Зарядка кислотного аккумулятора доклад

Обновлено: 15.05.2024

Свинцово-кислотные аккумуляторы можнозаряжать от любого источника постоянного тока при обязательном условии, что его напряжение больше, чем напряжение заряжаемого аккумулятора или батареи. Значение тока для любого этапа заряда может быть определено по формуле

где U_ЗУ — напряжение зарядного устройства, В ; U_a — напряжение аккумулятора в данный момент заряда, В; R — общее сопротивление зарядной цепи, Ом. Из данной формулы следует, что при равенстве напряжения зарядного устройства и аккумулятора зарядный ток равен нулю. Если напряжение аккумулятора меньше, чем напряжение зарядного устройства, то зарядный ток больше нуля. Он потечет от "плюса" зарядного устройства к "плюсу" аккумулятора, при этом аккумулятор будет заряжаться. Если напряжение аккумулятора больше напряжения зарядного устройства, то ток потечет в обратном направлении, и аккумулятор будет разряжаться. Процесс заряда может вестись различными способами, основные из которых:

· - заряд при постоянном токе;

· - заряд при постоянном напряжении;

· - заряд асимметричным током;

· - заряд малыми токами постоянной величины.

Заряд кислотных аккумуляторов при постоянном токе. Проводится в случае, когда напряжение зарядного устройства значительно превышает напряжение аккумулятора.

Этот способ заряда на практике получил наибольшее распространение. В зависимости от режима заряда после подключения аккумулятора к зарядному устройству реостатом устанавливается необходимый зарядный ток. Схема заряда при постоянном токе представлена на рис. 6.19.

Заряд при постоянном токе может проводиться в следующих режимах:

- одноступенчатым 20-ти часовым;

- одноступенчатым 10-ти часовым;

Одноступенчатый режим заряда при постоянном токе. Одноступенчатый режим может быть 20-ти или 10-ти часовым.

Десятичасовой режим заряда проводится в целях обеспечения простои, и удобства заряда аккумулятора, сокращения времени использования зарядного устройства.

Зарядный ток устанавливают равным 0,1Q_H. Заряд ведется до появления признаков конца заряда. В этом случае ток заряда равен:

Iз=Qн/10,А, (6.37)

где Qн - номинальная емкость аккумулятора, А∙ч.

Недостатком данного режима заряда является сильное газовыделение в конце заряда, что приводит к большим потерям энергии при заряде аккумулятора. Кроме того, заряд сопровождается потерями энергии в регулировочном реостате, который имеет значительные размеры.

В целях сокращения величины зарядного тока, уменьшения газовыделения в конце заряда, увеличения срока службы аккумулятора проводится 20-ти часовой режим заряда. Зарядный ток устанавливают равным 0,05Q_H, заряд ведут до появления признаков конца заряда. Величина зарядного тока равна:

Iз =Qн /20,А. (6.38)

Основным недостатком данного режима заряда является увеличенное время заряда.

Двухступенчатый режим заряда при постоянном токе выполняется при большой степени разряженности аккумуляторов (на 50 % и более), а также после контрольного разряда в ходе КТЦ.,

Первая ступень заряда проводится током:

I₃₁ = qh/10, A, (6.39)

до начала газовыделения, что происходит обычно при напряжении U = 2,4 В на один аккумулятор.

Вторая ступень заряда проводился до конца заряда при пониженной в два раза величине зарядного тока:

I₃₂ = Рн/20, А. (6.40)

Ускоренный двухступенчатый заряд при постоянном токе применяют для сокращения времени заряда. Заряд проводится & две ступени.

Первая ступень проводится наибольшим током заряда, равным:

I₃₁ = Рн/5, А, (6.41)

до начала газовыделения при напряжении U = 2,4 В. При этом не должен допускаться перегрев электролита свыше +45 °С.

. Вторая ступень заряда проводится до появления признаков конца заряда при уменьшенном токе заряда (в два раза):

I₃₂=Он/10,А. (6.42)

Время заряда в таком режиме сокращается почти в 2 раза. Если при переходе от первой ступени ко второй температура электролита достигнет 30 °С и выше, аккумулятор необходимо отключить от зарядного устройства и дать ему"отдохнуть".

Основными недостатками ускоренного заряда являются перегрев электролита и обильное газовыделение.

Недостатки способа заряда кислотных аккумуляторов при постоянном токе:

- большая продолжительность заряда;

- необходимость контроля и регулировки зарядного тока;

- нерациональный расход электроэнергии на электролиз воды в 'конце заряда;

Рынок источников питания поражает своим изобилием и разнообразием автомобильных кислотных батарей (АКБ). Основное их отличие заключается в материале, из которого изготовлен электрод, и типе электролита.

Отсюда названия: литиевые, никель-кадмиевые, в том числе свинцово-кислотные и другие. Практически для каждой модели автомобиля существует свой тип АКБ.

Электролит бывает жидкий (водный раствор серной кислоты) или гелевый. В зависимости от этого источники питания разделяют на обслуживаемые и необслуживаемые.

Обслуживаемые требуют постоянного контроля за уровнем электролита способом своевременной добавки его или дистиллированной воды. Особенно важно проверить эти параметры перед зарядкой. В зависимости от времени года требуется доливать то или другое.

Свинцово-кислотные аккумуляторы относятся к обслуживаемым.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы очень популярны и пользуются спросом. Они имеют достаточно низкую стоимость и большой диапазон применения (кроме автомобилей, их можно встретить в бытовой технике, детских игрушках и др.).

Свинцово-кислотные аккумуляторы были известны уже в 60-е годы девятнадцатого века.

Металлические пластины данного аккумулятора покрываются свинцовым суриком. Это химически стойкое антикоррозийное покрытие служит защитой в агрессивной среде кислотного электролита.

Свинцово-кислотный аккумулятор отличается высокой удельной мощностью. За время эксплуатации допускает до 500 циклов перезарядки. Одним из существенных преимуществ является низкая цена.

Что указывает на необходимость подзарядки

При такой популярности следует всегда поддерживать свинцово-кислотные аккумуляторы в рабочем состоянии (впрочем, как и все другие).

А для этого требуется своевременная периодическое заряжение. О том, что такое время наступило, говорят очевидные факты: с трудом запускается двигатель, и значение напряжения опускается до 12 В.

Важно оперативно реагировать на те знаки, которые подает устройство. Если в такой ситуации продолжать использовать аккумулятор, он очень быстро станет неработоспособным без всякой надежды на восстановление.

Лучше чаще перезаряжать аккумулятор (это поможет продлить срок его службы).

Если свинцово-кислотный аккумулятор хорошего качества и приобретен из рук фирмы-изготовителя, частые перезарядки для него не только не опасны, а даже полезны, потому что тогда работа проходит без скачков напряжения.

На протяжении всей эксплуатации технические характеристики таких батарей остаются постоянными, если не доводить их до полного разряда. При отрицательной температуре это может привести еще к короткому замыканию.

Обязательные действия перед зарядкой

Большое влияние на процесс подзарядки имеет температурный режим. Прежде всего надо знать, что не рекомендуется заряжать свинцово-кислотную батарею при минусовой температуре. В зависимости от температуры требования к электролиту меняются.

При холодных погодных условиях важно сохранять плотность электролита, поэтому в это время нужно доливать именно его, а в летнее время – дистиллированную воду. Это касается обслуживаемых аккумуляторов.

Необслуживаемые батареи вынимаются из автомобиля и подключаются к зарядному устройству. Сам процесс происходит в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Важно выполнить несколько обязательных действий, которые являются подготовительными перед процессом подзарядки:

прежде всего отсоединить аккумулятор, соблюдая осторожность;
оставить в помещении с достаточной температурой, чтобы он нагрелся (в зимнее время) до требуемой по инструкции температуры;
тщательно очистить электроды от окислов, образовавшихся в результате химической реакции;
открутить пробки всех банок, чтобы исключить недопустимо высокого давления в корпусе;
протереть от грязи весь корпус аккумулятора 10% раствором нашатырного спирта;
проверить, требуется ли доливка дистиллированной воды;
в случае необходимости – долить.

Все подготовительные операции завершены.

Правила техники безопасности

На всех этапах проведения зарядки - от подготовки до завершения работы - является обязательным соблюдение правил техники безопасности.

Это особенно важно для обслуживаемых АКБ, потому что это прежде всего связано с наличием серной кислоты, которая небезопасна, и в обращении с ней требуется дополнительная осторожность.

Если невозможно изъять АКБ из автомобиля, следует отсоединить ее от отрицательного полюса или от обоих полюсов сразу.
Чтобы избежать вытекания электролита, надо использовать для зарядки ровную устойчивую поверхность. Это требование не относится к необслуживаемым аккумуляторам, их положение может быть любым.
Чтобы не допустить скопления газов в помещении и возможного отравления ими, помещение должно быть хорошо проветриваемым.
Чтобы не произошло возгорание или взрыв, следует проводить работы удаленно от открытого огня или мест возможного искрения.
Чтобы исключить нежелательные последствия, запрещается проводить зарядку при отрицательной температуре и температуре выше 30 °С.

Методы зарядки

Известны следующие методы зарядки:

постоянным током;
постоянным напряжением;
комбинированный.

Во время зарядки необходима корректировка этих значений.

Зарядка постоянным током

Этот способ проводится строго под контролем и включает несколько этапов:

АКБ подключается к зарядному устройству (ЗУ);
задается ток силой 1/10 от номинального;
зарядка длится несколько часов, потом прибором измеряется выходное напряжение;
процесс останавливается, если значение составляет 14 В;
снижается сила тока до 3 А (если значение было выше, например, 6 А), иначе возможно закипание;
сила тока снижается снова, теперь уже до значения 1,5 А при достижении другого важного параметра - 15 В;
процесс зарядки прекращается только тогда, когда два главных параметра перестают меняться и остаются неизменными.

Это медленный способ зарядки, он требует значительно большего времени.

Зарядка постоянным напряжением

Этот способ значительно проще. Позволяет зарядить устройство до 80-90% приблизительно за 6 часов. Значение изначально установленного напряжения составляет 14 В. Процесс протекает намного быстрее, чем при первом способе.

Комбинированный

Практически объединяет первые два способа. Но он значительно дороже, потому что в этом случае используется очень дорогое ЗУ.

Зарядка в автоматическом режиме

Самый простой режим. Применяется только для необслуживаемых батарей. Используется ЗУ, которое может автоматически настраиваться на тот тип аккумулятора, подключенного к нему.

По окончании процесса зарядное устройство самостоятельно отключается.

Каким может быть результат зарядки

Продолжительность процесса составляет от 6 часов (простой способ зарядки) до 24 часов. При минимальном проценте тока это может затянуться и на несколько дней.

После отключения от ЗУ после успешной зарядки внешний вид аккумулятора ничем не отличается от только что купленного.

При визуальном осмотре не должно быть обнаружено никаких следов налета или выделения сероводорода. Если налет присутствует, он указывает на то, что зарядка проводилась неправильно.

Обязательно нужно проверить сопротивление, если его значение повышается, значит с АКБ что-то не так: или в ней происходит разряд, или она не была заряжена полностью. И то, и другое указывает на неисправность и непригодность батареи.

Если нет сбоев, значит все прошло и завершилось успешно.

Действия после зарядки

После отключения от ЗУ необходимо тщательно протереть крышку, корпус влажной тряпкой и просушить.

Если после этого измеренное напряжения превышает нуль, это говорит о том, что пропускается ток, и крышку необходимо дополнительно промыть содовым раствором.

Аккумулятор — источник питания, в котором при разряде энергия химической реакции преобразовывается в электрическую, а при заряде — наоборот. Главное отличие от обычной батареи – это возможность восстановления энергии методом повторной зарядки. Для заряда нужно подключить постоянный ток в направлении, обратном разряду.

Кислотные аккумуляторы были изобретены в 19 веке, но до сих пор являются самыми востребованными в мире благодаря невысокой стоимости и высокой степени эффективности. Устройство состоит из корпуса, двух разнополярных электродов, помещенных в электролит – раствор кислоты, от этого получено название – кислотные батареи (АКБ — Аккумуляторные Кислотные Батареи). По материалу, из которого изготовлены электроды, их еще называют свинцово-кислотные.

Как работают?

Реакции взаимодействия, протекающие в аккумуляторе, можно описать двумя формулами:

При разрядке идет процесс образования сульфата свинца в активных массах анода и катода, расходование серной кислоты H₂SO₄ и снижение плотности электролита. Во время зарядки происходят обратные реакции, идет образование серной кислоты, повышается плотность электролита. Окончание процесса заряда характеризуется завершением преобразования веществ на электродах, прекращением изменения электролита. Если продолжать зарядку, то возникает нежелательная реакция разложения воды (электролиз), идет выделение кислородных и водородных пузырьков в электролите, происходит иллюзия закипания. Если это произошло, необходимо добавить в аккумулятор дистиллированной воды для восстановления ее в электролите.

Конструкция

Кислотные батареи уже более ста лет не меняются по своему основному внутреннему устройству.

В конструкцию аккумуляторных батарей входят:

Электроды – в виде плоских решеток из свинца, в ячейки запрессован порошок диоксид свинца (PbO₂) на аноде, порошок металлического свинца (Pb) — на катоде.
Сепаратор — пористый диэлектрик, разделяет между собой электроды, препятствуя замыканию.
Электролит — разбавленная водой (дистиллированной) серная кислота H₂SO₄, в нее помещены электроды и сепаратор. Максимальная электропроводность достигается при температуре 20 о С, концентрации серной кислоты – 35 %, что означает плотность электролита 1,26 г/см³. Внутренне сопротивление при этом минимально, потери внутри устройства существенно малы. В местах с низкотемпературным климатом возможно повышение плотности раствора до 1,29 г/см³ – 1,31 г/см³. Увеличение концентрации кислотного раствора препятствует замерзанию электролита, образованию льда внутри корпуса, который может повредить электроды и разорвать аккумулятор.

Основные характеристики, параметры

Стартерный ток – показывает способность АКБ отдавать большие токи при температуре — 18 о С на протяжении половины минуты.
Емкость(резервная) — показывает временной промежуток, на протяжении которого кислотные батареи отдают ток 25 А до величины напряжения 10,5 В.
Нижнее значение напряжения разряженной АКБ — 1,75 — 1,8 V.
Температурный рабочий диапазон — – 40 о с — + 40 о С.

Разновидности

По режиму работы кислотные батареи можно разделить на три группы:

Циклический — принцип работы происходит по циклу – полный разряд — полный заряд, периодически отключается от источника питания. Считается наиболее жестким режимом, количество циклов стопроцентной разрядки ограничено.
Буферный — широко используемый режим, щадящий для АКБ, при нем не допускается полного разряда, характерно постоянное подключение к источнику питания.
Смешанный — комбинация буферного и циклических режимов, но большая часть времени работы проходит в буферном.

Самые распространенные кислотные батареи, представленные на рынке, можно разделить на виды:

В поиске ответа на вопрос "как правильно зарядить кислотно-свинцовый аккумулятор", многие люди обращаются к инструкциям от производителя, сопровождающим эту технику. Однако даже в этих документах не всегда имеется достаточное количество информации о том, как лучше всего выполнять зарядку: с помощью каких средств, при каких условиях, какое количество времени. Ответственный пользователь, желающий продлить срок службы изделия и опасающийся повредить его или вывести из строя обязан обратиться к дополнительным источникам, чтобы выяснить эти вопросы.

Определяем тип и режим работы аккумулятора↑

Во-первых, чтобы понять, какой алгоритм зарядки подойдет конкретной АКБ, требуется определиться с классом батареи, чей принцип работы базируется на реакциях свинца в растворе серной кислоты. Она может быть либо обслуживаемой (то есть легко заряжаемой вручную), либо необслуживаемой (требующей для подзарядки подключения специальных зарядных приспособлений).
Во-вторых, аккумулятор может эксплуатироваться в 2-х режимах: буферном (будучи постоянно подключенным к сети и периодически активируемым для самостоятельной) и циклическом (использование такого АКБ состоит из постоянной смены циклов "разрядка-подзарядка").

Среди обслуживаемых SLA числятся, преимущественно, классические автомобильные аккумуляторы. Основная масса свинцово-кислотных источников тока, используемых в индивидуальном электротранспорте (вроде велобайков) принадлежит к герметичным, необслуживаемым, буферным и гелевым.

Как заряжать свинцово-кислотную батарею↑

Процесс зарядки SLA-аккумуляторов предполагает пополнение запаса энергии устройства за счет внешних источников. Важно, чтобы батарея получала заряд, который соответствует ее емкости. Оптимальные условия, при которых происходит зарядка: температура окружающей среды в пределах +20 – +25 градусов Цельсия, иначе потребуется выполнять температурную компенсацию.

Наиболее популярный способ зарядки свинцово-кислотного аккумулятора базируется на контроле параметров "ток" и "напряжение". На первой стадии АКБ заряжают постоянным током, а когда напряжение достигнет заданного значения (указывается на лицевой панели устройства), переводят агрегат в режим поддержания постоянного напряжения.

Чтобы понять, сколько времени потребуется держать аккумулятор на зарядке, нужно знать степень разряженности АКБ, ее емкость, а также силу тока зарядного устройства.

Если устройство разряжено полностью, а ток используется по всем правилам (то есть, порядка 10-20% от емкости батареи), то на зарядку должно уйти около 10-12 часов. При снижении зарядного тока, время может возрасти, при увеличении – останется прежним. Ни в коем случае нельзя увеличивать ток на более чем 30% от емкости аккумулятора - это небезопасно для него.

Технология скоростной зарядки↑

Существует быстрый способ зарядки аккумулятора, в рамках которого можно за 6 часов добиться полного восстановления заряда. Это актуально для батарей, использующихся в циклическом режиме, в том числе, на электровелосипедах и прочей технике.

Данная технология предполагает, 2 этапа:

сначала нужно заряжать изделие постоянным током, пока напряжение не достигнет 14,5 (плюс-минус 0,2) вольта (параметры указаны для батарей, чье номинальное напряжение равно 12 В);
затем нужно отсоединить зарядное или перевести его в режим функционирования, когда поддерживается напряжение 13,8 (плюс-минус 0,15) вольт.

Как заряжать герметичные свинцово кислотные аккумуляторы↑

Первые герметичные АКБ, не позволяющие электролиту испаряться, но и не доступные для дозаливки содержимого, стали массово производиться около 40 лет тому назад. Их эволюция привела к тому, что возникли так называемые гелевые батареи AGM, тоже принадлежащие к классу свинцово-кислотных, но считающиеся модернизированными, обладающими намного более универсальными характеристиками. Внутри этих приспособлений (по-прежнему герметичных) электролит представлен в загущенном виде, имеет желевидную консистенцию. Заменить его невозможно, однако он не проливается при повреждении оболочки, не испаряется, не несет угрозы окружающей среде. Кроме того, эксплуатировать такую батарею можно в любом положении и даже в условиях высоких вибраций. Глубокий разряд такие разработки также способны переносить без проблем.

Зарядка таких устройств имеет ряд особенностей:

восстановить уровень заряда возможно только применяя специально для этого созданные зарядные устройства, никакими универсальными или самопальными средствами зарядить гелевый герметичный аккумулятор нельзя;
температура электролита в ходе зарядки не должна подниматься выше 45 градусов по Цельсию, иначе это чревато выходом изделия из строя;
перезаряд таких АКБ крайне вреден, если ток заряда превысит 30% емкости батареи, она вспучится и, скорее всего, перестанет быть пригодной к использованию.

Как и в ситуации со стандартными свинцово-кислотными решениями, запрещено хранить батареи AGM в разряженном виде, особенно, если напряжение каждого из компонентов, входящих в ее структуру, падает до 1,8 Вольта или ниже.

Как зарядить свинцово кислотный аккумулятор 12 вольт?↑

Зачастую АКБ 12 вольт принадлежат к классу AGM и, как и все представители этой категории, допускают максимальный разряд до 30% (без деформаций и рисков для работоспособности изделия).

Для этих батарей актуально целых 3 стратегии зарядки:

одноступенчатая или быстрая выполняется в пределах плавающего заряда при напряжении в пределах 13,2-13,8 вольт, токе от 0,1 до 0,3С (под "С" понимается емкость конкретного аккумулятора в ампер-часах);
двухступенчатая – наиболее часто используемая и рекомендуемая большинством производителей, осуществляется сначала в рамках основного цикла (восстановление 80%) при 14,2-14,8В и 0,1-0,3С, а затем в рамках плавающего заряда при 13,2-13,8В;
трехступенчатая – позиционируется как самая эффективная, производится в 3 этапа: основной заряд при 14,2-14,8 В, накопительный – при 14,2-14,8 вольтах, плавающий – при 13,2-13,8 вольта.

Крайне важно выполнять заряду устройством, имеющим индикацию по обоим параметрам: напряжению и току. Оптимальным вариантом может стать зарядное с так называемой интеллектуальной системой управления.

Читайте также: