ЗУ.
Перед самим процессом устройство заливается раствором кислоты и оставляется для осуществления пропитки на 3-4 часа. Дальше снимаются пробки с банок. Подсоединяются клеммы ЗУ к аккумулятору, и устройство включается. Заряжать новую батарею требуется малым током. Лучше это делать, поставив на регуляторе минимальное значение. Процесс длится около 2-3 часов, не дольше. По завершению процесса, надо проверить плотность электролита. Делается это ареометром.
Также стоит отметить, что при зарядке аккумулятора импульсным током существенно уменьшается его ресурс. Поэтому не рекомендуется использовать его, особенно для новых батарей.
Правила эксплуатации
При использовании на автотранспорте происходит неизбежное протекание жидкости. Из под пробок просачивается небольшие лужицы, которые соединяясь создают электрический мост приводящий к саморазряду. Для того, чтобы этого избежать следует периодически протирать корпус особой жидкостью. Главный эффект должен быть в купировании возможности вытекшего электролита проводить ток, для этого и подбирают состав жидкости для протирания. Обычно это является раствор соды или густая смесь воды и хозяйственного мыла.
В жаркую погоду жидкость испаряется, плотность жидкости увеличивается и ёмкость АКБ падает. Поэтому следует своевременно доливать дистиллированную воду, для устранения этого эффекта.
Both comments and trackbacks are currently closed.
В се, что написано выше, относится к зарядке свинцового аккумулятора при температуре 20 градусов Цельсия, а при других температурах нужно вводить температурную компенсацию зарядного напряжения. Зарядка свинцового аккумулятора возможна в диапазоне температур от -15 ° C до +40 ° C. При увеличении температуры, напряжение заряда должно быть меньше обычного, чтобы избежать перезарядки. А если зарядка аккумулятора производится при пониженной температуре, напряжение зарядки нужно увеличить, чтобы избежать недозарядки. Обычно рекомендуется использовать температурную компенсацию –3 мВ/° С.
4. Что будет, если не соблюдать правила зарядки свинцового аккумулятора?
О писанные выше способы зарядки свинцового аккумулятора позволяют зарядить аккумулятор быстро и безопасно. Они ориентированы на максимальное сохранение ресурса свинцового аккумулятора и замедление .
В озможна ли зарядка аккумулятора током, большим, чем максимально допустимый? Да, аккумулятор зарядится, даже если ток зарядки будет превышать установленный производителем максимум. Но, во-первых, если не уменьшить ток хотя бы в конце зарядки, то аккумулятор зарядится не полностью. А во-вторых, во время зарядки большим током перестанет быть эффективным механизм рекомбинации газов внутри , и электролит аккумулятора потеряет воду, даже, если потом, в конце зарядки, зарядный ток будет уменьшен. В результате превышения тока даже во время одной зарядки, аккумулятор не проработает весь расчетный ресурс и выйдет из строя раньше.
В озможна ли зарядка аккумулятора очень маленьким током, намного меньшим, чем максимально допустимый, скажем, током в 0.2% от емкости? Да, аккумулятор полностью зарядится даже таким током. Но зарядка аккумулятора будет продолжаться неоправданно долго - несколько недель. Кроме того, значительную часть этого времени аккумулятор будет находиться в разряженном состоянии, что почти эквивалентно хранению свинцового аккумулятора в разряженном состоянии. А это ведет к и ускоренному . Однократная зарядка очень малым током не выведет аккумулятор из строя, но такие зарядки не следует повторять часто.
Н еправильный выбор конечного напряжения зарядки также опасен для аккумулятора. Недостаточное конечное напряжение приведет к недозарядке аккумулятора, и он сделает шаг в сторону . А избыточное напряжение зарядки чревато выделением газов из аккумулятора и потерей воды электролитом. Это еще сильнее уменьшает ресурс аккумулятора, чем зарядка аккумулятора пониженным напряжением.
П ри температуре ниже -15° C зарядка аккумулятора не рекомендуется, поскольку при низкой температуре перестает работать механизм рекомбинации газов внутри , и электролит теряет воду.
5. Как определить, правильно ли проведена зарядка аккумулятора.
В полне достаточно соблюдать необходимые параметры зарядки аккумулятора: ток и напряжение (с учетом температуры), и зарядка аккумулятора будет успешной. В конце зарядки современного не должно быть никаких пузырьков, не допустимо даже небольшое выделение газа. Если вокруг предохранительных клапанов аккумулятора обнаружены следы электролита или белый налет, то аккумулятор заряжался неправильно.
П осле зарядки можно проверить аккумулятор - после зарядки должна полностью восстановиться.
Хороший аккумулятор это тот, о котором не думаешь. Многие думают не так, но соглашаются с этим утверждением, когда их собственный аккумулятор подводит в самую ответственную минуту. Здесь хочется вспомнить фильм «Берегись автомобиля», но улыбка от вспомнившихся кадров замечательного фильма ситуацию не исправит…
Так вот, это значит что перед нами стоит прямая и серьезная задача? Как же реанимировать аккумулятор, если он не «крутит» стартер? Как его зарядить? Поможет ли зарядка? Вопросов много и все они хорошие и достойные, так как не однозначные. Именно в них мы и постараемся разобраться в нашей статье.
Немного из истории кислотного аккумулятора
Если гальваническую батарею изобрел Вольт в 1799 году, то аккумулятор, нечто похожее но с возможностью восстановления цикла, был создан уже через 4 года. То есть в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Конечно, в то время все эти элементы питания были несовершенными и со своими минусами. Ведь только слишком простое может быть совершенно изначально, а аккумулятор это ой как не просто.
Значимых вех в истории аккумуляторов внес в 1859-1860 годах Александр Беккерель. Молодой человек решил заняться улучшением вторичных элементов, чтобы сделать их надежными источниками тока для телеграфии. Сначала он заменил платиновые электроды "газового элемента" Грове свинцовыми. А после многочисленных экспериментов и поисков вообще перешел к двум тонким свинцовым пластинкам. Он их проложил суконкой и навил этот сэндвич на деревянную палочку, чтобы он влезал в круглую стеклянную банку с электролитом. Далее подключил обе пластины к батарее. Через некоторое время вторичный элемент зарядился и сам оказался способен давать достаточно ощутимый и постоянный ток. При этом, если его сразу не разряжали, способность сохранять электродвижущую силу оставалась в нем на довольно продолжительное время. Это было настоящее рождение накопителя электрической энергии, а проще аккумулятора.
Надо отметить, что и сегодня по такой схеме изготавливаются аккумуляторы фирмы OPTIMA. В этом случае удается уместить в аккумуляторе максимальную площадь электродов, при этом за счет скрутки эвольвентой пластины получаются более стойкие к обсыпанию.
Минусом такой конструкции являются его преимущества, вернее продолжение тех самых плюсов. В центре эвольвенты свернутых электродов процессы могут иметь некую инерционность, так как доступ электролита к ним будет ограничен.
Поэтому как бы ни были хороши такие аккумуляторы, но цена, простота конструкции все же диктуют нам другие условия. Когда аккумуляторы представляют собой набор банок с плоскими электродами. При этом наполнителем может служить кислота, либо гель все с той же кислотой.
Нет, бывают аккумуляторы и литий-ионные, и литий – полимерные и алюминий – ионные, но все они на автомобилях не применяются. По крайней мере обширно и массово.
Самые распространенные аккумуляторы сегодня (свинцово - кислотные или кислотно - свинцовые, что одно и тоже)
Итак, раз самые распространенные именно свинцово - кислотные аккумуляторы, то об их зарядке мы и поговорим далее.
Еще раз подытожим. Свинцово-кислотные аккумуляторы могут быть с кислотой или с гелем. С гелем аккумуляторы считаются не обслуживаемыми. Формы банок могут быть плоскими в виде кирпичиков или бочонками, как на рисунках выше. Это все не столь принципиально. Режимы зарядки от этого если и поменяются, то не принципиально оппозитно.
Перед зарядкой аккумулятора необходимо проверить…
Перед тем как начать заряжать аккумулятор, необходимо проверить то, насколько равномерно банки разряжены и каков уровень электролита в аккумуляторе.
В аккумуляторе каждая из его банок является обособленной и независимой батарейкой - аккумулятором, с чуть меньшим потенциалом. То есть если скажем аккумулятор на 12 вольт и в нем 6 банок, то не трудно посчитать 12/6 = 2, что каждая из банок рассчитана на то, чтобы выдавать свои 2 вольта. Однако очень глубокий разряд приводит к тому, что самые «слабые» банки АКБ начинают заряжаться в обратную сторону. Происходит так называемая переполюсовка. В этом случае электроды меняются местами - на минусе начинает образовываться оксид свинца, на плюсе сульфат бария, на котором отлично "растут" друзы кристаллов сульфатов свинца... Хотя все должно происходить оппозитно - наоборот, для каждого из электродов. Так вот, здесь важно не допустить появления такой банки, а если и появилась слабая банка, то желательно ее «подтянуть» отдельно, до начала зарядки всего аккумулятора.
Проверить ми выявить такие ущербные банки в аккумуляторе легко. Берем прибор и измеряем напряжение для них вначале через контакт «+» и электролит, а затем через минус и электролит. В итоге, записываем все в табличку, вроде той, что выше и делаем заключение о «слабой», «просевшей» банки. В нашем случае это крайняя правая. Именно ее вначале стоит зарядить на 2 вольта, при этом с правильными полюсами, а затем начать заряжать весь аккумулятор.
Вы спросите, почему нельзя заряжать аккумулятор сразу, так бы и переполюсованная банка стала заряжаться в нормальном направлении!? Здесь все просто. Все банки уже зарядятся в то время, когда самая «просевшая» только начнет набирать свой потенциал. В итоге, на остальных банках будет перезаряд, который тоже вреден.
На что еще следует обратить внимание, так это на уровень элоктролита в каждой банке. Это в том случае если у вас электролит – жидкость, а не гель. Доливаем дистиллированную воду. Не надо доливать кислоту, так как плотность проверяется только после полной зарядки, а не на разряженном аккумуляторе.
Теперь о рекомендуемом цикле зарядки аккумулятора.
Как зарядить кислотный аккумулятор. График идеальной зарядки аккумулятора (АКБ)
Вначале мы вашему вниманию представим график, зарядки аккумулятора по напряжению, а затем расскажем, почему следует заряжать именно так.
Точка 1-2 соответствует поднятию напряжения за счет исключения омических потерь. Далее начинается непосредственный процесс зарядки.
(2-3 точки) Как видите, начинается все с импульсного напряжения и тока. Это необходимо для того, чтобы «раскачать» все поры, трещины замазки на электродах аккумулятора. Импульсное напряжение и ток способны обеспечить ступенчатую реакцию с электродами аккумуляторов, то есть десульфатацию. В итоге, зарядка будет производиться как бы порционно. Первый плюс будет в том, что время зарядки будет несколько увеличено, а значит, будут происходить полноценные процессы восстановления. Второе, это то, что ток будет способствовать открытию пор на отложениях сульфатации, что само собой увеличит возможность реакции с электродами, а также емкость батареи. Процитируем фразу из исследований компании Battery Council International, относившимся к зарядке аккумуляторов применяемых в солнечных батареях.
Широтно-импульсная модуляция тока заряда может предотвратить образование отложений сульфатов, помогает преодолеть резистивный барьер на поверхности электродной сетки и пробить коррозию на переходах. В дополнение к улучшенному КПД заряда и увеличенной емкости, существуют убедительные доказательства того, что такой режим заряда может восстановить емкость АБ…
Таким образом, эту стадию можно назвать одну из важных при зарядке аккумулятора. Обеспечить ШИМ модуляцию можно за счет применения аналогового или цифрового генератора (мультивибратора).
Следующая стадия точки 3-4. Когда происходит основанное восстановление от сульфатации. Здесь хочется сказать о времени протекания процесса. Это довольно долго, но быстрее нельзя. Обеспечив 1/10 по току, от емкости аккумулятора, необходимо заряжать АБ. Увеличение тока, и попытка зарядить его быстрее, может привести к тому, что процессы просто не будут происходить быстрее, за счет ограничения по диффузии. В итоге, ничего хорошего из этого не получиться. Так заряжаем аккумулятор до начала точки газовыделения (точки 4-5), еще это процесс называют кипением аккумулятора.
При этом сохраняем тот же ток 1/10 от емкости и заряжаем аккумулятор еще 2-3 часа. Не допускаем интенсивного выделения газовыделения, чтобы не разрушить намазки на пластинах, не привести к осыпанию пластин. Хотя в настоящее время большинство аккумуляторов имеют защиту от осыпания пластин, за счет установки электродов в пакеты и подобные применяемые технологии. Здесь также важно ограничить напряжение подачи на аккумулятор, не подавать более того, что написано у него в инструкции. Ведь именно в этот момент можно несколько искусственно завысить напряжения аккумулятора, что скажется на его емкости. Поднимать напряжения аккумулятор необходимо не выше его номинального, а затем выдержать еще 2-3 часа, это уже точки 5-6.
После этого можно отключить аккумулятор от зарядного устройства. В этот момент произойдет снижение напряжения за счет омических потерь, которые были также и на точках 1-2. Далее, в течение нескольких часов напряжение аккумулятора упадет примерно до 12,5 – 12,7 вольт.
Это напряжение будет соответствовать приходу аккумулятора в некое собственное равновесное устойчивое положение. Именно с этого момента можно говорить о полном цикле заряда аккумулятора.
Теперь, когда аккумулятор заряжен, необходимо проверить его плотность.
Проверка плотности после зарядки кислотного аккумулятора
Плотность электролита должна быть в соответствии с приведенной в инструкции. В качестве рекомендательной информации можем привести такую таблицу.
Не стоит выбиваться из предписанной плотности, так как пониженная плотность электролита ведет к сульфатации, а повышенная к активизации коррозии пластин.
Именно из-за этих особенностей необходимо соблюдать «золотую середину». Рекомендуемая плотность после зарядки 1,24 г/см3.
Важно: для установления плотности электролит используйте лишь чистую серную кислоту или дистиллированную воду. Если вы будете использовать химические реагенты (жидкости) с примесями, то в аккумуляторе начнут протекать самопроизвольные токи между электродами, то есть аккумулятор просто будет разряжаться, не будет держать заряд. Назовите это как хотите, но эксплуатационные свойства аккумулятора существенно снизятся.
Теперь мы подходим к частным случаям, которые объяснят нам, почему нельзя аккумулятор часто разряжать, перезаряжать и недозаряжать.
Что будет если аккумулятор часто разряжать
Не смотря на то, что вроде как в аккумуляторы происходя обратимые процессы и в идеале они должны протекать туда и обратно бесконечно количество раз, но в жизни такого не бывает. Впрочем, как и других идеальных вещей и случаев.
У кислотного аккумулятор два серьезных врага, если можно так сказать. Первый, это кристаллы сернокислого свинца, то есть длительно протекающий процесс сульфатации. Второй, это растрескивание и выпадение в осадок пластин, либо составляющих от замазки на них.
Так вот, в случае с глубокими зарядами, мы имеем дело с первым «врагом», то есть возможно появление кристаллов, которые трудно будет растворить, а значит зарядить аккумулятор уже если и удастся, то емкость у него будет снижена.
Вот примерный график зависимости количества циклов зарядки – разрядки и емкости аккумулятора.
Что будет если аккумулятор недозаряжать
Мы много говорили о сульфатации, но до сих пор так и не видели ее «в живую». Что же она собой представляет? Взгляните на картинку. Светлые площади на электродах это и есть сульфатация.
Теперь вы видите насколько может сократиться полезная площадь электродов, что эквивалентно также повлечет за собой и сокращение емкости аккумулятора.
Так если мы не будем доводить процесс десульфатации до своего логического заключения, то есть если сульфаты останутся, то это приведет к их дальнейшему застыванию на том же месте и разрастанию. В итоге что!? Тоже самое что и при частом разряде. Емкость аккумулятора снизиться, способность к зарядке ухудшиться.
Что будет если аккумулятор перезаряжать
Перезарядка аккумулятора приведет к кипению аккумулятора, что соответственно может повлиять на уровень и плотность электролита, а также на осыпание и вымывание частиц из электродов. Если в первом случае восстановить электролит можно долив кислоту и дистиллированную воду, то в случае вымывания, а тем более высыпания пластин, восстановить их не получится. В этом случае упадет полнота протекания процесса, то есть та же самая емкость батареи. Во-вторых, выделившиеся, вымывшиеся частицы растворятся в электролите, что приведет к потере его «чистоты». В итоге, возникнут внутренние токи, через которые и будет происходить самопроизвольный разряд аккумулятора.
Подводя итог о том, как зарядить аккумулятор
Итак, мы много вам рассказали о том, как правильно заряжать аккумулятор, что можно и нужно с ним делать во время зарядки, а что нельзя. Объем статьи получился несколько значительный, но более кратко и не рассказать. Тем не менее, как бы это не было сложно постараемся резюмировать:
- заряжаем током 1/10 от емкости, большим током заряжать нежелательно, не будет успевать протекать химическая реакция, так как время заряда в этом случае тоже должно будет сократиться;
- использование ШИМ модуляции на первых этапах зарядки способно «раскачегарить» сульфатные отложения, тем самым восстановить первоначальные свойства»
- недозарядка и частая разрядка аккумулятора, приводит к наросту сульфатации на электродах, снижению емкости;
- перезарядка приводит к расслоению электродов и к потере чистоты электролита.
Именно так кратко можно сказать о процессах, которые мы столь долго описывали выше.
Здесь хотелось бы сказать также и о зарядном устройстве, но лепить все в одну кучу было бы неправильно. Статью о зарядном устройстве необходимо выделить в отдельную, тем более, что она подразумевается как интеллектуальная зарядное устройство, если предусматривать режим ШИМ модуляции. Если это простая зарядка, то вам необходимо будет обеспечить все процессы самому. А с учетом того, что аккумулятор заряжает 11-12 часов, это довольно муторно. Что же, чтобы совсем вас не оставить без информации о зарядных устройствах, можем порекомендовать ознакомиться со статьями «
Свинцовые аккумуляторы являются источником энергии в машине с двигателем внутреннего сгорания. Генераторы машин содержат реле-регулятор, который не пропускает напряжение свыше 14,4 В, т.е отключает возбуждение ротора на больших оборотах двигателя. Это означает, что аккумулятор полностью зарядиться не может. Нет, если проехать 400 км, то аккумулятор зарядится, но если в день проезжать 50 км, то аккумулятор полностью так и не зарядится. В результате, обычно зимой, втягивающее реле просто щелкнет, а мотор не заведется. Естественно, что нужно либо нести аккумулятор домой и отогревать в теплой ванне, либо ставить на зарядку. Кстатит, если на улице -20С и мотор не заводится, но можно снять аккумулятор и поставить его в ванну с теплой водой. Вода не должна полностью покрывать аккумулятор. Нагрев таким образом можно добиться, чтобы электролит стал достаточно жидким, чтобы завести машину.
Для зарядки аккумулятора нужно подать на него постоянное напряжение. Выходное напряжение блока питания считается по формуле: U=2,7 В/бн - вольты на банку. Количество банок в автомобильных аккумуляторах обычно 6 - по количеству пробок для забора электролита.
Количество банок рассчитается как общее напряжение аккумулятора разделенное на два: n=U/2. Итак, получается напряжение блока питания должно быть U=2,7*6=16,2 В. Напряжение можно брать и выше - по итогу все отрегулируется током. В качестве блока выбирается трансформатор. Ток вторичной обмотки трансформатора выбирается по формуле: I=0,2*C, где С - емкость аккумулятора. Если учесть, что стандартный аккумулятор - 60 Ач, то ток через вторичку составит I=0,2*60=12 А. После трансформатора ставится выпрямительный диод - обычно на 15 А - но можно и больше, но не меньше тока вторичной обмотки трансформатора.
Однако, если дать все напряжение блока питания аккумулятору, то пластины аккумулятора сразу высыпятся. Необходимо регулирование напряжения, а следовательно - будет регулироваться и ток. Для регулирования тока необходим либо переменный резистор с толстой спиралью, подключенный последовательно с аккумулятором, либо регулятор света (диммер), включенный перед трансформатором. Для индикации тока ставится амперметр.
Если все собрано, то вначале подключаем аккумулятор к зарядному устройству, выставляем регулятор в нулевое положение и включаем трансформатор. Отключать аккумулятор от зарядного устройства при включенном зарядном нельзя - возникнет искра и может взорваться скопившийся водород. Далее выставляем ток по амперметру. Напряжение при заряде нам нисколько не интересно. Главное ток, а напряжение будет, если ток идет. Ток выставляется таким, чтобы I=0,1*С, где С - емкость аккумулятора. Для аккумулятора емкостью 60 Ач нужен ток заряда I=0,1*60=6 А. Этим током аккумулятор должен заряжаться 10 ч. Конечно, можно поставить ток 1 А и заряжать 60 ч, если есть время. Малый ток полезен аккумуляторам при зарядке, а вот большой ток может вызвать и необратимые изменения - высыпятся пластины, аккумулятор закипит. Кипение аккумулятора - негативный процесс, его нужно избегать. Если же закипание произошло, нужно отключить аккумулятор от зарядки, охладить и выставить меньший ток заряда.
Есть так называемый "уравнительный заряд" - при нем плотность электролита во всех банках становится одинаковой. Уравнительный заряд проводится после полной зарядки аккумулятора, выставляется ток I=0,15 А/бн, что для 6-ти баночного аккумулятора означает I=0,15*6=0,9 А. Этим током нужно заряжать 12 ч.
Критерием зарядки аккумулятора служит плотность электролита в его банках. Сейчас производят необслуживаемые аккумулятора, где нельзя промерить электролит и долить в него дистиллированную воду.
Однако, встречаются и обслуживаемые аккумуляторы, где сверху установлены пробки под большую крестообразную отвертку. При заряде таких аккумуляторов пробки нужно открутить, чтобы дать водороду свободно выходить. Специальным прибором - ареометром - измеряем плотность электролита в каждой банке.
У заряженного аккумулятора плотность 1,27 - 1,30 г/см 3 .
Если получилось опрокинуть аккумулятор и электролит вытек - нельзя заливать свежий электролит. Нужно собрать хоть немного электролита старого, залить в банки дистиллированную воду и на выравнивающей заряде вытягивать банки. Это достаточно длительный процесс, но верный.
Сейчас во многие аккумуляторы встраивают датчик уровня электролита. Он выполняется в виде глазка. Если посмотреть в глазок то он имеет цвет - зеленый, тогда уровень электролита высокий и аккумулятор теоретически заряжен. Если цвет глазка красный, то аккумулято либо разряжен, либо нуждается в доливке дисциллированной водой.
