Заряд аккумулятора

Примечание. В герметичных, так называемых «необслуживаемых», аккумуляторах приняты специальные меры, чтобы при рекомендованном токе заряда точка газовыделения находилась за пределами зарядной характеристики, то есть вообще не происходило газовыделения.

После завершения четвертой стадии зарядный ток отключают. Напряжение на аккумуляторе скачком уменьшается на величину омических потерь (точки 6-7), после чего происходит разряд емкости поляризации на сопротивление поляризации. При этом напряжение на электродах аккумулятора постепенно уменьшается, пока не достигнет значения собственной равновесной э.д.с., примерно равной 2,1 В (точки 7-8). Значение равновесной э.д.с. определяется различными факторами, в том числе плотностью электролита, достигнутой в процессе заряда. Этот период (хотя он и не является зарядом, так как зарядный ток отключен) можно условно считать пятой стадией, потому что на этой стадии продолжаются процессы, характерные для заряда — выравнивание плотности электролита у электродов и между ними.

На практике ход зарядных процессов и их продолжительность могут выглядеть несколько иначе, поскольку они зависят от тока заряда, температуры, степени разряжен-ности аккумулятора и его общего состояния.

После рассмотрения особенностей зарядного процесса видно, что широко известные так называемые автоматические зарядные устройства не обеспечивают оптимальной зарядки и сохранности аккумулятора, потому что одни из них просто выдерживают зарядный ток определенное время, а затем отключают или снижают, другие отключают зарядный ток по достижении определенной величины напряжения на аккумуляторе. В первом случае не учитывается степень начальной заряженности аккумулятора, что в большинстве случаев приводит к перезаряду, выкипанию электролита и порче аккумулятора. Во втором случае никогда не достигается четвертая стадия (100% заряд), так как порог отключения устанавливается ниже точки 5 (рис. 2), а желание максимально повысить этот порог приводит к тому, что отключения может вообще не произойти, поскольку положение точки 5 зависит от индивидуальных особенностей каждого аккумулятора, температуры и тока заряда.

Исходя из сказанного, можно выработать рекомендации, которым должно отвечать автоматическое зарядное устройство, способное обеспечить оптимальный заряд и сохранность аккумулятора:

  1. Для заряда аккумулятора нужно использовать источник тока. Причем его максимально возможное выходное напряжение должно превышать напряжение аккумуляторной батареи (из расчета из > 2,7В х N, где N — количество аккумуляторов в батарее).
  2. Перед тем как начать заряд, аккумулятор желательно (но не обязательно) разрядить током 0,1С до напряжения 1,81-1,83 В.
  3. В процессе заряда нужно следить не за абсолютным значением напряжения на аккумуляторе, а за характером его изменения. По достижении III стадии оно начнет довольно быстро возрастать, а затем это возрастание прекращается. Если после прохождения III стадии напряжение будет оставаться неизменным или понизится на доли вольта в течение 15-30 мин, то это будет означать, что для данного аккумулятора достигнута IV стадия заряда. В зависимости от необходимости десульфатации процесс заряда на этой стадии можно либо сразу прекратить, либо продолжать в течение 2-3 часов.
  4. По окончании заряда зарядный ток может быть полностью отключен. Однако, чтобы аккумулятор всегда был в полной готовности со 100% зарядом, зарядный ток нужно не отключать, а уменьшить до величины, необходимой для компенсации саморазряда. Для каждого аккумулятора эта величина может быть разной. Она должна быть такой, чтобы при протекании тока напряжение на аккумуляторе находилось в пределах 2,13-2,16 В. В таком «спящем» режиме аккумулятор может находиться сколько угодно без пагубных последствий и всегда быть в состоянии полной готовности.
  5. Для профилактики, устранения сульфата-ции электродов и восстановления емкости аккумулятора необходимо периодически производить так называемые тренировочные зарядно-разрядные циклы. Для проведения такой процедуры аккумулятор должен быть разряжен током 0,1С до напряжения 1,81-1,83 В, а затем сразу заряжаться до точки 6 (рис. 2). Затем аккумулятор снова полностью разряжается и полностью заряжается. Таких циклов может быть проведено несколько. На каждом цикле разряда измеряется время разряда и вычисляется емкость аккумулятора. Если текущая емкость оказалась больше предыдущей, то тренировочные циклы целесообразно продолжать до тех пор, пока не будет достигнут максимальный результат. Здесь необходимо сделать важное замечание. Дело в том, что большинство современных зарядных устройств с выходным током больше 2-3 А строятся пока еще на базе регулируемых тиристорных выпрямителей. Зарядный ток, получаемый от таких выпрямителей, представляет собой последовательность импульсов, у которых в процессе регулирования изменяются амплитуда, форма и скважность.

Между тем, измерители зарядного тока, применяемые в таких устройствах, как правило, измеряют среднее значение этого тока, которое в данном случае может в несколько раз отличаться от действующего значения. А именно действующее значение импульсного зарядного тока характеризует энергию, передаваемую аккумулятору, так как, по определению, действующее значение тока любой формы равно по величине постоянному току, который выделяет такую же мощность на том же сопротивлении.

При этом кроме возможной порчи аккумулятора будет складываться неправильное представление о его емкости, поскольку он зарядится гораздо быстрее, чем положено. Поэтому при проектировании зарядных устройств, которые используют импульсный ток, необходимо обращать на это внимание и измерять действующее значение тока заряда.

Во многих зарядных устройствах, использующих импульсные токи, предусмотрен режим асимметричного тока, когда параллельно заряжаемому аккумулятору подключается нагрузка, через которую он разряжается в промежутках между зарядными импульсами. То, что такой режим способствует десульфатации электродов — сомнительно. Как было рассмотрено выше, разложение сульфата свинца происходит на четвертой стадии заряда. При заряде асимметричным током аккумулятор получает так называемые электрические удары, которые способствуют «стряхиванию» частичек сульфатной пленки с поверхности электродов, а не разложению сульфата. При этом засоряется электролит и образуется осадок, который через некоторое время (при частом использовании подобного метода) замыкает электроды и увеличивает ток саморазряда.

Следует помнить, что процесс разряда также важен для сохранности аккумулятора, как и процесс заряда. Номинальная емкость аккумуляторов, за исключением особых случаев, регламентируется для тока разряда 0,1С при нормальной температуре. При разряде большими токами емкость аккумулятора уменьшается. Так, при разряде током, близким к С, емкость может уменьшаться до 50% от номинальной. При понижении температуры емкость аккумулятора также уменьшается. Это уменьшение составляет примерно 1%/°С. В обоих случаях уменьшение емкости связано с ограниченностью скорости протекания химических процессов, в результате которых вырабатывается энергия. Это свойство необходимо учитывать при проектировании устройств, в которых аккумулятор предполагается использовать при повышенных токах разряда, например, в устройствах бесперебойного питания.

В ходе разряда снижается плотность электролита из-за пассивации кислоты сульфатом свинца. Начиная с определенного момента эти химические преобразования становятся необратимыми и приводят к порче электродов. Поэтому нельзя допускать разряд аккумулятора ниже 1,8 В, а также оставлять его в разряженном состоянии на длительное время.

Опыт показал, что соблюдение приведенных рекомендаций позволяет увеличить срок службы аккумулятора примерно в полтора раза при эксплуатации его на больших разрядных токах. При токах разряда, не превышающих 0,2С, срок службы может быть увеличен в несколько раз. Здесь, конечно, не идет речь о тех аккумуляторах, у которых активная масса осыпается сама собой из-за некачественного изготовления.

21 Май 2013

Ваш отзыв