Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы в радиолюбительской практике

Радиосвязь

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы

Первый работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте. Конструкция аккумулятора представляла собой электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10 % раствором серной кислоты. Недостатком первых свинцово-кислотных аккумуляторов была их невысокая емкость. Поначалу для ее увеличения проводили большое число циклов заряда-разряда. Для достижения существенных результатов требовалось до двух лет таких тренировок. Причина недостатка была явной — конструкция пластин. Поэтому дальнейшее совершенствование конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов было сосредоточено на совершенствование конструкции используемых в них пластин и сепараторов.
В 1880 г. К. Фор предложил методику изготовления намазных электродов путем нанесения на пластины окислов свинца. Такая конструкция электродов позволила значительно повысить емкость аккумуляторов. А в 1881 г. Э. Фолькмар предложил применять в качестве электродов намазную решетку. В том же году ученому Селлону был выдан патент на технологию изготовления решеток из сплава свинца и сурьмы.

Первоначально практическое использование свинцово-кислотных аккумуляторов было затруднено из-за отсутствия зарядных устройств — для заряда применяли первичные элементы конструкции Бунзена. То есть химический источник тока заряжался от другого химического источника — батареи гальванических элементов. Положение кардинально поменялось с появлением недорогих генераторов постоянного тока.

Именно свинцово-кислотные батареи первыми в мире из аккумуляторных батарей нашли коммерческое применение. К 1890 году во многих промышленно развитых странах был освоен их серийный выпуск. В 1900 году немецкая фирма Varta произвела первые стартерные аккумуляторы для автомобилей.

В 70-х годах XX века были созданы необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, способные работать в любом положении. Жидкий электролит в них сменили гелиевым или адсорбированным (впитанным) сепараторами электролитом, батареи герметизировали, а для отвода газов, выделяющихся при заряде или разряде, установили клапаны. Строго говоря, абсолютная герметизация свинцово-кислотных аккумуляторов не может быть достигнута, так как нельзя обеспечить полную рекомбинацию кислорода и водорода, которые выделяются в них при заряде и хранении. Но специальными мерами выделение газов и потери воды в процессе эксплуатации удается свести к минимуму.

Были разработаны новые конструкции пластин на базе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, а также на основе титановых, алюминиевых и медных решеток.

Свинцовые аккумуляторы являются наиболее распространенными среди всех существующих в настоящее время химических источников тока. Их масштабное производство определяется как относительно низкой ценой, обусловленной сравнительной не дефицитностью исходных материалов, так и разработкой разных вариантов этих аккумуляторов, отвечающих требованиям широкого круга потребителей.

Ключевые электрохимические процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе

Активные вещества аккумулятора сосредоточены в электролите и положительных и отрицательных электродах, а совокупность этих веществ называется электрохимической системой. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях электролитом является раствор серной кислоты (H2SO4), активным веществом положительных пластин — двуокись свинца (PbO2), отрицательных пластин — свинец (Pb).
Основные процессы, проходящие на электродах, описывают реакции:
На отрицательном электроде:

Pb + HSO4- > PbSO4 + H+ + 2e- (разряд)
PbSO4 + H+ + 2e- > Pb + HSO4- (заряд)
На положительном электроде:
PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e- > PbSO4 + 2H2O (разряд)
PbSO4 + 2H2O > PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e- (заряд)
Суммарная реакция в свинцовом аккумуляторе имеет вид:
PbO2 + Pb + 2H2SO4 > 2PbSO4 + 2H2O (разряд)
2PbSO4 + 2H2O > PbO2 + Pb + 2H2SO4 (заряд)
Таким образом, при разряде свинцового аккумулятора на обоих электродах формируется малорастворимый сульфат свинца (двойная сульфатация) и происходит сильное разбавление серной кислоты.
Напряжение разомкнутой цепи заряженного аккумулятора равно 2,05-2,15 В, в зависимости от концентрации серной кислоты. При разряде по мере разбавления электролита напряжение разомкнутой цепи аккумулятора понижается и после полного разряда становится равным 1,95-2,03 В.

При заряде свинцово-кислотного аккумулятора, как и в других аккумуляторах с водным электролитом, имеют место побочные реакции выделения газов. Выделение водорода начинается при полном заряжении отрицательного электрода. Кислород начинает выделяться гораздо раньше: в обычных условиях заряда при 50-80% заряженности (в зависимости от тока заряда), а при температуре 0 °С уже после заряда на 30-40 %. Вследствие этого отдача положительного электрода по емкости составляет 85-90 %. Для получения полной разрядной емкости при заряде аккумулятору должен быть обеспечен перезаряд на 10-20 %. Этот перезаряд сопровождается существенным выделением водорода на отрицательном электроде и кислорода — на положительном.

Выделение водорода имеет место и при хранении заряженного свинцово-кислотного аккумулятора. Саморазряд его определяется преимущественно скоростью растворения свинца согласно реакции:

Pb + H2SO4 > PbSO4 + H2
Скорость этого процесса зависит от температуры, объема электролита и его концентрации, но более всего от чистоты компонентов. В отсутствие примесей реакция протекает медленно из-за большого перенапряжения выделения водорода на свинце. Но на практике, на поверхности свинцового электрода всегда много примесей, среди которых наибольшее влияние оказывает сурьма, количество которой в сплаве для решеток и токоведущих деталей доходит до 6 %.
На положительном электроде может также самопроизвольно проходить реакция восстановления диоксида свинца:

PbO2 + H2SO4 > PbSO4 + 1/2O2 + H2O
в результате которой выделяется кислород, но скорость ее незначительна.
В процессе эксплуатации саморазряд аккумулятора может увеличиваться из-за образования дендритных мостиков из металлического свинца. Потери емкости свежеизготовленного аккумулятора за счет саморазряда как правило не превышают 2-3 % в месяц. Но при эксплуатации они быстро увеличиваются.

Особенности герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора

Главные проблемы при создании герметичного варианта свинцово-кислотного аккумулятора связаны с необходимостью обеспечения условий для уменьшения газовыделения и содействия рекомбинации выделяющегося газа. При создании герметизированного аккумулятора, который в обычных условиях эксплуатации не требовал бы доливки воды в электролит в течение всего срока службы и не выделял бы газов, был предпринят ряд мер:
1. В аккумуляторе применяется иммобилизированный (обездвиженный) электролит, который сохраняет высокую электропроводность серной кислоты. Небольшое его количество позволяет обеспечить лучший транспорт кислорода от положительного электрода к отрицательному и высокий уровень его рекомбинации.

При одном методе иммобилизации электролита для его загущивания применяется силикагель (SiO2), который обладает высокой пластичностью и заполняет и электроды, и сепаратор. Благодаря своей вязкости он хорошо удерживается в порах и способствует эффективному использованию активных веществ электродов. Транспортировка кислорода обеспечивается по трещинам, которые появляются при усадке твердеющего электролита.

При другом методе иммобилизации применяется сепаратор из стекловолокна с высокой объемной пористостью и хорошей смачиваемостью в растворе серной кислоты. Такой сепаратор не только осуществляет функцию разделения электродов, но и благодаря тонкой структуре волокон обеспечивает удержание электролита в порах и высокую скорость переноса кислорода. Применение стекловолокнистого сепаратора и плотная сборка блока электродов способствуют также уменьшению оплывания активной массы положительного электрода и разбухания губчатого свинца на отрицательном.

2. Для снижения вероятности выделения водорода свинцово-сурьмяные сплавы токоведущих решеток заменяются другими, обеспечивающими более высокое перенапряжение выделения водорода. Применяются сплавы свинца с кальцием (до 0,1 % Ca), иногда легированного алюминием, сплавы свинца с оловом (0,5-2,5 % Sn), которые имеют неплохие литейные характеристики, и другие.

3. В отрицательный электрод закладывается емкость больше, чем в положительный. В данном случае при полном заряде положительного электрода оставшаяся недозаряженной часть активной массы отрицательного электрода практически исключает вероятность разряда ионов водорода. Кислород, выделяющийся на диоксиде свинца, достигает отрицательного электрода и окисляет губчатый свинец до оксида свинца, который в кислотном электролите переходит в сульфат свинца PbSO4 и воду. Следовательно, условия для герметизации аккумулятора улучшаются: газы не выделяются и вода не испаряется.

Снижению газовыделения способствуют и рекомендуемые для герметизированных аккумуляторов режимы заряда, при которых ток понижается по мере их заряжения.

И все-таки все реализованные варианты безуходного свинцово-кислотного аккумулятора оснащены клапаном, который время от времени открывается для сброса излишнего количества газа, главным образом водорода. Именно поэтому аккумулятор называется не герметичным, а герметизированным.

Успехи исследователей и технологов, достигнутые за прошедшие два десятилетия, тщательный контроль процесса изготовления и сотрудничество с потребителями, которые научились понимать, что безуходность этих батарей не означает полной свободы от контроля за их работой, позволяют в настоящее время выпускать на рынок продукцию, которая в ряде случаев может конкурировать с более дорогими герметичными щелочными аккумуляторами.

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи емкостью до 10-20 Ач применяются как источники питания для разнообразной портативной аппаратуры и инструментов в тех случаях, когда масса не является определяющим критерием для выбора источника тока, а также в системах бесперебойного питания, телекоммуникаций, информационных системах, для аварийного оборудования и т.д., где они работают в буферном режиме.

Конструкция герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Портативные герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы выпускаются в виде батарей, которые собраны в едином призматическом контейнере из пластмассы или резины (моноблочная конструкция). Положительные и отрицательные электроды аккумуляторов делаются обычно намазкой на решетку сотовой структуры. Контейнер и крышка загерметизированы. Межэлементные соединения утапливаются в углублениях крышки и залиты мастикой. Выводы аккумуляторной батареи (в виде ушка или борна) также загерметизированы. Клапанное приспособление для сброса газа при излишнем давлении состоит из резинового клапана и отражателя, служащего для улавливания капель электролита. Воздух в аккумулятор через него не поступает.
На электрических и эксплуатационных характеристиках герметизированных свинцовых аккумуляторных батарей большой емкости значительно сказываются различия в конструкции электродов (поверхностного типа, панцирные или стержневые), а также различия в сплавах, используемых для изготовления токоведущих основ.

При выборе герметизированной свинцовой аккумуляторной батареи большой емкости следует внимательно отнестись к использованному в ней способу иммобилизации электролита, поскольку известно, что в высоких аккумуляторах со стекловолокнистым сепаратором (технология AGM) со временем отмечается расслоение электролита. Такие аккумуляторы стараются проектировать высотой не более 35 см.

Электрические и эксплуатационные характеристики герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Напряжение разомкнутой цепи свинцово-кислотных аккумуляторов линейно возрастает с ростом степени заряженности аккумулятора (рисунок 1). По значению напряжения разомкнутой цепи можно судить о степени разряда свинцового аккумулятора.

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы

Конструкция, характеристики и области применения герметичных аккумуляторов

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы получили широкое применение в системах охранной сигнализации, системах пожарной безопасности, приборах аварийного освещения, в различных контрольно-измерительных приборах, кассовых аппаратах, электронных весах, резервных источниках питания телекоммуникационных систем, источниках бесперебойного питания компьютеров и систем видеонаблюдения, детских электромобилях, легкомоторной технике в качестве бортового аккумулятора и электрифицированных инвалидных креслах.

Отличительные качества герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторных батарей

Сфера применения герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов очень велика за счёт простоты обслуживания подобных аккумуляторов и большого разнообразия корпусного оформления батарей, а также богатого выбора ёмкостей аккумуляторов от единиц (1,2 А * ч) до десятков ампер-часов (24 и 38 А * ч).

Номинальные напряжения герметичных свинцово-кислотных батарей: 2, 4, 6, 12 Вольт. Наиболее распространены аккумуляторы на номинальное напряжение 6 и 12 вольт.

Аккумуляторы на 6 Вольт обычно используются в детских электромобилях.

Особенность герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов заключается в том, что электролит в них не жидкий, а гелеобразный. Корпус аккумуляторов герметичен. Эти качества позволяют использовать аккумуляторную батарею в любом положении, не боясь утечки электролита. Гелиевые кислотно-свинцовые батареи не требуют периодического пополнения электролита.

Кроме перечисленных качеств герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы не боятся глубокого разряда, могут длительное время храниться в заряженном состоянии при малом токе саморазрядки. Также гелиевые аккумуляторы лишены “эффекта памяти”.

За счёт использования электродов из эффективного свинцово-кальциевого сплава аккумуляторные батареи имеют длительный срок службы и работоспособны при интервале температур от -20 0 С до +50 0 C.

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы пригодны и в радиолюбительской практике для резервирования питания различных самодельных электронных приборов.

Максимальный пятисекундный ток разрядки герметичного аккумулятора может достигать 360 Ампер! (у аккумуляторов ёмкостью 38 А * ч и номинальным напряжением 12 вольт).

Зарядное напряжение при циклическом режиме работы (для 12 вольтовых аккумуляторов) составляет 14,4 – 15 Вольт. Для резервного режима 13,5 – 13,8 Вольт (такой режим используется в автоматических охранных и пожарных системах).

Конструкция герметичного свинцово-кислотного аккумулятора

Конструкция герметичного аккумулятора мало отличается от традиционной. Корпус батареи изготавливается из ударопрочной пластмассы и разделён на отдельные секции (“банки”).

Катодные и анодные пластины разделены сепараторами из стекловолокна. Основная составляющая электролита – серная кислота . В верхней части крышки аккумулятора размещены резиновые перепускные клапаны по одному на секцию. Клапаны служат для удаления газа, который может образоваться во время работы. Сверху перепускные клапаны плотно закрыты съёмной пластмассовой крышкой.

Снаружи аккумулятора выводятся два пластинчатых электрода – “ + ” и “”. Плюсовой вывод помечен красным квадратом, а минусовой – чёрным. Электроды представляют собой ответную часть самофиксирующегося разъёма и изготавливаются из латуни.

Недостатки герметичных аккумуляторных батарей

На практике бывало, что герметичная батарея “раздувалась”, деформировался пластмассовый корпус аккумулятора, хотя аккумулятор сохранял свою работоспособность. Связано это с избыточным выделением газа или c производственным браком перепускных клапанов.

Несмотря на корпус из ударопрочного пластика не стоит надеяться на его надёжность. Если на корпусе аккумулятора есть трещины и сколы, то вскоре сквозь эти трещины начнёт просачиваться электролит, особенно если трещина на донной части корпуса. Так как электролит в герметичных батареях в виде геля, то утечка электролита слабая. Утечку электролита можно предотвратить, плотно заклеив трещину в корпусе, например скотчем. Работоспособность аккумулятора при таком дефекте, как правило, сохраняется.

Будьте осторожны – электролит вреден для кожи рук, особенно если на кожном покрове есть раны! Используете для рук защитные средства!

Как уже говорилось, для герметичных аккумуляторов не страшен глубокий разряд, и батарея восстанавливает свою работоспособность после последующей зарядки. Несмотря на это лучше использовать блоки бесперебойного питания с автоматической защитой от глубокого разряда.

Нередки случаи окисления выводов питания аккумуляторных батарей. Связано это с тем, что ответные контактные разъёмы приборов выполнены из металлов, образующих гальваническую пару, что и приводит к образованию “кораллов” – сильному окислу контактов.

Маркировка герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов

На корпусах герметичных аккумуляторных батарей, как правило, указаны основные характеристики, правда, в основном на английском языке:

Читайте также  Часы на pic16f628a и fyq3641a

“GS 7-12” – аккумуляторная батарея ёмкостью 7 Ампер-часов и номинальным напряжением 12 Вольт.
“SEALED LEAD-ACID BATTERY” — герметичная свинцово-кислотная батарея.

“Constant voltage charge” — постоянное напряжение заряда при:
“Standby use: 13,5-13,8 V” — резервном режиме: 13,5-13,8 Вольт
“Cycle use: 14,4-15 V” — циклическом режиме: 14,4-15 Вольт
“Initial current: 2,1 A max ” — начальный зарядный ток: 2,1 Ампер максимум.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы в радиолюбительской практике

Двигатель — это «сердце автомобиля», тогда аккумулятор это часть его нервной системы — это его спинной мозг. От нормально функционирующей батареи зависит работа электроприборов и конечно пуск двигателя. Особенно критичен пуск в холодное время. К зиме аккумулятор должен быть подготовлен. Любой диагност и опытный автолюбитель знает, что ключевой показатель при диагностике аккумулятора — это его напряжение.

Напряжение — это физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля (включающего сторонние поля), совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда из точки A в точку B.

Если говорить простыми словами, то это накопленная энергия, которую аккумулятор передаст стартеру при повороте ключа. Стартер эту энергию потратит, а генератор потом компенсирует. Этот процесс должен проходить неразрывно. Водитель должен постоянно следить за величиной напряжения. Чтобы не запутаться и сделать всё правильно рассмотрим всё по порядку.

Нормальные показатели с нагрузкой и без

Чтобы распознать неполадки, нужно знать как аккумулятор работает в норме. Для выявления отклонений в работе требуется знать какое напряжение должен показывать заряженный аккумулятор автомобиля. Рассмотрим как правильно определить заряд аккумулятора.

Очень важно понимать в какой момент производить замер: в покое или под нагрузкой. Это принципиально разные величины. Прежде всего рассмотрим номинальное и фактическое напряжение в покое заряженного АКБ без нагрузки.

  • Номинальное (в покое) должно быть 12,6 — 12,7 В. Данная цифра прописана в паспортах и инструкциях к аккумуляторам почти любого производителя и она говорит о полной исправности и нормальной работы батареи.
  • Фактическое (в покое) несколько отличается от номинального. На деле диапазон колеблется в пределах от 12,4 до 12,8 В.

При замерах напряжения аккумулятора в покое величина может подняться до 13,2 В. Такая картина возникнет, если замерять сразу после зарядки, поэтому необходимо подождать 30 минут и повторить замер. Тогда вы увидите реальный показатель.

Чаще всего 12,6 вольт — это то каким должно быть напряжение нормального АКБ.

Важно! Если заряд аккумулятора в покое упали ниже 12 В — это говорит о недостаточной заряженности АКБ и необходимо срочно поставить батарею на зарядку.

Теперь разберёмся с напряжением аккумулятора под нагрузкой. Для чего она нужна и каковы нормативы?

Определение уровня заряженности

Измерение напряжения АКБ производится мультиметром (также подойдут вольтметр или нагрузочная вилка). Для того чтобы замерить напряжение (неважно под нагрузкой или в покое) необходимо перевести регулятор мультиметра в режим «U» и прислонить щупы прибора к клеммам аккумулятора. На дисплее отобразиться результат замера.

Как писалось выше — замер можно производить в покое и под нагрузкой. В первом случае, а также, в случае, если мы берём нагрузку с внешнего прибора — электрические цепи должны быть разомкнуты, зажигание отключено.

Проверка напряжения аккумулятора под нагрузкой при помощи бортовой сети автомобиля — нежелательна, потому что сеть подключена не напрямую к батарее. Поэтому здесь могут быть погрешности измерений и неточности.

Важно! Нагрузочная вилка должна использоваться строго в соответствии с полюсами (плюс или минус). А вот при замерах вольтметром или мультиметром можно не обращать внимание на полярность щупов и клемм аккумулятора.

Помимо напряжения, есть ещё уровень заряженности аккумулятора Эти две величины неразрывны между собой. Зная нормальное и фактическое напряжение батареи, мы можем определить до какой степени она заряжена, нужно ли подзаряжать ещё. Рассмотрим как проверить уровень заряда аккумулятора.

Аккумулятор теряет напряжение: в чем причина?

Если заряженный источник питания быстро разряжается, причин такого «поведения» батареи может быть несколько. Уровень заряда аккумулятора может быстро падать вследствие естественной причины: АКБ просто исчерпала свой ресурс обычным путем и нуждается в замене.

Также может выйти из строя генератор, который заряжает батарею в процессе езды, помогая ей поддерживать необходимый уровень рабочего состояния. Если аккумулятор еще не старый, и генератор в порядке — вероятно, в автомобиле есть серьезные проблемы с током в виде его постоянной утечки.

Кроме этого, бортовая сеть автомобиля может быть неисправной — например, магнитола или какой-нибудь другой прибор берет слишком много тока, и аккумулятор просто не справляется с этой нагрузкой.

Для того чтобы устранить падение напряжения, иногда бывает достаточно исправить возникшую неполадку путем технического осмотра, выявления причины, ее устранения и повторных замеров напряжения на клеммах аккумулятора после нескольких часов его эксплуатации. Важно оценить и такие показатели, как уровень плотности электролита, а также измерить напряжение под нагрузкой и без нее. Подробнее о проверке АКБ нагрузочной вилкой →

Таблица заряженности

Данная таблица поможет определить состояние аккумулятора и степень его заряженности.

Напряжение АКБ Степень заряженности АКБ
12,6 вольт и выше 100 %
12,5 вольт 90 %
12,42 вольт 80 %
12,32 вольт 70 %
12,2 вольт 60 %
12,06 вольт 50 %
11,9 вольт 40 %
11,75 вольт 30 %
11,58 вольт 20 %
11,31 вольт 10 %

Определить уровень заряда по напряжению не трудно. Как видно из таблицы — при снижении напряжения до 12,06 вольт, можно говорить о разрядке аккумулятора наполовину. Если напряжение падает до 11,31 вольт, значит он заряжен всего лишь на 10%. Падение напряжения ниже говорит о его полном разряде. Напротив, если заряд аккумулятора 12,6 вольт и выше, значит он заряжен полностью и подзарядка не требуется. Напряжение в 12,5 — 13 вольт — именно то, до которого и нужно заряжать.

Нужно помнить что эти данные актуальны только для классических свинцово — кислотных АКБ, заряженность EFB, AGM, GEL и прочих, технологичных батарей требуется проверять по другим таблицам. К примеру вольтаж полностью заряженного EFB аккумулятора равен 16, вольт.

Как правильно зарядить автомобильный аккумулятор?

26.08.09 | Рубрика: Обслуживание аккумулятора. Просмотры: 135 481
(
206 голос(ов), средний: 4,10 из 5)

С окончанием летнего сезона у автомобилистов все чаще возникает вопрос зарядки своего автомобильного аккумулятора. По многочисленным просьбам читателей портала battery-industry.ru, мы публикуем инструкцию «правильной» зарядки АКБ.

Заряд АКБ

Заряд свинцовых аккумуляторных батарей необходимо производить от источника постоянного (выпрямленного) тока. Можно использовать любые выпрямители, допускающие регулировку зарядного тока или напряжения. При этом зарядное устройство, предназначенное для заряда одной 12-вольтовой батареи, должно обеспечить возможность увеличения зарядного напряжения до 16,0-16,5 В, поскольку иначе не удастся зарядить современную необслуживаемую батарею полностью (до 100% ее фактической емкости).

Положительный провод (клемму) зарядного устройства соединяют с положительным выводом батареи, отрицательный — с отрицательным.

В практике эксплуатации пользуются, как правило, одним из двух методов заряда батареи: заряд при постоянстве тока или заряд при постоянстве напряжения. Оба эти метода равноценны с точки зрения их влияния на долговечность батареи. При выборе зарядного устройства следует руководствоваться информацией, приведенной ниже.

Заряд при постоянстве тока

Заряд батареи производится при постоянной величине зарядного тока, равной 0,1 х С20 (0,1 от номинальной емкости при 20-часовом режиме разряда). Это значит, что для батареи емкостью 60 А•ч ток заряда должен быть равен 6 А. Для поддержания постоянства тока в течение всего процесса заряда необходимо регулирующее устройство.

Недостаток такого способа — необходимость постоянного (каждые 1-2 часа) контроля и регулирования зарядного тока, а также обильное газовыделение в конце заряда.

Для снижения газовыделения и повышения степени заряженности батареи целесообразно ступенчатое снижение силы тока по мере увеличения зарядного напряжения. Когда напряжение достигнет 14,4 В, зарядный ток уменьшают в два раза (3 Ампера для батареи емкостью 60 А•ч) и при таком токе продолжают заряд до начала газовыделения. При заряде батарей последнего поколения, которые не имеют отверстий для доливки воды, целесообразно при увеличении зарядного напряжения до 15 В еще раз уменьшить ток в два раза (1,5 А для батарей емкостью 60 А•ч).

Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при заряде сохраняются без изменения в течение 1-2 часов. Для современных необслуживаемых батарей такое состояние наступает при напряжении 16,3-16,4 В в зависимости от состава сплавов решеток и чистоты электролита.

Заряд при постоянстве напряжения

При заряде этим методом степень заряженности АКБ по окончании заряда напрямую зависит от величины зарядного напряжения, которое обеспечивает зарядное устройство. Так, например, за 24 часа непрерывного заряда при напряжении 14,4 В 12-вольтовая батарея зарядится на 75-85%, при напряжении 15 В — на 85-90%, а при напряжении 16 В — на 95-97%. Полностью зарядить батарею в течение 20-24 часов можно при напряжении зарядного устройства 16,3-16,4 В.

В первый момент включения тока его величина может достигать 40-50 А и более, в зависимости от внутреннего сопротивления (емкости) батареи. Поэтому зарядное устройство снабжают схемными решениями, ограничивающими максимальный ток заряда до 20-25 А.

По мере заряда напряжение на выводах батареи постепенно приближается к напряжению зарядного устройства, а величина зарядного тока, соответственно, снижается и приближается к нулю в конце заряда (если величина зарядного напряжения выпрямителя ниже напряжения начала газовыделения). Это позволяет производить заряд без участия человека в полностью автоматическом режиме. Обычно критерием окончания заряда в подобных устройствах является достижение напряжения на выводах батареи при ее заряде, равного 14,4±0,1 В. При этом, как правило, загорается зеленый сигнал, служащий индикатором достижения заданного конечного напряжения, то есть окончания заряда. Однако, для удовлетворительного (на 90-95%) заряда современных необслуживаемых батарей с помощью выпускаемых промышленностью зарядных устройств, имеющих максимальное зарядное напряжение 14,4-14,5 В, потребуется более суток.

Заряд батареи на автомобиле

При эксплуатации батареи на автомобиле ее заряд происходит при постоянном напряжении. Производители автомобилей по согласованию с разработчиками батарей устанавливают уровень зарядного напряжения 14,1±0,2 В, что ниже напряжения интенсивного газовыделения. С понижением температуры эффективность заряда при постоянном напряжении уменьшается из-за роста внутреннего сопротивления батареи. Поэтому АКБ на автомобиле не всегда восстанавливает свою емкость после разряда полностью. Обычно степень заряженности батареи зимой составляет 70-75%, если напряжение на клеммах батареи равно 13,9-14,3 В при работающем двигателе и включенном дальнем свете. Поэтому в тяжелых условиях зимы (при низких температурах, частых и длительных пусках холодного двигателя и коротких пробегах) целесообразно периодически (желательно не реже одного раза в месяц) производить заряд АКБ от стационарного зарядного устройства и при положительной температуре.

У полностью заряженной батареи плотность электролита составляет 1,28±0,01 г/см3 Линейно снижаясь, по мере разряда АКБ, она составляет 1,20±0,01 г/см3 у батарей, степень заряженности которых снизилась до 50%. У полностью разряженной батареи плотность электролита составляет 1,10±0,01 г/см3.

Если значение плотности во всех аккумуляторах одинаково (с разбросом ±0,01 г/см3), это говорит о степени заряженности батареи и отсутствии внутренних замыканий. При наличии внутреннего короткого замыкания плотность электролита в дефектной банке аккумулятора будет значительно ниже (на 0,10-0,15 г/смі), чем в остальных ячейках.

Для измерения плотности жидкостей применяют ареометры со сменными денситометрами для измерения плотности различных жидкостей, например, антифриза с плотностью от 1,0 до 1,1 г/см3 или электролита с плотностью от 1,1 до 1,3 г/см3.

При измерении поплавок не должен касаться стенок цилиндрической части стеклянной трубки. Одновременно необходимо замерить температуру электролита. Результат измерения плотности приводят к +25°C. Для этого к показаниям денситометра надо прибавить или отнять поправку, указанную в специальной литературе.

Если при измерении окажется, что НРЦ ниже 12,6 В, а плотность электролита ниже 1,24 г/см3, батарею необходимо подзарядить и проверить зарядное напряжение на ее клеммах при работающем двигателе.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы в радиолюбительской практике

В последнее время в продаже появились герметичные свинцовые кислотные аккумуляторы (SLA). Их используют в блоках резервного питания компьютеров (UPS), охранных и измерительных системах, фонарях и других приборах, требующих автономного питания. Из всего диапазона выпускаемых аккумуляторов в радиоэлектронных устройствах чаще всего используются аккумуляторы небольшой емкости 1,3—12 А-ч на напряжение 6 или 12 В. Устройства для их заряда, и предлагается вашему вниманию.

По сравнению с никель-кадмиевыми SLA аккумуляторы (АК) имеют более низкую цену и в то же время более удобны в эксплуатации, особенно в тех случаях, когда нужна большая емкость. Подобные АК выпускают многие производители, и их параметры могут отличаться, поэтому перед использованием конкретного АК желательно изучить документацию на него.

Для устройств, предлагаемых в данной статье, все расчеты, выбор номинальных и максимальных зарядных токов производились на основе документации на АК широко известной фирмы Panasonic [1] Режимы заряда АК других фирм могут отличаться, и прежде всего, по максимально допустимому зарядному току. Но если принять за правило — заряжать АК зарядным током около 0,1 от их емкости, то можно с уверенностью сказать, что предлагаемыми зарядными устройствами можно заряжать SLA аккумуляторы любых производителей.

В импортной документации принято обозначать зарядные/разрядные токи выражением — 0,1 С; 0,2С и т. п., при этом буква С обозначает емкость АК в А — ч. Это выглядит более удобным, чем писать “0,1 от емкости АК”, и в дальнейшем мы будем придерживаться этих обозначений.

Первый вариант зарядного устройства представлен на рис. 1. За его основу взята схема, опубликованная в [3].

Исходное устройство было рассчитано на зарядку никель-кадмиевых аккумуляторов током до 350 мА и использовало «заряд постоянным напряжением с ограничением тока”.

Читайте также  Датчик света в автомобиле своими руками

Суть метода заключается в том, что сначала на разряженный аккумулятор подается номинальный ток.

По мере зарядки напряжение на АК растет, а ток остается неизменным.

Затем, при достижении напряжением установленного порога, дальнейший его рост прекращается, а ток начинает снижаться.

К моменту окончания зарядки, зарядный ток равен току саморазряда, и в этом состоянии АК может находиться в зарядном устройстве сколь угодно долго без перезаряда. Самое интересное, что некоторые фирмы-изготовители аккумуляторов рекомендуют именно этот метод для заряда SLA и не рекомендуют для Ni-Cd АК.

При переработке исходной схемы было принято решение создать универсальное зарядное устройство, предназначенное для зарядки 6- и 12-вольтовых SLA аккумуляторов наиболее распространенных емкостей. Для этого пришлось пересчитать токозадающие резисторы и изменить узел стабилизации напряжения. Использование всего двух зарядных напряжений позволило отказаться отделителя напряжения и заменить его на обычные подстроечные резисторы.

Кроме того, для облегчения теплового режима устройства, работающего при более высоких зарядных токах, и для повышения КПД микросхемы интегральных стабилизаторов КР142ЕН12 были заменены на более современные микросхемы КР142ЕН22. Главное отличие этих микросхем заключается в существенно более низкой разности напряжений вход/выход, при которой они могут работать. Для КР142ЕН12 это напряжение равно 3,5 В [4]. а для КР142ЕН22 — 1,1В [5]. Это позволило снизить напряжение на вторичных обмотках трансформатора и уменьшить размеры радиаторов, на которые устанавливаются микросхемы.

Функционально устройство можно разделить на две части—узел ограничения максимального тока (DA1.R1—R6) и стабилизатор напряжения (DA2, R7—R9). Обе эти части выполнены по типовым схемам и в пояснении не нуждаются.

Переключателем SB3 выбирают максимальный зарядный ток, a SB2—конечное напряжение на АК. При этом секция SB2. 1 переключает вторичную обмотку трансформатора, снижая напряжение при зарядке 6-вольтовых АК.

При изготовлении этого устройства можно рекомендовать следующие типы деталей и их замены. Токозадающие резисторы R2— R6 применены типа С5-1 6В. С5-1 6МВ соответствующих мощностей. Как показала практика, на мощности лучше не экономить. Устройство рассчитано на длительную непрерывную работу, и все элементы желательно выбирать с запасом. Это, помимо увеличения надежности, позволит улучшить тепловой режим. При отсутствии указанных резисторов их можно изготовить самостоятельно из высокоомного провода. Точность изготовления здесь не играет большой роли, т. к. величина начального зарядного тока может быть до 0.25С (производители для некоторых типов АК допускают максимальный зарядный ток до 0,4С).

Для самостоятельного расчета токозадающих резисторов используется формула: где R — сопротивление резистора в омах, UQ,, — внутреннее опорное напряжение микросхемы в вольтах (для КР142ЕН22 и КР142ЕН12— 1 ,25В), 1мр макс— максимальный ток заряда для данного типа АК (до 0,25С) в амперах

В качестве подстроенных резисторов желательно взять многооборотные СП5-2, СП5-3 или их импортный аналог — 3296W. При снижении точности установки выходного напряжения можно применить и более дешевые, однооборотные. Конденсатор С1 — К50-16, К50-35 или импортный аналог. В качестве

конденсаторов С2, СЗ можно применить металлопленочные типа К73 или, при увеличении стоимости, керамические—К10-17. КМ-6. При наличии свободного места в корпусе импортные диоды типа 1N5400 (3А, 50 В) крайне желательно заменить на отечественные диоды в металлических корпусах типа Д231, Д242, КД203 и т. п. Эти диоды хорошо рассеивают тепло своими корпусами, и при работе в данном устройстве их нагрев практически незаметен (что не скажешь о примененных диодах в пластмассовом корпусе).

Понижающий трансформатор должен обеспечивать максимальный зарядный ток длительное время без перегрева. Напряжение на обмотке II составляет 12В (заряд 6-вольтовых АК). Напряжение на обмотке III, включаемой последовательно с обмоткой 11 при заряде 12-вольто-вых АК—8 В. Удобно применить для этих целей трансформаторы из серии ТН (трансформатор накальный). Они имеют несколько вторичных обмоток и при соответствующей коммутации позволяют получить необходимые напряжения.

При отсутствии микросхем КР142ЕН22 можно установить КР142ЕН12, но при этом надо учесть, что выходные напряжения на вторичных обмотках трансформатора придется увеличить на 5В. Кроме того, придется установить диоды, защищающие микросхемы от обратных токов [3].

Налаживание устройства следует начать с установки резисторами R8 и R9 необходимых напряжении на выходных клеммах устройства без подключения нагрузки. Резистором R8 устанавливается напряжение в пределах 14,5. 14,9В для заряда 12-вольтовых батарей. и R9—7,25. .7.45В для 6-вольтовых. Затем подключив нагрузочный резистор сопротивлением 4,7 Ом и мощностью не менее 10 Вт в режиме заряда 6-вольтовых батарей проверяют по амперметру выходной ток при всех положениях переключателя SB3.

Второй вариант устройства (рис. 2) выполнен на специализированной микросхеме фирмы SGS-Thompson.

Эта микросхема имеет в своем составе стабилизатор напряжения и цепи ограничения тока.

Наличие этих двух узлов в одном корпусе позволило создать более простое и экономичное зарядное устройство.

Подробную информацию на эту микросхему можно найти на сайте фирмы-изготовителя [6).

Можно конечно воспользоваться информацией из справочника, изданного фирмой “Додэка” [5], но следует учесть, что там она опубликована в урезанном виде и в ней нет части исходных данных для расчета.

Опорное напряжение узла ограничения тока этой микросхемы существенно ниже, чем у каскада, выполненного на стабилизаторах КР142ЕН12, КР142ЕН22.

Это, с одной стороны, заставляет применять еще более низкоомные, а значит и еще более дефицитные резисторы, но с другой стороны позволяет снизить их мощность. Формула для расчета токозадающих резисторов идентична приведенной выше формуле (1). При ее использовании для этой микросхемы следует в качестве Uon использовать величину 0,45В [6].

Микросхема стабилизатора включена по типовой схеме, рекомендуемой изготовителем. Резисторы R1—R5 задают максимальный зарядный ток, причем R5. задающий ток 150 мА, включен постоянно, и его параллельное подключение резисторам R1—R4 следует учитывать при расчетах Диод VD5 защищает АК от разряда через цепи микросхемы. Резистор R6 в паре с R7 или R8 образует узел установки выходного напряжения, конденсатор С2 обеспечивает стабильность работы.

Настройка этого устройства аналогична описанной выше. Сначала соответствующими резисторами без подключения нагрузки устанавливают номинальные напряжения на выходе, а затем при подключенной нагрузке проверяют выходной ток. Следует отметить, что устройство приведенное по схеме на рис 2, более чувствительно к сопротивлению всей токозадающей цепи, что связано с более низким опорным напряжением. Поэтому в изготовленном устройстве сопротивление проводников печатной платы, соединительных проводов и контактов переключателя SB3, складываясь с сопротивлением токозадающих резисторов может привести к заметному снижению зарядного тока (чем больше зарядный ток, тем больше влияет сопротивление токозадающей цепи) Для компенсации этой погрешности в каждом конкретном устройстве может потребоваться уменьшение сопротивления резисторов R1 —R5 относительно указанных на схеме величин.

При работе с описанными устройствами сначала устанавливают необходимые величины зарядного тока и напряжения, затем подключают АК и устройство включают в сеть. Возможность выбора зарядного тока позволяет в некоторых случаях ускорить заряд АК, установив ток более 0.1 С. Так, к примеру. АК емкостью 7,2 А ч можно заряжать током 1,5 А. не превышая при этом максимально допустимый зарядный ток 0,25С.

В заключение следует сказать несколько слово конструкции предложенных устройств. Корпус желательно использовать металлический. Это повысит пожаробезопасность устройства, которое зачастую работает без присмотра. Если в качестве понижающего будет использоваться трансформатор серии ТН. то его лучше всего выбрать пропитанным компаундом. Радиаторы для микросхем специально не рассчитывались, а, как часто бывает в радиолюбительской практике, выбирались из того, что есть. Для микросхем DA1.DA2 (рис 1 используются ребристые радиаторы (по одному на каждую микросхему) размерами 90×60 мм с высотой ребер 15 мм. Для второго варианта устройства используется один такой радиатор.

и желательной замене диодов говорилось выше. Здесь же хочется отметить, что не стоит использовать вместо них доступные сейчас монолитные диодные мосты. Попытка поставить в одно из изготовленных устройств мост типа КВРС101 (3А, 100 В), и КВРС801 (8 А, 100 В) привело к необходимости установки на него радиатора.

С. Малахов Литература:

1. Panasonic Valve Regulated Lead Acid Batteries http://www.panasonic.comfindustrial/ battery/oem/chem/seal/index. htm!

2. Кислотно-свинцовые аккумуляторные батареи широкого применения. — Радио. 2000, № 12. с. 43; 2001, № 1с. 45.

3. С. А. Бирюков. Устройства на микросхемах. Цифровые измерительные приборы, источники питания, любительские конструкции. — М.:Символ-Р. 1998. с. 150—162.

4. Микросхемы КР142ЕН12 —Радио, 1993, №8,с.41

5. Микросхемы для линейных источников питания и их применение —М.:Доджа, 1998г

Зарядные устройства для герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов

Дата публикации: 20 ноября 2011 .

В последнее время в продаже появились герметичные свинцовые кислотные аккумуляторы (SLA). Их используют в блоках резервного питания компьютеров (UPS), охранных и измерительных системах, фонарях и других приборах, требующих автономного питания. Из всего диапазона выпускаемых аккумуляторов в радиоэлектронных устройствах чаще всего используются аккумуляторы небольшой емкости 1,3—12 А-ч на напряжение 6 или 12 В. Устройства для их заряда и предлагается вашему вниманию.

По сравнению с никель-кадмиевыми SLA аккумуляторы (АКБ) имеют более низкую цену и в то же время более удобны в эксплуатации, особенно в тех случаях, когда нужна большая емкость. Подобные АКБ выпускают многие производители, и их параметры могут отличаться, поэтому перед использованием конкретного АКБ желательно изучить документацию на него.

Для устройств, предлагаемых в данной статье, все расчеты, выбор номинальных и максимальных зарядных токов производились на основе документации на АКБ широко известной фирмы Panasonic. Режимы заряда АКБ других фирм могут отличаться, и прежде всего, по максимально допустимому зарядному току. Но если принять за правило — заряжать АКБ зарядным током около 0,1 от их емкости, то можно суверенностью сказать, что предлагаемыми зарядными устройствами можно заряжать SLА аккумуляторы любых производителей.

В импортной документации принято обозначать зарядные/разрядные токи выражением— 0,1С; 0,2С и т. п., при этом буква С обозначает емкость АКБ в А-ч. Это выглядит более удобным, чем писать «0,1 от емкости АКБ», и в дальнейшем мы будем придерживаться этих обозначений.

Первый вариант зарядного устройства представлен на рис. 1.

Рисунок 1

Исходное устройство было рассчитано на зарядку никель-кадмиевых аккумуляторов током до 350 мА и использовало «заряд постоянным напряжением с ограничением тока». Суть метода заключается в том, что сначала на разряженный аккумулятор подается номинальный ток. По мере зарядки напряжение на АКБ растет, а ток остается неизменным. Затем, при достижении напряжением установленного порога, дальнейший его рост прекращается, атак начинает снижаться. К моменту окончания зарядки, зарядный ток равен току саморазряда, и в этом состоянии АКБ может находиться в зарядном устройстве сколь угодно долго без перезаряда. Самое интересное, что некоторые фирмы-изготовители аккумуляторов рекомендуют именно этот метод для заряда SLA и не рекомендуют для Ni-Cd АКБ.

При переработке исходной схемы было принято решение создать универсальное зарядное устройство, предназначенное для зарядки 6- и 12-вольтовых SLA аккумуляторов наиболее распространенных емкостей. Для этого пришлось пересчитать токозадающие резисторы и изменить узел стабилизации напряжения. Использование всего двух зарядных напряжений позволило отказаться от делителя напряжения и заменить его на обычные подстроенные резисторы.

Кроме того, для облегчения теплового режима устройства, работающего при более высоких зарядных токах, и для повышения КПД микросхемы интегральных стабилизаторов КР142ЕН12 были заменены на более современные микросхемы КР142ЕН22. Главное отличие этих микросхем заключается в существенно более низкой разности напряжений вход/выход, при которой они могут работать. Для КР142ЕН12 это напряжение равно 3,5 В [4], а для КР142ЕН22—1,1В [5]. Это позволило снизить напряжение на вторичных обмотках трансформатора и уменьшить размеры радиаторов, на которые устанавливаются микросхемы.

Функционально устройство можно разделить на две части—узел ограничения максимального тока (DA1, R1 —R6) и стабилизатор напряжения (DA2, R7—R9). Обе эти части выполнены по типовым схемам и в пояснении не нуждаются.

Переключателем SB3 выбирают максимальный зарядный ток, a SB2—конечное напряжение на АКБ. При этом секция SB2.1 переключает вторичную обмотку трансформатора, снижая напряжение при зарядке 6-вольтовых АКБ.

При изготовлении этого устройства можно рекомендовать следующие типы деталей и их замены. Токозадающие резисторы R2—R6 применены типа С5-16В, С5-16МВ соответствующих мощностей. Как показала практика, на мощности лучше не экономить. Устройство рассчитано на длительную непрерывную работу, и все элементы желательно выбирать с запасом. Это, помимо увеличения надежности, позволит улучшить тепловой режим. При отсутствии указанных резисторов их можно изготовить самостоятельно из высокоомного провода. Точность изготовления здесь не играет большой роли, т. к. величина начального зарядного тока может быть до 0.25С (производители для некоторых типов АКБ допускают максимальный зарядный ток до 0,4С).

Для самостоятельного расчета токозадающих резисторов используется формула:

R = Uоп./Iзар.max (1)

где R — сопротивление резистора в омах, Uoп — внутреннее опорное напряжение микросхемы в вольтах (для КР142ЕН22 и КР142ЕН12 — 1,25 В), Iзар.max — максимальный ток заряда для данного типа АКБ (до 0.25С) в амперах.

В качестве подстроенных резисторов желательно взять многооборотные СП5-2, СП5-3 или их импортный аналог—3296W. При снижении точности установки выходного напряжения можно применить и более дешевые, однооборотные. Конденсатор С1 — К50-16, К50-35 или импортный аналог. В качестве конденсаторов С2, СЗ можно применить металлопленочные типа К73 или, при увеличении стоимости, керамические—К10-17, КМ-6.

При наличии свободного места в корпусе импортные диоды типа 1N5400 (3 А, 50 В) крайне желательно заменить на отечественные диоды в металлических корпусах типа Д231, Д242, КД203 и т. п. Эти диоды хорошо рассеивают тепло своими корпусами, и при работе в данном устройстве их нагрев практически незаметен (что не скажешь о примененных диодах в пластмассовом корпусе).

Понижающий трансформатор должен обеспечивать максимальный зарядный ток длительное время без перегрева. Напряжение на обмотке II составляет 12 В (заряд 6-вольтовых АКБ). Напряжение на обмотке III, включаемой последовательно с обмоткой II при заряде 12-вольтовых АКБ — 8 В. Удобно применить для этих целей трансформаторы из серии ТН (трансформатор накальный). Они имеют несколько вторичных обмоток и при соответствующей коммутации позволяют получить необходимые напряжения.

Читайте также  Как рассчитать диодный мост для трансформатора?

При отсутствии микросхем КР142ЕН22 можно установить КР142ЕН12, но при этом надо учесть, что выходные напряжения на вторичных обмотках трансформатора придется увеличить на 5 В. Кроме того, придется установить диоды, защищающие микросхемы от обратных токов.

Налаживание устройства следует начать с установки резисторами R8 и R9 необходимых напряжений на выходных клеммах устройства без подключения нагрузки. Резистором R8 устанавливается напряжение в пределах 14,5. 14,9 В для заряда 12-вольтовых батарей, и R9 — 7,25.. .7,45 В для 6-вольтовых. Затем, подключив нагрузочный резистор сопротивлением 4,7 Ом и мощностью не менее 10 Вт в режиме заряда 6-вольтовых батарей проверяют по амперметру выходной ток при всех положениях переключателя SB3.

Второй вариант устройства (рис. 2) выполнен на специализированной микросхеме фирмы SGS-Thompson. Эта микросхема имеет в своем составе стабилизатор напряжения и цепи ограничения тока. Наличие этих двух узлов в одном корпусе позволило создать более простое и экономичное зарядное устройство.

Рисунок 2

Опорное напряжение узла ограничения тока этой микросхемы существенно ниже, чем у каскада, выполненного на стабилизаторах КР142ЕН12, КР142ЕН22. Это, с одной стороны, заставляет применять еще более низкоомные, а значит и еще более дефицитные резисторы, но с другой стороны позволяет снизить их мощность. Формула для расчета токозадающих резисторов идентична приведенной выше формуле (1). При ее использовании для этой микросхемы следует в качестве Uоп использовать величину 0,45 В.

Микросхема стабилизатора включена по типовой схеме, рекомендуемой изготовителем. Резисторы R1—R5 задают максимальный зарядный ток, причем R5, задающий ток 150 мА, включен постоянно, и его параллельное подключение резисторам R1—R4 следует учитывать при расчетах. Диод VD5 защищает АКБ от разряда через цепи микросхемы. Резистор R6 в паре с R7 или R8 образует узел установки выходного напряжения, конденсатор С2 обеспечивает стабильность работы.

Настройка этого устройства аналогична описанной выше. Сначала соответствующими резисторами без подключения нагрузки устанавливают номинальные напряжения на выходе, а затем при подключенной нагрузке проверяют выходной ток. Следует отметить, что устройство, приведенное по схеме на рис. 2, более чувствительно к сопротивлению всей токозадающей цепи, что связано с более низким опорным напряжением. Поэтому в изготовленном устройстве сопротивление проводников печатной платы, соединительных проводов и контактов переключателя SB3, складываясь с сопротивлением токозадающих резисторов может привести к заметному снижению зарядного тока (чем больше зарядный ток, тем больше влияет сопротивление токозадающей цепи). Для компенсации этой погрешности в каждом конкретном устройстве может потребоваться уменьшение сопротивления резисторов R1—R5 относительно указанных на схеме величин.

При работе с описанными устройствами сначала устанавливают необходимые величины зарядного тока и напряжения, затем подключают АКБ и устройство включают в сеть. Возможность выбора зарядного тока позволяет в некоторых случаях ускорить заряд АКБ, установив ток более 0,1 С. Так, к примеру, АКБ емкостью 7,2 А-ч можно заряжать током 1,5 А, не превышая при этом максимально допустимый зарядный ток 0.25С.

В заключение следует сказать несколько слов о конструкции предложенных устройств. Корпус желательно использовать металлический. Это повысит пожаробезопасность устройства, которое зачастую работает без присмотра. Если в качестве понижающего будет использоваться трансформатор серии ТН, то его лучше всего выбрать пропитанным компаундом.

Радиаторы для микросхем специально не рассчитывались, а, как часто бывает в радиолюбительской практике, выбирались из того, что есть. Для микросхем DA1, DA2 (рис. 1) используются ребристые радиаторы (по одному на каждую микросхему) размерами 90×60 мм с высотой ребер 15 мм. Для второго варианта устройства используется один такой радиатор.

О желательной замене диодов говорилось выше. Здесь же хочется отметить, что не стоит использовать вместо них доступные сейчас монолитные диодные мосты. Попытка поставить в одно из изготовленных устройств мост типа КВРС101 (3 А, 100 В), и КВРС801 (8 А, 100 В) привело к необходимости установки на него радиатора.

Рекомендации по эксплуатации герметичных свинцовых аккумуляторов

Герметичные свинцовые аккумуляторы обычно производятся по двум технологиям — гелевые и AGM. В статье подробнее рассмотрены отличия и особенности этих двух технологий. Даны общие рекомендации по эксплуатации таких аккумуляторов.

Герметичные свинцовые аккумуляторы обычно производятся по двум технологиям — гелевые и AGM. В статье подробнее рассмотрены отличия и особенности этих двух технологий. Даны общие рекомендации по эксплуатации таких аккумуляторов.

Основные типы АКБ рекомендованные для применения в автономных солнечных энергосистемах:Неотъемлемой компонентом автономных солнечных энергосистем являются необслуживаемые аккумуляторные батареи большой емкости. Такие АКБ гарантируют неизменное качество и сохранение функциональных возможностей на протяжения всего заявленного жизненного цикла.

Технология AGM — (Absorbent Glass Mat) На русский язык это можно перевести как “поглощающее стекловолокно”. В качестве электролита также используется кислота в жидком виде. Но пространство между электродами заполнено микропористым материалом-сепаратором на основе стекловолокна. Это вещество действует как губка, оно полностью всасывает всю кислоту и удерживает её, не давая растекаться.

При протекании химической реакции внутри такого аккумулятора также образуются газы (в основном водород и кислород, их молекулы являются составными частями воды и кислоты). Их пузырьки заполняют некоторые из пор, при этом газ не улетучивается. Он принимает непосредственное участие в химических реакциях при подзарядке батареи, возвращаясь обратно в жидкий электролит. Этот процесс называется рекомбинацией газов. Из школьного курса химии известно, что круговой процесс не может быть 100% эффективным. Но в современных AGM аккумуляторах эффективность рекомбинации достигает 95-99%. Т.е. внутри корпуса такого аккумулятора образуется ничтожно малое количество свободного ненужного газа и электролит не меняет своих химических свойств на протяжении многих лет. Тем не менее, истечению очень долгого времени свободный газ создает внутри батареи избыточное давление, когда оно достигает определенного уровня, срабатывает специальный выпускной клапан. Этот клапан также защищает батарею от разрыва в случае возникновения внештатных ситуаций: работа в экстремальных режимах, резкое повышение температуры в помещении из-за внешних факторов и тому подобное.

Основные преимуществом аккумуляторов AGM перед технологией GEL, является более низкое внутреннее сопротивление аккумулятора. Прежде всего это влияет на время заряда АКБ, которое в автономных системах сильно ограничено, особенно в зимнее время. Таким образом, АКБ AGM быстрее заряжается, а значит быстрее выходит из режима глубокого разряда, который губителей для обоих типов АКБ. Если система автономная, то при использовании АКБ AGM ее КПД будет выше, чем у такой же системы с АКБ GEL, т.к. для заряда АКБ GEL требуется больше времени и мощности, которых может не хватать в пасмурные зимние дни. При отрицательных температурах гелевый аккумулятор сохраняет больше емкости и считается более стабильным, но как показывает практика, в пасмурную погоду при слабых токах заряда и отрицательный температурах, гелевый аккумулятор не будет заряжаться из-за высокого внутреннего сопротивления и «задубевшего» гелевого электролита, в то время как аккумулятор AGM будет заряжаться при малых токах зарядки.

Специальное техническое обслуживание батарей AGM не требуется. АКБ изготовленные по технологии AGM не требуют обслуживания и дополнительной вентиляции помещения. Недорогие АКБ AGM прекрасно работают в буферном режиме с глубиной разряда не более 20%. В таком режиме служат до 10-15 лет.

Если же их использовать в циклическом режиме и разряжать хотя бы до 30-40%, то их срок службы существенно сокращается. АКБ AGM часто используются в недорогих бесперебойниках (UPS) и небольших автономных солнечных энергосистемах. Тем не менее, в последнее время появились AGM батареи, которые рассчитаны на более глубокие разряды и цикличные режимы работы. Конечно, по своим характеристикам они уступают АКБ GEL, но прекрасно работают в автономных солнечных системах энергоснабжения.

Но главная техническая особенность AGM аккумуляторов, в отличие от стандартных свинцово-кислотных АКБ, — возможность работы в режиме глубокого разряда. Т.е. они могут отдавать электрическую энергию на протяжении длительного времени (часы и даже сутки) до состояния, когда запас энергии падает до 20-30 % от первоначального значения. После проведения зарядки такого аккумулятора он практически полностью восстанавливает свою рабочую емкость. Конечно, совсем бесследно такие ситуации проходить не могут. Но современные AGM аккумуляторы выдерживают от 600 и выше циклов глубокой разрядки.

Кроме того, у AGM батарей очень малый ток саморазряда. Заряженная батарея может храниться неподключенной долгое время. Например, за 12 месяцев простоя заряд аккумулятора упадет всего до 80% от первоначального. AGM аккумуляторы обычно имеют максимальный разрешенный ток заряда 0,3С, и конечное напряжение заряда 15-16В. Такие характеристики достигаются не только за счет конструктивных особенностей AGM технологии. При изготовлении батарей используются более дорогие материалы с особыми свойствами: электроды изготавливаются из особо чистого свинца, сами электроды делают более толстыми, в электролит входит серная кислота высокой степени очистки.

Технология GEL — ( Gel Electrolite) В жидкий электролит добавляют вещество на основе двуокиси кремния (SiO2), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. Этой массой и заполнено пространство между электродами внутри аккумулятора. В процессе химических реакций в толще электролита возникают многочисленные газовые пузыри. В этих порах и раковинах происходит встреча молекул водорода и кислорода, т.е. газовая рекомбинация.

В отличие от AGM технологии, гелевые аккумуляторы ещё лучше восстанавливаются из состояния глубокого разряда, даже в том случае, когда к процессу заряда не приступили сразу же после зарядки батарей. Они способны перенести более 1000 циклов глубокой разрядки без принципиальной потери своей емкости. Так как электролит находится в густом состоянии, то он менее подвержен расслоению на составные части воду и кислоту, поэтому гелевые аккумуляторы лучше переносят плохие параметры тока подзаряда.

Пожалуй, единственный минус гелевой технологии – цена, она выше, чем у AGM батарей такой же емкости. Поэтому использовать гелевые аккумуляторы рекомендуется в составе сложных и дорогих систем автономного и резервного электроснабжения. А так же в случаях, когда отключения внешней электрической сети происходят постоянно, с завидной цикличностью. АКБ GEL лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Также, они лучше переносят сильные морозы. Снижение емкости при понижении температуры аккумуляторов также меньше, чем у других типов аккумуляторов. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения, когда батареи работают в циклических режимах (заряжаются и разряжаются каждый день) и нет возможности поддерживать температуру аккумуляторов в оптимальных пределах.

Почти все герметичные аккумуляторы могут устанавливаться на боку.
Гелевые аккумуляторы тоже отличаются по назначению — есть как общего назначения, так и глубокого разряда. Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.

Гелевые аккумуляторы имеют примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM аккумуляторы. Также, они менее болезненно переносят глубокий разряд. Одним из основных преимуществ гелевых аккумуляторов перед AGM является существенно меньшая потеря емкости при понижении температуры аккумулятора. К недостаткам можно отнести необходимость строгого соблюдения режимов заряда.

Поэтому гелевые аккумуляторы рекомендуется применять там, где требуется обеспечить долгий срок службы при более глубоких режимах разряда, а также, если температура аккумуляторов опускается ниже 5 градусов Цельсия.

Батареи AGM идеальны для работы в буферном режиме, в качестве запасного варианта при редких перебоях электроэнергии. В случае слишком частого подключения в работу просто уменьшается их жизненный цикл. В таких случаях использование гелевых аккумуляторов бывает экономически более оправдано.

Системы на основе технологий AGM и GEL обладают особыми свойствами, которые просто необходимы для решения задач в области автономного энергоснабжения.

Аккумуляторы, изготовленные по технологиям AGM и GEL, являются свинцово-кислотными АКБ. Они состоят из схожего набора составных частей. В надежный пластиковый корпус, обеспечивающий необходимую степень герметизации, помещены пластины-электроды изготовленные из свинца или его особых сплавов с другими металлами. Пластины погружены в кислотную среду — электролит, который может выглядеть как жидкость, или быть в другом, более густом и менее текучем состоянии. В результате протекающих химических реакций между электродами и электролитом вырабатывается электрический ток. При подаче внешнего электрического напряжения заданной величины на клеммы свинцовых пластин, происходят обратные химические процессы, в результате которых батарея восстанавливает свои первоначальные свойства, заряжается.

Также существуют специальные АКБ по технологии OPzS, которые специально разработаны для «тяжелых» цикличных режимов.
Данный тип АКБ создавались специально для использования в системах автономного электроснабжения. Они имеют пониженное газовыделение, допускают много циклов заряд/разряда до 70% от номинальной емкости без повреждения и значительного сокращения срока службы. Но данный тип АКБ не пользуется высоким спросом в России из-за достаточно высокой стоимостью АКБ по сравнению с технологиями AGM и GEL.

Основные правила эксплуатации аккумуляторных батарей

1. Не допускайте хранения АКБ в разряженном состоянии. В этом случае происходит сульфатация электродов. В этом случае АКБ теряет емкость и существенно сокращается срок службы АКБ.

2. Не допускайте короткого замыкания клемм АКБ. Это может происходить при монтаже АКБ неквалифицированным персоналом. Сильный ток короткого замыкания заряженного АКБ способен расплавить контакты клемм и нанести термический ожог. Короткое замыкание также наносит серьезный ущерб АКБ.

3. Не пытайтесь вскрывать корпус необслуживаемого аккумулятора. Содержащийся внутри электролит способен вызвать химический ожог.

4. Подключайте АКБ в устройство только в правильном соответствии с полярностью. Полностью заряженный АКБ имеет значительный запас энергии и способен при неправильном подключении вывести устройство (инвертор, контроллер и т.д.) из строя.

5. Не забудьте утилизировать отслужившую свой срок батарею в соответствии с правилами утилизации для изделий, содержащих тяжелые металлы и кислоты.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ: