Способы заряда аккумуляторных батарей

Способы заряда аккумуляторных батарей

Заряд аккумуляторных батарей производят от источника постоянного тока. При этом положительный полюс источника соединяют с положительным выводом батареи, а отрицательный — с отрицательным. Для протекания зарядного тока необходимо, чтобы напряжение зарядного устройства было больше э. д. с. батареи.

Наиболее широко распространены два способа заряда: при постоянном зарядном токе и постоянном напряжении. Реже применяются модифицированный заряд, при котором изменяются ток и напряжение, и ускоренный заряд, представляющий собой заряд большими токами.

При любом способе заряда температура электролита в батареях должна быть не выше 35 °С.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Заряд при постоянном зарядном токе. Применяется на зарядных станциях и в аккумуляторных отделениях автотранспортных предприятий. Достигается постоянство зарядного тока различными способами: регулированием напряжения зарядного агрегата; изменением сопротивления реостата, включенного в цепь заряда; применением различных стабилизаторов тока.

Большинство зарядных агрегатов (устройств) имеют либо ступенчатую, либо плавную регулировку напряжения за счет изменения коэффициента трансформации. Поэтому периодически, по мере изменения зарядного тока, вращением рукоятки устанавливают необходимый зарядный ток. При включении в зарядную цепь реостата происходят непроизводительные потери электроэнергии на нагрев реостата.

Стабилизаторы тока пока не получили распространения в эксплуатации.

При заряде током постоянной силы рекомендуемый зарядный ток 0,1 Си А (С20 — номинальная емкость аккумуляторной батареи). При заряде таким током вначале почти вся электроэнергия идет на основные реакции. Когда батарея будет заряжена на 85—90 %, для поддержания требуемой силы тока заряда необходимо повысить напряжение до значения, при котором начинается разложение воды, сопровождающееся выделением на поверхности электролита пузырьков водорода и кислорода. На разложение воды расходуется дополнительная энергия. Поэтому для заряда полностью разряженной батареи методом постоянного тока необходимо ей сообщить в 1,2—1,5 раза большее количество электричества по сравнению с полученным при разряде. В конце заряда при положительных температурах электролита напряжение на одном аккумуляторе может достигать 2,7 В. При этом наблюдается быстрое повышение температуры электролита. При повышении температуры электролита до 45 °С рекомендуется снизить зарядный ток в 2 раза или прекратить заряд для охлаждения электролита до 30—35 °С.

Батарея считается заряженной, если во всех аккумуляторах наблюдается постоянство величины плотности электролита в течение 2 ч.

Обычно на заряд от регулируемого источника подключается группа последовательно соединенных батарей (рис. 1, а) одной или близкой по величине емкости. Если зарядный агрегат обеспечивает большие токи, к нему можно подключить параллельно несколько групп батарей (рис. 1, б) с включенными последовательно в каждой группе реостатом и амперметром. Аналогичная схема включения применяется и при нерегулярном источнике тока.

Количество последовательно соединенных батарей в группе подбирают в зависимости от максимального выходного напряжения зарядного агрегата исходя из того, чтобы на каждый аккумулятор приходилось напряжение 2,7 В.

Количество групп батарей, подключаемых параллельно для одновременного заряда, принимается в зависимости от силы тока, которую обеспечивает зарядный агрегат, и силы токов заряда отдельных групп и определяется из условия, что сумма токов всех групп не должна превышать величину тока зарядного агрегата.

Если в разных группах различные типы батарей, то расчет сопротивления реостата ведется отдельно для каждой группы.

Заряд при постоянстве напряжения. Редко применяется на зарядных станциях. При этом способе напряжение в процессе заряда поддерживается постоянным, а зарядный ток изменяется следующим образом. В начале заряда э. д. с. аккумуляторной батареи понижена (из-за низкой плотности электролита), и ток достигает наибольших значений [до (1,0-М,5) СгоА]. В процессе заряда, когда э. д. с. батареи постепенно возрастает, сила тока понижается. К концу заряда сила тока уменьшается до значений, меньших 0,1С20. В стационарных условиях напряжение заряда при использовании данного способа должно быть 2,3—2,4 В на аккумулятор.

Продолжительность заряда при постоянном напряжении практически одинакова с продолжительностью заряда при постоянном токе.

Преимуществом рассматриваемого способа является меньшее газовыделение в конце заряда вследствие меньшего напряжения. Недостатком является необходимость применения более мощного зарядного агрегата по сравнению с методом заряда постоянным током. При этом его мощность полностью используется только в начале заряда.

Заряд при постоянном напряжении используется в процессе эксплуатации батареи на автомобиле. Однако на автомобиле батарея работает в циклическом режиме, когда кратковременный разряд чередуется с зарядом. Поэтому сильно разряженную батарею не приходится заряжать на автомобиле, и указанные выше недостатки не проявляются.

При сильной разряженности батареи ее снимают с автомобиля для подзаряда или, не снимая, заряжают ускоренным методом от постороннего источника.

Ускоренный заряд. Применяется в случаях чрезмерного разряда батареи в процессе эксплуатации и при необходимости восстановить ее работоспособность в короткое время. Причиной повышенного разряда может явиться неисправность генераторной установки на автомобиле.

Достоинством ускоренного заряда, кроме сокращения времени заряда, является исключение трудозатрат на снятие батареи с автомобиля, ее доставку в зарядное отделение и установку обратно на автомобиль.

Ускоренный заряд производится токами, численно равными 0,7—0,9 номинальной емкости. Так как целью ускоренного заряда является восстановление работоспособности батареи, его проводят не до полной заряженности батареи. Критерием окончания ускоренного заряда является равенство количества электричества, получаемого батареей при заряде, той величине емкости, на которую она разряжена. Такое условие проведения ускоренного заряда исключает чрезмерный перезаряд, который при ускоренном заряде сильно снижает срок службы батарей. Для выполнения указанного условия установка Э411 для ускоренного заряда снабжена специальным устройством для точного определения степени разряженности.

Установка Э411 позволяет заряжать одновременно одну аккумуляторную батарею.

Режим ускоренного заряда может успешно применяться для быстрого повышения характеристик батареи при низкой температуре непосредственно перед пуском двигателя. Такой режим называют предпусковым подзарядом, проводят его в течение 7—10 мин.

Уравнительный заряд. Проводится током 0,1СгоА. При уравнительном заряде преследуется цель полностью обеспечить восстановление активных масс электродов всех аккумуляторов батареи. Заряд ведется до тех пор, пока во всех аккумуляторах плотность электролита не будет постоянной в течение 3 ч. Как правило, потребность в уравнительном заряде возникает у батарей после длительной эксплуатации, когда в батареях появляются аккумуляторы с повышенной степенью разряженности.

Правила техники безопасности при заряде аккумуляторных батарей. Заряд батарей, снятых с автомобиля, производится в зарядном отделении. При подготовке и проведении заряда необходимо учитывать опасность, которую представляет электролит при попадании на кожу человека, вредность паров кислоты, концентрация которых в воздухе при заряде сильно возрастает, и взрывоопасность выделяемого «гремучего газа» (смеси кислорода и водорода).

Поэтому неукоснительно должны выполняться следующие основные правила:
— батареи в группе, подготовленные для заряда, должны соединяться между собой посредством зажимов и наконечников, исключающих искрение;
— пробки, закрывающие наливные отверстия, должны быть вывернуты;
— подсоединение и отсоединение батареи производятся только при отключенной зарядной сети;
— заряд батарей должен осуществляться при включенной вытяжной вентиляции;
— контроль состояния батарей при заряде производится только денсиметром и вольтметром; запрещается подключать к батареям при заряде различного типа нагрузочные устройства, так как это может вызвать искрение и взрыв газов;
— все установки и коммутирующие устройства в зарядном помещении должны быть взрывобезопасными;
— в помещениях зарядного отделения запрещается пользоваться открытым огнем.

Методы заряда аккумуляторной батареи

Заряд нестабилизированным током

На рис. 1 изображена простейшая схема заряда аккумуляторной батареи (АБ).

Источник питания в данном случае нестабилизированный. Как правило, это трансформатор и выпрямительный диодный мост. Реостатом R1 устанавливается ток заряда.

Достоинством этого устройства является простота и, соответственно, низкая стоимость.

· зависимость тока заряда от напряжения в сети и степени заряженности аккумулятора;

· необходимость постоянного контроля процесса заряда и регулировки тока заряда;

· возможность перезаряда или недозаряда аккумулятора с вытекающими отсюда последствиями;

· невысокий КПД из-за рассеивания избыточной мощности на реостате.

Заряд стабилизированным током

На рис.2 изображена структурная схема зарядного устройства, работающего по следующему алгоритму. Устройство управления измеряет напряжение на клеммах аккумулятора и, если оно оказывается ниже нижнего порогового значения, включается ключ и происходит заряд установленным током. При достижении верхнего порога устройство управления отключает ключ и заряд прекращается. В случае понижения напряжения весь процесс повторяется.

§ отсутствует зависимость величины тока заряда от колебаний напряжения сети и степени заряженности аккумулятора;

§ как правило, более высокий КПД;

§ автоматизация процесса заряда.

· более сложное и, соответственно, дорогостоящее устройство;

· не всегда возможно зарядить аккумулятор до 100% емкости, особенно при большом зарядном токе;

· не исключена возможность перезаряда.

Поясним более подробно два последних недостатка. При заряде большим током напряжение на клеммах аккумулятора растет относительно быстро и до отключения аккумулятор не успевает набрать необходимую емкость. При малом токе напряжение на клеммах растет более медленно, аккумулятор при этом может набрать 100% емкости. Но этого тока может не хватить для достижения верхнего порога отключения. Аккумулятор начинает кипеть и, если не отключить зарядное устройство, возможен перезаряд.

Заряд стабилизированным напряжением

Этот способ заряда (рис.3) применяется, как правило, на автомобилях, когда необходимо быстро восстановить заряд аккумулятора.

Стабилизатором напряжения в этом случае является генератор постоянного тока, напряжение которого поддерживается автоматически с помощью реле-регулятора. Напряжение бортовой сети при этом должно быть 2,4 В при пересчете на одну банку (или 14,4 В на 12-вольтную батарею). В начале заряда ток имеет наибольшее значение вследствие значительной разности между напряжением источника и напряжением аккумулятора. При этом чем больше мощность зарядного источника тока и чем сильнее разряжен аккумулятор, тем больше зарядный ток. По мере заряда напряжение батареи возрастает и величина зарядного тока падает до минимального значения.

§ короткое время заряда;

§ автоматически уменьшается ток заряда по мере роста степени заряженности батареи.

· требуется точная установка напряжения источника зарядного тока во избежании систематического недозаряда или перезаряда;

· большой начальный зарядный ток.

Двухступенчатое зарядное устройство. Заряд по методу IU

Заряд АБ происходит в два этапа. Первый этап — заряд стабилизированным током (I). Второй этап — заряд стабилизированным напряжением (U). На рис.4 изображена структурная схема такого зарядного устройства.

Порог стабилизации по напряжению составляет 13,8 В на АБ или 2,3 В на банку. Несмотря на сложность алгоритма заряда, это вполне оправдано. Первый этап заряда (рис.5) позволяет относительно быстро набрать основную емкость аккумулятора, не доводя электролит до кипения. Если заряжать аккумулятор, применяя только режим стабилизации по току, то для полного заряда пришлось бы повышать напряжение на АБ более 2,3 В на банку и переходить точку кипения электролита. При этом повышается интенсивность электрохимических процессов в АБ и как следствие снижается срок ее службы. Кроме этого, к помещениям, в которых находятся аккумуляторы с напряжением содержания более 2,3 В на банку и более, предъявляются более жесткие требования по взрывобезопасности.

Для исключения перечисленных недостатков применяется второй этап — заряд стабилизированным напряжением. Зарядное устройство переходит в этот режим после достижения напряжения 2,3 В на банку. При этом происходит «мягкий» переход из одного режима в другой, без бросков тока, характерных для режима стабилизации только по напряжению. Ток начинает постепенно падать и через некоторое время уменьшается до величины, равной току саморазряда аккумулятора. В зависимости от качества, емкости АБ и температуры окружающей среды эта величина колеблется от десятков до сотен миллиампер. Такой алгоритм заряда сводит к минимуму процесс сульфитации, исключает перезаряд и позволяет зарядить аккумулятор до 100 % емкости. При этом можно не отключать длительное время аккумулятор от зарядного устройства, поддерживая его в постоянной готовности к работе. В качестве недостатков следует отнести более продолжительное время заряда и более высокую цену зарядного устройства.

Заряд асимметричным током

Существует множество публикаций о заряде кислотных АБ асимметричным током, суть которого заключается в чередовании разной величины импульсов заряда и разряда. Предполагается, что такой метод заряда повышает срок службы АБ, устраняет сульфитацию. На сегодняшний день нет единого мнения по этому поводу. Нет четкого обоснования величины, формы, длительности и периода этих импульсов. В эффективности этого способа заряда также существуют сомнения. Косвенным подтверждением этого может служить то, что зарядные устройства, серийно выпускаемые промышленностью, в том числе военной, такого режима не имеют.

Можно предположить, что положительный эффект все же существует. Но по критерию эффективность/сложность (стоимость) преимущество таких зарядных устройств далеко не очевидно.

Ускоренным зарядом называется режим заряда, при котором ток заряда превышает величину 10 % от номинальной емкости кислотной АБ. Время заряда при этом сокращается.

К недостаткам ускоренного заряда следует отнести повышенный износ АБ.

Заряд при длительном хранении

В случае, когда АБ продолжительное время не используется (например, на время зимнего периода), можно применять так называемый заряд уравнительным током, суть которого сводится к следующему. Заряд АБ производится малым током, равным току саморазряда аккумулятора. Такой режим заряда исключает саморазряд за счет компенсации внутренних утечек АБ. В зимнее время предотвращается замерзание электролита. Зарядное устройство представляет собой стабилизированный источник питания на напряжение 13,5 — 13,8 В с ограничением тока заряда до 100 — 150 мА (рис 6).

Применение стабилизатора напряжения позволяет исключить возможность сульфитации и перезаряда аккумулятора.

Кроме перечисленных способов заряда существуют и другие. Как правило, это комбинация из перечисленных выше способов.

Контрольно-тренировочный цикл заряда-разряда проводится для предотвращения сульфитации и определения емкости аккумулятора. Контрольно-тренировочные циклы проводятся не реже одного раза в год и выполняются следующим образом: заряжают АБ нормальным током (любым из описанных способов) до полного заряда; выдерживают АБ 3 часа после прекращения заряда; корректируют плотность электролита; включают зарядку на 20-30 минут для перемешивания электролита; проводят контрольную разрядку постоянным нормальным током 10-часового режима и контролируют время полного разряда до напряжения 1,7 В на банку (10,2 В на АБ); емкость батареи определяют как произведение величины разрядного тока и времени разряда. После контрольного разряда батарею сразу же ставят на зарядку и полностью заряжают. Если оказалось, что емкость АБ меньше 50% номинальной, она считается неисправной.

Неавтоматизированный контрольный разряд требует постоянного присутствия обслуживающего персонала для фиксации и регулировки тока разряда. Устройство автоматизированного тестирования стабилизацию тока разряда и подсчет емкости выполняет автоматически.

Температурный диапазон эксплуатации свинцово-кислотных АБ составляет — 30…+50°С. Идеальная температура для эксплуатации АБ составляет +20 ±5°С. Более высокие температуры могут привести к сокращению срока службы АБ. Более низкие температуры не сокращают срок службы, но уменьшают отбираемую емкость. Превышение температуры +55°С недопустимо. При замерах плотности электролита следует иметь в виду, что при повышении температуры электролита на 10°С плотность электролита уменьшается на 0,007 г/см3, а при понижении на 10°С увеличивается на 0,007 г/см3. Следует избегать длительной эксплуатации АБ при температурах выше +45°С. Во время разряда свинцовой АБ происходит снижение плотности электролита и при отрицательных температурах он замерзает. Область замерзания электролита примерно одинакова для всех типов свинцово-кислотных АБ и выглядит следующим образом:

Степень разряженности (доля снятой емкости по отношению к номинальной), %

Способы зарядки автомобильных аккумуляторов

Для зарядки автомобильного аккумулятора (аккумуляторной батареи, АКБ) необходимо использовать зарядное устройство (ЗУ), которое будет понижать сетевое напряжение в 220 В до требуемого порогового значения. Одновременно с работой в режиме трансформатора, т.е. с понижением напряжения, зарядное устройство работает и как выпрямитель. В течение всего времени своей работы, в зависимости от уровня зарядки аккумулятора, ЗУ должно регулировать напряжение через силу тока. Имеются всего три способа зарядки аккумулятора. Далее они будут рассмотрены.

Независимо от способа зарядки, необходимо время от времени контролировать температуру электролита – она не должна повышаться выше 45°С.

Способ №1 (метод постоянного тока)

В течение всего времени зарядки АКБ величина тока остаётся неизменной. Ток, который используется для зарядки аккумулятора, не должен превышать 0,12 числового значения номинальной ёмкости батареи. Например, если у батареи номинальная ёмкость равняется 70 А•ч, то наилучшим током для зарядки будет 7 А. Зарядное устройство должно иметь в своём составе регулятор, который позволит выдерживать постоянное значение тока во время зарядки АКБ.

Признаки полной зарядки:

1. электролит сохраняет постоянную плотность на протяжении 3 часов;
2. ток и напряжение заряда не меняются на протяжении не менее 1 часа.

За счёт постоянства тока поддерживается и постоянство напряжения. Это наиболее быстрый способ зарядки аккумуляторной батареи.

Отрицательная сторона этого способа – быстрое старение аккумулятора, т.е. снижение его ёмкости. Определённые неудобства доставляет необходимость постоянного контроля величины зарядного тока. По завершении зарядки происходит обильное выделение газообразных продуктов – это тоже нежелательное явление. Чтобы исключить газообразование, силу тока необходимо снижать ступенчато, увеличивая одновременно зарядное напряжение. Например, в батарее из ряда новых разработок (без отверстий для добавления воды) и ёмкостью в 60 А•ч, силу тока в 1,5 А можно установить при значении напряжения 15 В. В более старых вариантах, с доливкой воды, при той же ёмкости, силу тока следует установить в 3 А для уровня напряжения 14,4 В.

Способ №2 (метод постоянного напряжения)

Чаще всего используется при зарядке герметичных необслуживаемых свинцовых аккумуляторов, в которых нет возможности контролировать плотность электролита. По мере зарядки аккумулятора, повышается его внутреннее сопротивление, и зарядный ток уменьшается. Первоначальное значение силы зарядного тока зависит от следующих параметров:

1. напряжения на выходе источника питания;
2. количества последовательно включённых батарей и уровня их заряженности;
3. температуры электролита.

Величина зарядного тока для герметичных необслуживаемых свинцовых аккумуляторов допускается до значений 0,15 числового значения номинальной ёмкости батареи. Такие АКБ, при постоянном напряжении, будучи полностью разряженными, заряжаются довольно быстро: в течение 14 – 16 часов. Для сравнения: обычный свинцово-сурьмяный аккумулятор будет заряжаться не менее 24 часов.

При постоянном напряжении АКБ заряжаются в автоматическом режиме, участие человека не требуется.

Способ №3 (комбинированный метод)

Этот способ самый оптимальный, но в то же время непростой в плане практической реализации. Он совмещает в себе два предыдущих метода. В начале аккумулятор заряжается при постоянном токе, а в конце – при постоянном напряжении. Наиболее стабильные и надёжные АКБ работают именно по такому методу. При этом они на 100% автоматизированы, т.е. участие человека в зарядном процессе не требуется. Многие такие аккумуляторы даже сами отключаются при полной зарядке.

Способы заряда аккумуляторных батарей

Аккумуляторные батареи можно заряжать от любого источника постоянного тока при условии, что его напряжение больше, чем на­пряжение заряжаемой батареи. Для заряда положительный полюс источника тока должен быть соединен с положительным полюсом заряжаемой батареи, а отрицательный — с отрицательным.

Для любого момента заряда

где L/„ct — напряжение источника тока, В; Us — напряжение батареи в данный момент заряда, В; R — общее сопротивление зарядной це­пи, Ом.

Из этой формулы следует, что при равенстве напряжений за­рядного устройства и батареи зарядный ток равен нулю. Если на­пряжение батареи меньше напряжения зарядного устройства, за­ рядный ток больше нуля. Если напряжение батареи больше напряжения зарядного устройства, ток меняет первоначальное направление и батарея будет разряжаться.

Зарядные устройства имеют, как правило, падающую вольт- амперную характеристику — чем больше вызываемый ими ток, тем меньше их напряжение. Поэтому, если не применять специальных регулирующих устройств, с ростом напряжения аккумулятора при заряде ток заряда уменьшается. В большинстве случаев зарядные устройства снабжены системами, позволяющими регулировать и поддерживать постоянным один из электрических параметров — напряжение или ток заряда. В зависимости от того, какой электрический параметр регулируется, различают два основных способа заряда: при постоянном токе и при постоянном напряжении.

Заряд при постоянном токе (рис. 1.43,а) характеризуется сравнительной простотой аппаратурного оформления, так как устройства для поддержания постоянного тока обычно проще, чем устройства для поддержания постоянного напряжения. Процессы, происходящие в аккумуляторе в этом режиме, были подробно рассмотрены в подразделе 1.5.6. Удобством этого способа является простота расчета количества электричества, сообщенного батарее, как произведение тока и времени заряда.

Этот способ заряда имеет и свои недостатки. При малом токе время заряда велико. При большом токе к концу заряда ухудшается заражаемость и наблюдается значительное повышение температуры электролита, что снижает срок службы аккумуляторных батарей. Кроме того, инструкцией по эксплуатации рекомен­довано при повышении температуры электролита до 45°С снижать зарядный ток в 2 раза или прервать заряд для охлаждения элек­тролита до 30. 35°С.

Рис. 1.43. Способы заряда АКБ:

А) при постоянном токе; б) при постоянном напряжении; в) ступенчатым током; г) смешанный

Методом заряда при постоянном токе можно заряжать большое количество батарей. При этом общее число п последовательно включенных аккумуляторов не должно превышать UJ2,7, где U₃ — напряжение на зажимах зарядного устройства.

Заряд при постоянном напряжении характеризуется тем, что в первый момент зарядный ток достигает больших значений (рис. 1.43,6). Для полностью разряженных батарей он может составлять (1. 1,5)Сго- В процессе заряда, когда напряжение батареи постепен­но возрастает, сила тока понижается и к концу заряда становится заметно меньше, чем сила тока при заряде постоянным током. Сред­няя сила тока при правильно выбранном напряжении приблизитель­но равна 0,1 Сго А. Несмотря на различие в значениях силы тока при данном и предыдущем методах заряда на различных его этапах, об­щая продолжительность полного заряда батарей при обоих методах приблизительно одинаковая. Недостатком этого метода является также перегрев аккумулятора из-за большого начального тока.

На автомобиле заряд происходит при постоянном напряжении, по­этому при разряженной батарее в начале заряда может возникнуть большой ток, превышающий номинальный ток генератора. В этом слу­чае для предохранения генератора от перегрузки устанавливают спе­циальные ограничители тока либо это ограничение осуществляется за счет внутренних свойств самого генератора (самоограничение).

Для преодоления недостатков, присущих простым способам за­ряда — при постоянном токе или напряжении, используются также комбинированные способы заряда (рис. 1.43,в и г).

Заряд ступенчатым током (ступенчатый заряд) является сравнительно простым способом: сначала заряд проводят при но­минальном токе до заданного конечного напряжения, затем снижа­ют ток в 2. 3 раза и продолжают заряд опять до достижения задан­ного напряжения (см. рис. 1.43,в). Возможны также трех- и четы­рехступенчатые режимы заряда.

Смешанный способ предусматривает ограниченное время заря­да при постоянном токе, а затем перевод в режим заряда при по­стоянном напряжении (см. рис. 1.43,а). Возможны и разнообразные комбинации этих режимов. Во всех этих способах с целью сокра­щения времени заряда и уменьшения газовыделения используют в начальной стадии большие токи заряда, а в конечной — небольшие.

В процессе длительной эксплуатации плотность электролита и степень заряженности отдельных аккумуляторов в батарее могут быть различными. Поэтому необходимо (особенно перед началом зимней эксплуатации) провести так называемый уравнительный заряд. Он обеспечивается при постоянной силе тока, численно равной 10% номинальной емкости, как и заряд при постоянном то­ке, но в течение несколько большего времени, чем обычно. Его цель — обеспечить в аккумуляторной батарее полное восстановле­ние активных масс во всех электродах всех аккумуляторов. Уравни­тельный заряд нейтрализует действие глубоких разрядов на отри­цательные электроды и рекомендуется как мера, устраняющая суль- фатацию электродов. Заряд продолжается до тех пор, пока во всех аккумуляторах не будет наблюдаться постоянство плотности элек­тролита и напряжения в течение 3 ч.

При необходимости в короткое время быстро восстановить ра­ботоспособность сильно разряженной аккумуляторной батареи применяют так называемый форсированный заряд. Такой заряд может производиться токами, численно равными до 70% номи­нальной емкости, но в течение короткого времени — тем меньшего, чем больше ток.

В процессе форсированного заряда необходимо контролировать температуру электролита, и при достижении 45°С дальнейший заряд прекращать. Следует отметить, что применение форсированного заряда должно быть исключением, так как его сис­тематическое многократное повторение для одной и той же аккуму­ляторной батареи заметно сокращает срок ее службы.

Методы заряда аккумуляторных батарей

Аккумуляторные батареи заряжают от источника постоянного тока, на выво­дах которого напряжение выше зарядного напряжения заряжаемой батареи. При подключении к источнику тока положительный и отрицательный выводы батареи подсоединяются соответственно к положительным и отрицательным выводам источника.

Сила зарядного тока

где U_И.Т. — напряжение источника тока;

U₃ — зарядное напряжение аккумуляторной батареи;

R- суммарное сопротивление зарядной цепи.

В стационарных условиях аккумуляторную батарею можно заряжать при по­стоянной силе тока или при постоянном напряжении. Напряжение зарядного устройства уменьшается с увеличением силы тока. Для поддержания постоян­ным одного из основных параметров режима заряда необходимо применять ре­гулирующие устройства.

Заряд при постоянной силе тока. В этом случае заряжаемые батареи соединя­ются между собой последовательно и подключаются к зарядному устройству. Для поддержания постоянства силы тока в процессе заряда необходимо изменять напряжение источника тока или сопротивление зарядной цепи. Основные способы регулирования силы тока заряда: включение в цепь заряда последова­тельно с аккумуляторными батареями реостата; применение регуляторов тока, в частности, тиристорных, которые поддерживают постоянным среднее значение зарядного тока за счет периодического включения в цепь заряда дополнитель­ного резистора; изменение напряжения источника тока ручным или автоматиче­ским регулирующим устройством в соответствии с показаниями амперметра.

Большинство зарядных устройств получают питание от сети переменного тока и имеют трансформатор, поэтому допускают ступенчатую или плавную регулировку выходного напряжения за счёт изменения коэффициента транс­формации.

Число одновременно подключаемых на заряд батарей зависит от напряжения зарядного устройства или зарядной сети. Для обеспечения полного заряда 12-вольтовой батареи к ней нужно подвести напряжение 16,2 В, т.е. по 2,7 В на ка­ждый аккумулятор. Следовательно, число батарей с номинальным напряжени­ем 12 В, одновременно подключаемых к зарядному устройству, можно рассчи­тать по формуле:

где U_И.Т. — напряжение зарядного устройства (зарядной сети);

U_K.3. — напряжение батареи в конце заряда.

Количество групп батарей, которое одновременно можно подключить к за­рядному устройству, зависит от мощности последнего:

где m_r — число групп батарей;

Р_н — номинальная мощность зарядного устройства;

i_З — сила тока заряда;

i_Н — номинальный ток нагрузки зарядного устройства.

Сила зарядного тока 1₃ выбирается, исходя из выбранного режима заряда. При 10-часовом режиме заряда 1₃=0,1С₂₀ А, при 20-часовом I₃=0,05C₂₀ А.

Заряд при постоянстве силы тока отличается сравнительной простотой регу­лирующих устройств и обеспечивает полный заряд батарей. По силе тока и вре­мени заряда можно легко определить полученное батареей количество элект­ричества. Недостатком метода является большая продолжительность и обиль­ное газовыделение в конце заряда. Выделяющийся при электролизе воды газ создает видимость кипения электролита. Газовыделение и связанные с ним снижение уровня электролита, увеличение потерь энергии и температуры бата­реи уменьшаются при ступенчатом заряде. Чаще всего для этого используется контрольный заряд, состоящий из двух ступеней с различным уровнем зарядно­го тока. Первая ступень заряда током силой 0,1С₂₀ А продолжается до тех пор, пока напряжение на каждом аккумуляторе не поднимется до 2,4 В (14,4 В для 12-вольтовой батареи). На второй ступени сила тока составляет 0,05С₂о А и поддерживается постоянной до конца заряда.

КПД заряда зависит от силы зарядного тока, степени заряженности батареи и температуры электролита. КПД заряда в комнатных условиях при силе тока заряда, меньшей 0,1 С₂₀ А, для исправных батарей можно принять равным 0,85 — 0,90. Пределы регулирования включаемого последовательно с заряжаемыми бата­реями реостата можно определить по формулам;

где U_И.Т. — напряжение зарядного устройства;

U_H.3., U_K.3. — напряжение на выводах батареи соответственно в начале и в конце заряда;

n_б— число последовательно включенных аккумуляторных батарей.

Рис. 2.52. Заряд аккумуляторных батарей при

а — схема подключения батарей к зарядному устройству; б — характеристики заряда

Большая продолжительность заряда, необходимость постоянного контроля и регулирования зарядного тока, повышенный расход электроэнергии на электро­лиз воды, повышение температуры в конце заряда, отрицательное влияние пе­резаряда и высокой температуры на состояние электродов являются недо­статками способа заряда батарей при постоянной силе тока, которых можно хотя бы частично избежать при других способах заряда.

Заряд при постоянном напряжении. При этом способе заряда аккумуля­торные батареи подключают непо­средственно к источнику питания, на­пряжение которого поддерживается постоянным (рис. 2.52). По мере заряда ЭДС и напряжение на выводах акку­муляторов возрастают и зарядный ток уменьшается. В начальный момент си­ла тока заряда зависит от степени разряженности батареи, температуры электролита, величины выходного на­пряжения зарядного устройства и мо­жет достигать (1 -1,5)С₂₀ А.

Выбор оптимального значения за­рядного напряжения зависит от темпе­ратуры электролита и технического со­стояния батареи. Чем выше зарядное напряжение, тем интенсивнее заряд, но больше газовыделение и влияние других побочных факторов. При данном спосо­бе заряда возможен перегрев батареи вследствие большой силы тока в начале заряда. Заряд при постоянном напряжении затрудняется в условиях низких тем­ператур, так как резко возрастает внутреннее сопротивление батареи.

Способ заряда при постоянном напряжении отличается простотой, так как для поддержания необходимого режима заряда не нужны регулирующие уст­ройства. Зарядное напряжение на каждый аккумулятор должно составлять 2,4-2,5 В, следовательно, зарядное напряжение для 6-вольтовой батареи должно быть 7,2-7,5 В, а для 12-вольтовых — 14,4-15,0 В. Сила зарядного то­ка для каждой батареи устанавливается автоматически. В процессе заряда с увеличением ЭДС батареи сила тока уменьшается и к концу заряда практиче­ски понижается почти до нуля. Батарею можно зарядить до 90 — 95% от номи­нальной емкости.

Частным случаем заряда при постоянном напряжении является заряд по за­кону «ампер-часов», при. котором аккумуляторная батарея заряжается током силой, численно равной 95% емкости, которую надо сообщить батарее при пос­ледующем заряде. Сила зарядного тока при таком условии снижается. Процесс заряда будет форсированным, но с наименьшими потерями энергии, без пере­грева электролита и обильного газообразования. Заряд по закону «ампер-часов» позволяет обеспечить полный заряд батареи за 4-4,5 ч, а до 90% номинальной емкости батарея заряжается за 2,5 ч.

При постоянстве напряжения подзаряжаются батареи на автомобилях. Так как полный заряд батарей в этом случае невозможен, рекомендуется периоди­чески снимать батарею с машины и проводить полный заряд при постоянной си­ле тока в стационарных условиях.

Продолжительность заряда, ч

Рис. 2.53. Изменение напряжения на аккумуляторе U₃, силы тока i₃, температуры электролита t_эл и плотности электролита при модифицированном заряде

Модифицированный заряд. Целью модифицированного заряда является снижение силы тока в начальный период заряда и уменьшение влияния колебаний напряжения в зарядной сети на зарядный ток. В цепь заряда включается не­большой резистор. Напряжение зарядной сети поддерживается постоянным в пределах от 2,5 до 3,0 В на каждый аккумулятор. Оптимальное для свинцовых аккумуляторов напряжение 2,6 В обеспечивает заряд примерно за 8 ч.

Изменение параметров свинцового аккумулятора в процессе модифицирован­ного заряда при напряжении зарядной сети 2,63 В и добавочном сопротивлении 0,0091 Ом показано на рис. 2.53. Уже через 7 ч аккумулятор восстанавливает отданную при разряде емкость и далее в течение часа работает в режиме пе­резаряда.

Форсированный заряд. Для быстрого восстановления работоспособности силь­но разряженной аккумуляторной батареи проводят форсированный заряд током силой численно равной 0,7С₂о А. Время форсированного подзаряда должно быть тем меньше, чем больше сила тока заряда (30 мин при силе тока 0,7С₂о А, 45 мин при токе 0,5С₂₀ А и 90 мин при токе 0,ЗС₂₀ А). При повышении температуры электролита свыше 40°С заряд прекращается. Применять форсированный заряд можно только в исключительных случаях, так как многократное по­вторение такого способа заряда заметно сокращает срок службы аккуму­ляторной батареи.

Уравнительный заряд. При проведении уравнительного заряда токами мень­шими 0,1С₂₀ А обеспечивается выравнивание плотности электролита и степени заряженности отдельных аккумуляторов батареи, восстановление активных масс на электродах, нейтрализация действия глубоких разрядов на отрицатель­ный электрод. Уравнительный заряд обычно используется для устранения воз­можной сульфатации электродов и заканчивается через три часа после устано­вления постоянства плотности электролита.

Постоянный подзаряд малыми токами. Ток заряда силой 0,025 — 0,1 А выби­рается из условия компенсации теряемой батареей емкости при саморазряде. Подзаряд может осуществляться при постоянной силе тока или при постоянном напряжении как на транспортном средстве, так и в помещениях для хранения батарей. Непрерывный подзаряд позволяет поддерживать батарею в заряжен­ном состоянии, однако одновременно ускоряет процесс коррозии решеток поло­жительных электродов. На подзаряд малыми токами следует устанавливать только исправные и полностью заряженные батареи.

Контрольно-тренировочный цикл. Для батарей, залитых электролитом, конт­рольно-тренировочные циклы проводятся один раз в год и в тех случаях, когда нужно оценить пригодность батареи для дальнейшей эксплуатации. По резуль­татам контрольно-тренировочного цикла судят о техническом состоянии бата­реи, выявляют неисправные аккумуляторы в батарее, оценивают её возможно­сти по отдаче емкости.

Контрольно-тренировочный цикл включает в себя заряд батареи током силой 0,1 С₂₀ А до напряжения 2,4 В на каждом аккумуляторе, дальнейший полный за­ряд батареи током 0,05С₂₀ А, затем разряд постоянным током силой 0,05С₂₀ А до конечного разрядного напряжения на аккумуляторе 1,75 В.

Емкость, отданная при разряде батареи в контрольно-тренировочном цикле, приводится к температуре 25°С и сравнивается с номинальной. В период га­рантированного срока службы она не должна быть меньше 0,9С₂о- Если ем кость ниже 40% от номинальной, то батарея считается непригодной к экс­плуатации.

Blog-Mycar.ru

Все о ремонте, тюнинге, устройстве, эксплуатации автомобиля, советы, автоновости, автофакты

Правильная зарядка аккумулятора автомобиля

Зарядка аккумулятора автомобиля может потребоваться автомобилисту в любой сезон, но чаще всего нужда появляется в зимнее время года. Поначалу процесс кажется загадочным, ведь некоторые водители не знают, как заряжать АКБ, сколько времени для этого нужно и т.д. На самом деле зарядка аккумулятора – это довольно простая процедура, которая может быть проведена прямо на авто, в гараже или даже дома. Данная статья ответит на все вопросы, связанные с зарядкой АКБ автомобиля.

Заряжаемая аккумуляторная батарея

Время зарядки

Сегодня автомобилисты пользуются тремя способами зарядки аккумуляторной батареи:

• при подаче постоянного напряжения;
• на постоянном токе;
• комбинированным методом, где используются два предыдущих метода.

Мы пройдемся по каждому из этих методов, но сейчас нас интересует, сколько нужно заряжать автомобильный аккумулятор. Зарядка с использованием постоянного напряжения чаще всего используется с тем АКБ, которые полностью разряжены. Здесь перед автомобилистом встает задача обеспечить неизменность подаваемого напряжения. Отслеживать показатели можно на аккумуляторном индикаторе. Этот метод подразумевает, что батарея будет стоять на зарядке около 15 часов. Для свинцово-сурьмяного АКБ потребуются сутки.

Подзарядка аккумулятора автомобиля вторым методом должна выполняться током, показатель которого не превышает 1/10 от емкости АКБ. Этот предел относится к свинцово-сурьмяным батареям. Кальциевые аккумуляторы, изготовленными по гибридным технологиям, способны принять и более высокий ток. Такая зарядка аккумулятора автомобиля требует около 20 часов.

Что же собой представляет комбинированный метод зарядки? В нём используется современное зарядное устройство, которое полностью автоматизировано. В этом случае требуется снять батарею, хорошенько прочистить её и поставить на зарядку. Обычно устройство справляется за одну ночь. Но волноваться о времени нам не нужно, ведь ЗУ самостоятельно отключится при полной зарядке.

Способы зарядки аккумулятора

Мы разобрали, какое время зарядки автомобильного аккумулятора требуется при первом и втором методе. На практике никаких сложностей быть не должно, так как процесс мало чем отличается от зарядки другой электроники. Автомобильная батарея заряжается несколько другим образом, но суть не меняется.

Нужно понимать, что зарядка АКБ является технологическим процессом, который тоже имеет свои требования. При работе с аккумулятором необходимо иметь средства защиты – резиновые перчатки, которые невосприимчивы к химическим жидкостям. В любом случае, нам требуется исправное зарядное устройство.

Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора

Мы должны соблюдать следующие условия во время зарядки батареи:

1. Перед тем, как заряжать аккумулятор автомобиля, его нужно полностью очистить, а также визуально осмотреть вентиляционные отверстия.
2. При выборе способа с постоянным током нельзя заряжать аккумулятор дома – только в гараже или боксе, при этом в помещение должно вентилироваться.
3. Курить или держать открытый огонь возле батареи нельзя, независимо от выбранного способа.
4. Перед установкой батареи на зарядку, необходимо проверить состояние и уровень электролита.

Метод первый: постоянное напряжение

Процесс проходит довольно просто – зарядное устройство подключается к аккумулятору. При использовании постоянного напряжения АКБ лучше вынуть. Уровень заряженности зависит только от величины напряжения. Если выставить 14,4 V, то через сутки 12-вольтовая батарея будет заряжена примерно до 85%. При выставлении 15 V заряд дойдет до 90%. Идеальный вариант – это 16 V, с которыми аккумулятор заряжается до 97%.

Нужно брать в расчет внутреннее сопротивление и емкость АКБ. В зависимости от соотношения этих показателей, сила тока, которая проходит через него в начале зарядки, может превысить 50A. Чтобы не батарея не сгорела, на всех зарядных устройства присутствует ограничитель в 20-25A.

Метод второй: постоянный ток

Перед тем, как зарядить аккумулятор автомобиля при помощи постоянного тока, нужно проверить уровень заряда. Выше уже было сказано, что сила тока должна составлять 1/10 часть от емкости АКБ. К примеру, если батарея имеет емкость 60 А/ч, то для зарядки потребуется ток с силой 6 Ампер. Единственный минус метода с постоянным током – необходимость каждый час или проверять величину подаваемого тока и регулировать её.

Регулировка заключается в постоянном снижении силы тока. К примеру, когда напряжение дойдет до 14 V, силу тока нужно будет снизить в два раза. При 15 V мы должны понизить силу до 1.5 Ампер. Определить, что АКБ полностью заряжен можно по напряжению ЗУ, которое не меняется на протяжении двух часов. Теперь мы знаем, каким током заряжать автомобильный аккумулятор, так как переменный никак не подходит для АКБ в машине.

Метод третий: комбинированный

Именном такой метод используется в большинстве современных зарядных устройствах. Он самый простой и не требует контроля. В начале зарядка выполняется при помощи постоянного напряжения, а в конце – постоянным током. Зачастую зарядные устройства помещаются в багажное отделение. Когда разрядился автомобильный аккумулятор прямо в пути — это устройство будет очень кстати. В таком случае используют экспресс-зарядку, которая хоть и заряжает АКБ за 20 минут, но при этом наносит ему серьезный ущерб.

Проходит экспресс-зарядка по следующей схеме:

1. Снимаем клеммы АКБ и тщательно прочищаем их.
2. Присоединяем клеммы от ЗУ и не забываем про полярность, которую нужно соблюдать.
3. Выставляем ток на максимальное значение и выставляем таймер на 20 минут. Если таймера на зарядном устройстве нет, то всегда можно воспользоваться часами или телефоном.
4. После экспресс-зарядки ставим АКБ на место и заводим мотор.

Заключение

Иногда автомобилисты задаются вопросом: «Сколько работает аккумулятор автомобиля?». Время зависит от типа авто, режимов эксплуатации и от типа батареи. При регулярной проверке и подзарядке аккумулятор прослужит достаточно долго, главное – не забывать о нем.