Батарея свинцово кислотная


Свинцово-кислотный аккумулятор: инструкция по обслуживанию и эксплуатации

Аккумуляторная батарея – неотъемлемая составляющая любого транспортного средства, которое приводится в движение за счёт двигателя. Первый аккумулятор, а именно свинцово-кислотный, появился ещё в XIX веке и по сей день не утратил своей актуальности. Время идёт, меняются эпохи, а замены столь востребованному устройству пока не придумали. Конечно, появляются его усовершенствованные виды, но это не новое оборудование, а лишь модернизация старого.

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор

Прибор, который «прячется» под капотом и обеспечивает возможность запуска двигателя, есть не что иное, как свинцово-кислотный аккумулятор. Это устройство также обеспечивает питание бортовой сети транспортного средства при заглушенном моторе.

Сама батарея электрический ток не вырабатывает, а лишь накапливает его благодаря протекающим внутри неё электрохимическим реакциям.

Как правило, АКБ представляет собой компактный корпус, изготовленный из высокопрочного полипропилена – материала, являющегося хорошим диэлектриком и при этом химически пассивного – не способного вступать в реакцию с кислотой. Внутреннее пространство батареи занято электродами, которые разделены между собой не проводящими ток сепараторами. Всё остальное свободное пространство заполнено электролитом – водным раствором серной кислоты.

Растворять кислоту необходимо исключительно дистиллированной водой! Она полностью очищена от различных примесей, которые обязательно присутствуют в жидкости, взятой из естественного водоёма или водопроводного крана.

Электроды – это свинцовые пластины, собранные в блоки. Они имеют как положительный (катоды), так и отрицательный (аноды) заряд. При размещении внутри корпуса катоды и аноды чередуются.

Сверху прибор закрыт крышкой, на которую помещены токовыводящие клеммы. Они служат:

  • для соединения с генератором и двигателем при установке на автомобиль;
  • для подключения «крокодилов» зарядного устройства в случае необходимости восстановления потраченного заряда.

Автомобильные аккумуляторы бывают двух типов:

  1. Обслуживаемые – не очень удобны в эксплуатации, требуют постоянного контроля уровня электролита и его плотности, имеют на крышке специальные выкручивающиеся пробки для доливки жидкости и возможности осуществления замеров.
  2. Необслуживаемые – наиболее современный тип батарей, которые нуждаются лишь в своевременной и полноценной зарядке, имеют герметичный корпус, не позволяющий заглянуть во внутрь.

На корпусе каждого прибора установлена маркировочная табличка, содержащая информацию об основных характеристиках источника питания: ёмкость, напряжение, пусковой ток и так далее.

Кроме того, внедрение новейших технологий в производственный процесс позволило наладить выпуск АКБ, в которых жидкая среда заменена гелеобразной. Конечно, эти устройства более надёжны и практичны, но из-за высокой стоимости не нашли широкого применения.

Разновидности

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи не только отличаются типом конструкции, но и имеют множество разновидностей. К самым популярным и востребованным относятся:

  1. Lead-Acid – классический вид батарей обслуживаемого типа. Эта группа включает устройства, материалом для изготовления электродов которых служит свинец не только в чистом виде, но и с различными примесями: сурьма, кальций. В модельном ряду можно встретить источники с различной величиной напряжения. Из эксплуатационных недостатков отмечают предрасположенность к повышенному саморазряду и необходимость регулярного обслуживания.
  2. OPzV – компактные, долговечные и мощные устройства в герметичном корпусе, не требующие никакого обслуживания. Конструктивные особенности: пластины последнего поколения выполнены в форме трубок, вместо жидкого электролита используется гель. Срок службы составляет как минимум два десятка лет. Область применения – электромобили.
  3. VRLA, что в переводе с английского означает «клапанно-регулируемые свинцово-кислотные». Это герметичные необслуживаемые устройства, снабжённые клапаном для выхода газов в случае перезарядки или какой-то неисправности. Могут эксплуатироваться в любом положении.
  4. AGM VRLA – устройства нового поколения, изготовленные по уникальной технологии. Не требуют обслуживания, к тому же они лишены практически всех недостатков классических кислотных. Дело в том, что электролит в них отсутствует в жидком виде, а «заперт» в сепараторе абсорбирующего типа. Это позволило выпускать батареи, отличающиеся компактными размерами, увеличенной ёмкостью и повышенной надёжностью.
  5. GEL VLRA – довольно дорогие источники энергии, в которых электролит превращён в гелеобразную массу. Стоит отметить, что они надёжны в работе лишь в тёплое время года при положительных температурах наружного воздуха. В мороз гель застывает, и прибор создаёт множество проблем автовладельцам, особенно в условиях сурового российского климата.

Аккумуляторные батареи с технологией AGM

В конце прошлого века появились новейшие устройства – свинцово-кислотные необслуживаемые аккумуляторные батареи, при производстве которых впервые была применена самая передовая на тот момент технология AGM. Разработана она американскими учёными, а аббревиатура AGM дословно с английского переводится как «прокладка, пропитанная стекловолокном».

В чём же принципиальное отличие устройств-новинок от обычных классических?

Первое – отсутствие жидкой среды. Электролитом на основе серной кислоты заполняют поры сепараторов из стекловолокна. Пластины точно так же собираются в блоки, образуя электроды, а между ними прокладываются «брикеты с электролитом».

Второе – эта конструктивная особенность обеспечивает наиболее рациональное размещение пластин внутри корпуса, позволяя поместить их намного больше, чем при обычной компоновке батареи. Получается, что при одинаковых габаритах ёмкость AGM аккумулятора будет значительно выше.

Третье – материал пластин – чистейший свинец. Этим обусловлен во многом продолжительный срок службы и повышенная эффективность циклов «заряд – разряд».

Технология AGM предусматривает две конфигурации пластин:

  1. Обычные плоские. Устройства выпускаются как на территории Америки, так и в Европе. Редко, но всё-таки можно встретить в торговой сети.
  2. Спиральные. Батареи с ними производятся исключительно в Америке. Они отсутствуют на европейском и отечественном рынке. Используются преимущественно в военной авиации.

Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов

Если даже рассматривать обобщённо основные достоинства классических АКБ, то они во многом будут зависеть от типа батареи. В связи с чем рассмотрим отдельно преимущества обслуживаемых источников питания и главные плюсы герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов.

Почему же стоит остановить свой выбор на классическом устройстве, нуждающемся в обслуживании?

Благодаря наличию специальных пробок на корпусе мы можем добраться до внутренностей прибора, а именно:

  • визуально оценить состояние пластин;
  • замерить уровень и плотность электролита;
  • при необходимости долить дистиллированной воды.

Чем же так хороши современные необслуживаемые источники энергии:

  1. Удалось решить главную и самую злободневную проблему – избавиться от сульфатации пластин, ведь они всегда теперь находятся в электролитном растворе.
  2. Исключена возможность утечки жидкой среды благодаря полной герметичности корпуса.
  3. Отсутствует испарение воды из раствора при его нагревании – она просто оседает на стенках в виде конденсата, а потом стекает вниз. Таким образом удаётся сохранять неизменным уровень электролита.

Недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

У новейших устройств, которые не нуждаются в обслуживании, недостаток один – перемычки между банками находятся внутри герметичного корпуса и доступ к ним исключён. Следовательно, при необходимости осуществить замеры напряжения не представляется возможным.

У их предшественников, более устаревших, но ещё используемых довольно часто источников, недостатков намного больше:

  1. Высока вероятность сульфатации пластин:
    • негерметичный корпус позволяет электролиту выкипать;
    • вода в растворе испаряется, вследствие чего происходит повышение плотности оставшейся жидкости.
  2. Необходимость регулярного контроля уровня жидкой среды.
  3. Не исключена возможность замыкания клемм из-за вытекания жидкого содержимого из-под пробок.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Однотипные АКБ различаются между собой значениями параметров основных характеристик. Опираясь именно на эти данные, осуществляется подбор источника энергии для того или иного транспортного средства. Кроме того, величины самых важных характеристик помещаются на маркировочную табличку корпуса. К ним относят:

  1. Ёмкость. Она бывает двух видов:
    • электрическая – это определённое количество энергии, которое способен отдать аккумулятор в процессе разряда, например, при запуске двигателя, выражается в Ампер-часах;
    • разрядная – показывает количество электрической энергии, которое можно получить от данного источника.
  2. Номинальное напряжение, как правило, стандартно для определённых групп транспортных средств:
    • легковые автомобили – 12 В;
    • грузовые – 24 В;
    • мотоциклы – 6 В.
  3. Саморазряд – это способность батареи утрачивать заряд при длительном хранении или отсутствии эксплуатации транспортного средства на протяжении долгого времени. Критериями, вызывающими самопроизвольный разряд, являются: условия хранения, приготовление электролитного раствора с использованием обычной воды, переворачивание источников обслуживаемого типа. Определяется в процентах. Чем ниже значение этого параметра, тем лучше.

Где применяются свинцово-кислотные аккумуляторы

Сфера применения аккумуляторных батарей свинцово-кислотного вида довольно обширна:

  1. Они просто незаменимы в автомобильной промышленности – все стартерные двигатели комплектуются именно этими источниками энергии.
  2. Авиационная промышленность. Сюда относятся AGM аккумуляторы, производство которых основано на применении передовых технологий.
  3. Источники бесперебойного питания.
  4. Различные виды мототехники.
  5. Лодочные моторы.

Принцип работы

Принцип действия кислотных батарей основан на протекании электрохимических процессов внутри корпуса. В результате взаимодействия свинцовых электродов с электролитом на основе серной кислоты между ними возникает разность потенциалов. Другими словами, при запуске двигателя происходит разряд батареи – металл и кислота вступают в электрохимическую реакцию, химическая энергия которой тут же преобразуется в электрическую.

При зарядке АКБ, наоборот, электрическая энергия превращается в химическую.

Эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторов

Эксплуатация современных аккумуляторных батарей не доставит особых хлопот даже новичкам. Но её правила различаются в зависимости от типа источника.

Общие правила эксплуатации любых АКБ:

  • не допускать хранения устройства в полностью разряженном состоянии;
  • строго соблюдать условия хранения, установленные производителем;
  • не нарушать порядок подключения к клеммам;
  • всегда иметь в наличии зарядное устройство для своевременного восстановления заряда;
  • надёжно закреплять батарею в специальном углублении под капотом автомобиля;
  • не забывать утилизировать вышедший из строя источник энергии.

Свинцово-кислотные аккумуляторы ремонту не подлежат.

Дополнительно для герметичных устройств: нельзя вскрывать корпус необслуживаемой батареи – неизбежно получение ожога путём выплёскивания электролита.

Рекомендации для обслуживаемых устройств:

  • регулярно контролировать уровень и плотность электролита;
  • использовать исключительно дистиллированную воду для заливки.

Как заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Обычно в процессе эксплуатации транспортного средства осуществляется восстановление затраченной ёмкости – зарядка свинцового аккумулятора. При исправном генераторе автомобиля и регулярном использовании машины батарея будет всегда в заряженном состоянии, полностью готова к работе.

Но бывают ситуации, когда требуется вернуть мощность источнику энергии, воспользовавшись специальным зарядным устройством для свинцово-кислотных аккумуляторов, номинальное напряжение которых составляет 12 В. Такая необходимость может возникнуть в следующих случаях:

  • при неисправности цепи «генератор – аккумуляторная батарея»;
  • при эксплуатации авто редко и на короткие расстояния;
  • при запуске мотора при слишком низких температурах воздуха.

Основные этапы зарядного процесса:

  1. Устанавливаем устройство на ровную горизонтальную поверхность.
  2. Подключаем «крокодильчики» зарядника к клеммам батареи, строго соблюдая полярность.
  3. Выставляем зарядный ток.

Приступить к зарядке можно только после того, как температура электролитной жидкости достигнет комнатной.

Ток заряда

Основные параметры зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов во многом определяются их разновидностью. Так, классическое устройство, заполненное электролитом в жидком виде, требует установки токовой величины заряда в пределах 10 % номинальной ёмкости, указанной на маркировке.

Что же касается источников с гелеобразным наполнителем, то здесь параметр тока можно смело выставлять равным 20–30 % номинала ёмкостной характеристики.

Для AGM аккумуляторов сила тока может варьироваться в интервале от 10 % до 30 % от заявленной производителем ёмкости.

Время заряда

Как долго следует заряжать свинцово-кислотный аккумулятор? Продолжительность зарядного процесса напрямую зависит от степени разряженности батареи. В среднем на полноценную зарядку обычной АКБ, как правило, уходит от 8 до 12 часов. Сильно разряженное устройство можно привести в состояние полной готовности, используя высокие токи. Но такой способ следует использовать только в случае крайней нужды и очень редко.

Источники энергии, произведённые по AGM технологии, заряжаются намного быстрее, но для них требуется приобретение специального зарядного устройства, позволяющего осуществлять процесс поэтапно.

Ёмкость и напряжение

Желательно не допускать полной потери ёмкости. Чем больше величина остаточной ёмкости, тем меньше потребуется времени на зарядку.

Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи без нагрузки обычно составляет 12,7–13 В. При работающем моторе этот показатель возрастает примерно на полторы единицы.

При зарядке максимальная величина напряжения в оптимальном варианте не должна превысить 14,6 В. В противном случае это может привести к перезарядке, закипанию электролитной жидкости, а также самым негативным образом сказаться на дальнейшей работе самого прибора.

Восстановление аккумулятора

Бытует мнение, что после глубокого разряда невозможно вернуть устройству номинал мощности, размер которого указан на маркировке. Но многочисленные исследования показали, что это абсолютно не так. Существуют методы, позволяющие вернуть источник энергии на первоначальный уровень мощности.

Как можно восстановить свинцово-кислотный аккумулятор, вернув ему полноценную функциональность? Алгоритм действий достаточно прост, но требует строгого соблюдения их последовательности:

  1. Подключить зарядное устройство к клеммам источника, соблюдая полярность.
  2. Установить следующие параметры зарядки:
    • ток – 5 % от номинала ёмкости;
    • напряжение – 2,45 В.
  3. Запустить восстановительный процесс, который будет протекать медленно и долго.
  4. Для достижения наилучшего результата рекомендуется осуществить 2–3 цикла «заряд – разряд»: сначала постепенно доводить мощность до максимально возможного предела, потом такая же неспешная глубокая разрядка, а затем всё по новому кругу.

Реанимацию нужно производить только при положительных температурах. Температура жидкости внутри устройства должна соответствовать аналогичному показателю окружающей среды.

Что же касается восстановления свинцово-кислотных AGM аккумуляторов, то их предварительно нужно «смочить». Случаются такие ситуации при нарушении правил эксплуатации, когда «брикеты» с электролитом высыхают, и батарея утрачивает способность принимать заряд. Нужно, набрав в шприц дистиллированной воды, впрыснуть её в сепараторы в небольшом количестве. А спустя несколько часов, можно приступать к реанимации устройства.

устройство и принцип действия, зарядка

Автор Aluarius На чтение 8 мин. Просмотров 527 Опубликовано

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцовый аккумулятор – такой тип химического источника тока, который основан на реакции свинца и серной кислоты. Его изобретателем считается Гастон Планте, а первое появление датируется 1859-1860 годами. В 1878 году устройство аккумулятора было усовершенствовано изобретателем Камиллом Фором, который предложил наносить на пластины свинцовый сурик – красно-оранжевый порошок, представляющий собой ортоплюмбат свинца. В том же веке Николай Николаевич Бенардос – русский инженер и изобретатель – покрыл пластины батареи губчатым свинцом, добившись увеличения мощности.

Чтобы узнать, какой процесс происходит в аккумуляторе во время его работы, необходимо подробно рассмотреть его устройство. Конструкция современного кислотного аккумулятора включает в себя:

  • корпус из кислотоупорного материала;
  • электролит, представляющий собой раствор серной кислоты в дистиллированной воде;
  • анодные – положительные – решетчатые свинцовые пластины, в ячейках которых запрессован порошок диоксида свинца;
  • катодные – отрицательные – решетчатые свинцовые пластины, в ячейках которых – губчатый свинец;
  • сепараторы, выполненные из пористого, не контактирующего с кислотой материала и предназначенные для разделения положительно и отрицательно заряженных пластин и предупреждения короткого замыкания между ними
  • крышку (обычно встречается в переносных батареях), для достижения герметичности упаковки залитая мастикой;
  • бареток, соединяющих одноимённые пластины и служащих в качестве токоотвода;
  • крепёжные и соединительные элементы.

СПРАВКА: специалисты из США нашли способ облегчить свинцово-кислотный аккумулятор, увеличив при этом коэффициент полезного действия (КПД) – вместо полностью свинцовых решёток инженеры предлагают использовать пластины из углеродного волокна со свинцовым покрытием.

Принцип действия свинцового аккумулятора заключается в следующем. Положительные и отрицательные электроды опущены в электролит, и при подключении источника тока к внешней цепи оксид свинца вступает в химическую реакцию с серной кислотой. По мере разрядки батареи на аноде окисляется свинец, а на катоде происходит процесс восстановления диоксида свинца. Также при уменьшении заряда в АКБ плотность электролита снижается из-за расхода серной кислоты и выделения воды. Но стоит учитывать, что в процессе зарядки устройства запускаются обратные процессы.

СПРАВКА: при перезаряде можно наблюдать нежелательное явление – кипение электролита, вызванное электролизом воды. Избегают его путём снижения зарядного тока при повышении напряжения.

Кислотные аккумуляторные батареи
Классификация Вид
По конструкции анодов · Поверхностные

· Панцирные, трубчатые

· Стержневые намазные

· Решётчатые

По агрегатному состоянию электролита · Жидкостный

· Гелевый

· Абсорбированный

По возможности обслуживания · Обслуживаемый

· Необслуживаемый

· Малообслуживаемый

По назначению · Стартерные

· Тяговые

· Промышленные

СПРАВКА: выделяют также EFB аккумуляторы, также использующие электролит в жидком виде, но обладающие лучшими техническими характеристиками, чем жидкостные.

Параметры батареи, тип, страну-производителя и прочую необходимую информацию пользователь может узнать через маркировку, не прибегая к техническому паспорту устройства.

В источниках тока, сделанных в России, обозначение происходит согласно ГОСТ, и шифр обязательно включает в себя (по порядку):

  • количество банок в корпусе;
  • обозначение типа, например, «СТ» – стартерная;
  • ёмкость, измеряемая в А∙ч;
  • материал и особенности конструкции.

ВНИМАНИЕ: последние буквы маркировки означают: «А» – общая крышка, «З» – заряженная и заправленная батарея, «Т» – материалом для корпуса служит термопласт, «М» – минеральная пластмасса, «Э» – эбонит, «П» – материалом для сепараторов служат полиэтилен или микроволокна.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Технические характеристики АКБ зависят от их типа. Для наглядности рассмотрены несколько наиболее используемых видов батарей:

  • LA – обслуживаемые стартерные;
  • VRLA – необслуживаемые, жидкостные;
  • VRLA AGM – необслуживаемые, абсорбированные;
  • VRLA GEL – необслуживаемые, гелевые;
  • OPzV – необслуживаемые, трубчатые, гелевые;
  • OPzS – малообслуживаемые, трубчатые.
Вид LA VRLA VRLA AGM VRLA GEL OPzV OPzS
Ёмкость, А∙ч 10-300 1-300 1-3000 1-3000 50-3500 50-3500
Оптимальная глубина разряда, % 30 <40 <50 <60 <60
Напряжение, Вольт 6, 12 4, 6, 12 2, 4, 6, 12 2, 6, 12 2 2
Диапазон рабочих температур, °С -50…+70 -35…+60 -40…+70 -40…+70 -40…70 -40…70
Минимальное время заряда, ч 8-12 6-10 6-10 8-12 10-14 10-15
Саморазряд, % 3-5 2-3 1-2 1-2 1-2 1-2
Средняя стоимость за аккумулятор 12 В/100 А∙ч, $ 70-150 200-250 250-380 350-500 1000-1400 1500-3500
Срок службы, лет 2-5 3-7 5-15 10-15 >20 >25

Благодаря умеренной цене и хорошим показателям, кислотные АКБ получили широкое распространение в технике. В сферу применения свинцовых источников тока входят:

  • лёгкий и грузовой автотранспорт, включая сельскохозяйственную технику и моторные лодки;
  • системы пожарной безопасности и охраны;
  • системы аварийного энергоснабжения;
  • системы энергоснабжения в областях, удалённых от стационарной электрической сети;
  • контрольно-измерительные приборы для торговли и малого бизнеса;
  • источники бесперебойного питания (ИБП) для компьютерной техники;
  • запасные источники энергии;
  • слаботочные системы;
  • инвалидные кресла с электроприводом.

Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

К безоговорочным плюсам свинцово-кислотных АКБ относят относительно низкую стоимость вследствие простоты и дешевизны производства, а также низкий показатель саморазряда, что свидетельствует о долговечности батарей. Кроме этого, кислотные источники тока просты в эксплуатации и обслуживании, не имеют эффекта памяти и могут производить пусковой ток высоких значений, не просаживая напряжение питания. Ввиду использования проверенной временем технологии аккумуляторы универсальны и могут применяться для выполнения широкого спектра задач.

Минусы свинцовых батарей в сумме составляют большой перечень, однако не перекрывают их преимущества. Одним из первых недостатков пользователи называют внушительные габаритные размеры и массу, что зачастую неприемлемо при эксплуатации. При этом если рассматривать весо-энергетическую плотность, то значение энергоёмкости снижается. Количество циклов разряда у АКБ ограничено, а её производство экологически небезопасно из-за свинца. Более того аккумулятор должен храниться в хорошо вентилируемом помещении и не испытывать резких изменений температур, особенно минусовых.

Очевидно, что чем ниже температура окружающей среды, тем быстрее может разрядиться аккумулятор. Однако в кислотных устройствах рабочие параметры снижаются с меньшей скоростью, что отличает его от других типов аккумуляторов. По статистике, начиная понижать температуру с 20°С на один градус, можно заметить потерю показателя ёмкости на 1%. Таким образом, значение ёмкости при нуле не превысит 80%, а при -20°С – 60%.

Свинцовые АКБ отличаются от других типов химических источников тока своими преимуществами и недостатками, но так как сами кислотные батареи подразделяются на несколько видов, следует рассмотреть особенности каждого из них и выявить характерные отличия.

Классификация по агрегатному состоянию электролита Особенности
Жидкостные · потребность в регулярном обслуживании;

· расположение только вертикально;

· ресурс не превышает 500 циклов полного заряда и разряда;

· необходимо поддерживать уровень заряда на отметке не менее 50%

EFB · потребность в регулярном обслуживании;

· расположение только вертикально;

· ресурс не превышает 1000 циклов полного заряда и разряда;

· необходимо поддерживать уровень заряда на отметке не менее 60%

Гелевые · нет потребности в обслуживании;

· увеличенный ресурс работы и повышена устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам по сравнению с жидкостными

AGM (абсорбированные) · нет потребности в обслуживании;

· заряжать можно в 5 раз быстрее, чем другие типы, но важно соблюдать правила зарядки;

· ресурс не превышает 600 циклов полного заряда и разряда

AGM+ · ресурс не превышает 1200 циклов полного заряда и разряда;

· уменьшенное внутреннее сопротивление

Как обслуживать свинцово-кислотный аккумулятор

По статистике 80% неполадок аккумулятора заключается в его сульфатации, появившейся из-за отсутствия технического обслуживания. Как проверить аккумулятор читайте здесь.

Чтобы предотвратить этот процесс, достаточно регулярно выполнять три процедуры:

  • контролировать уровень дистиллированной воды;
  • поддерживать чистоту;
  • выравнивать заряд.

Как восстановить аккумулятор и убрать потерю емкости, читайте тут.

В процессе работы часть электролита испаряется, концентрация серной кислоты увеличивается, а уровень жидкости в банке понижается, что становится причиной контакта железных пластин с воздухом. Во избежание повреждения ячеек электродов нужно следить за количеством электролита и при необходимости добавлять в банку батареи дистиллированную воду.

СПРАВКА: доливать жидкость необходимо после полной зарядки АКБ.

Пользователи знают, насколько важна чистота АКБ: наличие грязи, пыли, подтёков кислоты может поспособствовать возникновению тока утечки, и аккумулятор разрядится и разбалансируется. Поэтому необходимо регулярно проводить чистку батареи, например, при помощи пароочистителя.

Чем чаще используется источник тока, тем больше ёмкость его ячеек будет отличаться друг от друга, что обязательно приведёт к проблемам в режиме зарядки. Чтобы урегулировать ситуацию, специалисты советуют пользоваться выравнивающим зарядным устройством, которое подаёт слабый ток и увеличивает время процесса на несколько часов, однако позволяет заряду распределиться равномерно и до 100% пополнить энергию.

Стандартное время зарядки пустой батареи составляет 10-12 часов. При этом крайне важно выставлять ток значением до 10% от ёмкости батареи. Обычно схема питания АКБ состоит из двух этапов: на первом аккумулятор заряжается постоянным током, на второй – постоянным напряжением.

Чтобы осуществить проверку работоспособности, существует множество способов, как традиционных, так и современных. К последним относится контроль системы при помощи электронных тестеров, которые показывают более правильные результаты, но могут оказаться дорогостоящими. Конечно, без подобного оборудования не обойтись при проверке современных герметичных аккумуляторов. Но для более традиционных устройств подойдут простые методы, проверенные временем.

  1. Контроль плотности жидкости. При помощи ареометра нужно зарегистрировать значение плотности и сравнить с эталонными показателями. Для обеспечения нормальной работы параметр должен быть не ниже 1,23 г/см3, но не выше 1,4 г/см3.
  2. Контроль уровня электролита. Жидкость должна полностью покрывать свинцовые пластины и возвышаться на 1-1,5 см.
  3. Контроль с помощью нагрузочной вилки. Данное устройство измеряет напряжение АКБ под действием силы тока в десятки и сотни ампер. Такой метод весьма качественен для определения работоспособности батареи, однако, в случае частого использования нагрузочной вилки существует вероятность износа аккумулятора.

Свинцово кислотный аккумулятор - принцип работы, как правильно заряжать

Свинцово-кислотный аккумулятор – один из самых надёжных АКБ, разработанный ещё в XIX веке, но до сих пор используемый во многих областях. В его основе лежит химическая реакция с переносом электронов от анода к катоду. Аккумулятор со временем портится при разрядке-подзарядке, так что данный процесс должен выполняться по всем правилам, чтобы продлить жизнь батареи.

Устройство и принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Данный тип стационарного АКБ довольно тяжёлый, так как состоит из плотно параллельно упакованных плёнок свинца и оксида свинца. И те и другие в аккумуляторе расположены очень густо. Свинцовые пластины тёмно-серого цвета с синим оттенком, оксидно-свинцовые – тёмно-коричневые с рыжим оттенком.

Обе пластины находятся в серной кислоте, из-за чего в названии АКБ есть соответствующее слово. При включении аккумулятора ток протекает от оксидно-свинцового катода к свинцовому аноду. При этом свинец выделяет электроны, которые оксид свинца принимает.

В результате изменения заряда двух пластин они вступают в реакцию с серной кислотой вокруг и превращаются в сульфаты свинца.

Pb + HSO4– => PbSO4 + H+ + 2e–

PbO2 + HSO4– + 3H+ + 2e– => PbSO4 + 2h3O

Пара пластин производит 2 вольта, поэтому, чтобы увеличить количество вольт, которое может дать аккумулятор, пластины соединяют параллельно во множество пар слоёв. Они упаковываются плотно в банку, чтобы уменьшить объём батареи. Но так как электроны должны передаваться через терминалы, то пары пластин разъединяются специальными изоляционными плёнками.

При этом аккумулятор может иметь либо высокую плотность энергии, либо мощности. То есть аккумулятор или сохраняет большое количество энергии и отдаёт её в течение длительного времени, или он отдаёт огромный заряд очень быстро. В автомобилях используется второй вариант, так как надо отдать более 400 ампер, чтобы завести двигатель.

При глубокой разрядке батареи на пластинах образуется налёт сульфата свинца. Именно из-за этого если посадить аккумулятор до нулевого заряда несколько раз, то можно просто уничтожить его. Сульфат свинца полностью покрывает поверхность пластин, после чего его уже невозможно будет зарядить.

Типы и особенности свинцово-кислотных АКБ

Идеальных аккумуляторов не существует, в инженерных конструкциях часто приходится жертвовать желаемыми характеристиками, чтобы получить необходимые параметры. Для каждой цели создан свой тип устройства.

В первую очередь АКБ делят на герметичные и негерметичные батареи. Вторые требуют постоянного контроля над уровнем электролита и состоянием катодов и анодов, могут работать лишь в определённых положениях. Аккумулятор герметичный свинцово-кислотный используется чаще, так как не нуждается в особом уходе.

Кроме того, все батареи можно разделить на следующие группы:

  • Стартерные. Выдают большое количество энергии за одно мгновение, из-за чего обладают большим саморазрядом. Отлично подходят для того, чтобы заводить автомобили. Требуют определённого обслуживания и вентиляции.
  • Буферные батареи. Предназначены для краткосрочного хранения небольшого количества энергии, работают в постоянном режиме подзарядки.
  • Аккумуляторы для бесперебойной аппаратуры. Устанавливаются в офисах для аварийного завершения работ.
  • Аккумуляторы длительного электроснабжения. Большие тяжёлые батареи, которые выдают достаточно много энергии длительное время. Используются в реанимационных отделениях на случай отключения электричества.
  • Гелевые аккумуляторы. Хорошо переносят циклы заряжения-разряжения. Благодаря этому могут использоваться в сильных морозах. Среди них отдельно можно выделить солнечные батареи, которые рассчитаны на многократные циклы.

Как достигается такая вариация характеристик свинцово-кислотных аккумуляторных батарей? Если требуется выдавать огромное количество энергии за короткое время, то пластины делаются тонкими, но высокими и широкими (больше по площади поверхности), а расстояние между ними уменьшается. Благодаря этому увеличивается соотношение поверхности и массы, в результате энергия отдаётся быстрее.

Если требуется дольше сохранять энергию, но можно уменьшить мощность, то пластины делаются толще, но короче и уже (меньше по площади поверхности), а расстояние между ними увеличивается. Из-за чего уменьшается соотношение поверхности и массы, в итоге электроэнергия отдаётся медленнее.

Кроме того, на свойства аккумулятора влияют характеристики электролита и другие параметры. Гелевые электролиты хуже реагируют со свинцовыми и оксидно-свинцовыми плитами, а также делают конструкцию защищённой от вытекания. Повышает срок эксплуатации использование свинцово-кальциевых сплавов.

Области применения свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы используются повсеместно, так как свинец и его оксид отвечают наиболее важным требованиям:

  • элементы часто встречаются в природе и довольно легко добываются;
  • они в паре способны накапливать и отдавать энергию лучше, чем все другие элементы;
  • аккумуляторы из них просты и дешевы в производстве;
  • долгий срок службы, возможность многократной перезарядки;
  • простое обслуживание, что особенно характерно для герметичных конструкций.

Из-за этого батареи применяются в следующих областях:

  • сигнализационные системы;
  • стартёры в автомобилях;
  • системы пожарной безопасности;
  • системы аварийной подачи электроэнергии на телевидении, в реанимационных отделениях;
  • электрические весы и кассовые аппараты;
  • системы бесперебойного электроснабжения или аварийного отключения в компьютерной технике или их сетях;
  • детские игрушки;
  • в лёгких самолётах.

Тем не менее, имеются некоторые минусы:

  • аккумуляторы чувствительны с холоду;
  • отходы из них опасны для экологии;
  • количество циклов довольно ограничено;
  • есть лимиты у выдаваемой мощности.

Как правильно заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Принцип зарядки состоит в том, что нужно изменить направление тока. Из-за этого электролит и материя двух пластин восстанавливает свой прежний химический состав. Данный процесс именуется циклом, и он может быть многократным. Но чтобы не повредить и продлить срок службы батареи, надо знать, как правильно заряжать свинцово-кислотный аккумулятор.

Важно! Для процедуры потребуется источник тока и устройство, которым можно регулировать силу тока и напряжение.

Прежде всего, нужно знать параметры аккумулятора, которые можно посмотреть на самой коробке устройства. Производители часто указывают информацию на английском языке. Обозначается всё это следующим образом:

На английскомНа русском
12V12 вольт
7.2Ah7.2 ампер-часов

Также производитель может указывать напрямую, каким током можно заряжать аккумулятор:

На английскомНа русском
Standby use – 13.5-13,8VЕсли вы используете батарею, как резервный источник электричества – 13,5-13,8 вольт
Cycle use – 14.4VЕсли вы его применяете в качестве стартёра, то есть циклическое использование – 14.4 вольт
2.16A MAXПри любой зарядке ток не должен превышать 2.16 ампера

А что если производитель не указал, каким током заряжать аккумулятор? В этом случае можно пользоваться простым правилом – напряжение не должно превышать 10% от его номинальной ёмкости. То есть если у батареи указан параметр 7.2Ah, то заряжать надо при 0.72A.

После того как разобрались с основными параметрами, нужно сделать прибор, которым можно зарядить аккумулятор. Для этого потребуется крепкая коробка (лучше пластиковая) с отверстиями для вентиляции, блок питания от ноутбука, плата для регулировки тока и напряжения.

Дополнительно можно встроить многооборотистые переменные резисторы для более тонкой настройки, а также вольтамперметр. Для зарядки автомобильных аккумуляторов потребуется понижающий преобразователь напряжения и более мощный блок питания.

Собрав конструкцию, можно переходить непосредственно к главной процедуре. Для начала на неподключенном к аккумулятору устройстве нужно выставить напряжение, которым надо заряжать АКБ. Далее необходимо убавить силу тока до минимума, в результате чего сразу же упадёт напряжение. После этого подключаем устройство к аккумулятору (плюс к плюсу, минус к минусу).

В этот момент вольтамперметр будет показывать напряжение, которое есть на батарее. Включаем устройство в розетку и поднимаем силу тока до необходимой величины (метод её расчёта описан выше). В этот момент возможно незначительное снижение напряжения, говорящее о том, что ток уходит на прогрев электролита и преодоление сопротивления аккумулятора. Это нормально.

К концу зарядки аккумулятора сила тока на вольтамперметре будет практически равна нулю.

Кислотные аккумуляторы; чтобы больше не было отвратительно читать то что люди о них пишут

Случайно узрел статью с комментариями к ней, и так злость во мне закипела по поводу безграмотности людей в области кислотных (свинцовых в простонародье) аккумуляторов, что не выдержал и решил написать «гикам» (чтобы быть гиком, как оказывается, мало купить дорогой телефон) краткую статью об аккумуляторах. С рассмотрением тех ошибок, которые мне постоянно мусолят глаза и вызывают праведное желание их исправить.

Начнем с названия. Я очень часто вижу что тремя буквами А-К-Б называют все что можно зарядить, абсолютно любой аккумулятор. Особенно тремя буквами люди любят называть аккумуляторы типа Li-ion. На самом-же деле АКБ аббревиатура от Аккумуляторная Кислотная Батарея. Под ними подразумевается лишь один тип аккумулятора — свинцовый кислотный. С современной точки зрения это название вызывает некоторый когнитивный диссонанс т.к. на данный момент значение слова «батарейка» т.е. гальванического элемента который зарядить нельзя перешло на слово «батарея». И получается как будто бы из-за слова «аккумуляторная» это аккумулятор который зарядить можно, а из-за слова «батарея» это как будто батарейка которую зарядить нельзя. В реальности-же батарея — просто цепь гальванических элементов и со словом «батарейка» имеет общий лишь корень.

Далее перейдем к некоторым мифам, а именно главный миф — АКБ для автомобиля имеет некие существенные отличия от АКБ для ИБП. И вот нельзя их применять и там и там.

С химической точки зрения любые АКБ абсолютно одинаковы. Как-же они устроены? Очень кратко — если аккумулятор заряжен, то один электрод представляет собой свинцовую решетку с нанесенной на нее пастой из PbO2, второй -такую-же решетку с пастой губчатого свинца. Электролитом служит раствор серной кислоты. В процессе разряда PbO2 восстанавливается и взаимодействуя с серной кислотой образует PbSO4. Свинец на другом электроде окисляется и опять-же образует PbSO4. В конце разрядки мы имеем обе решетчатые пластины заполненные (более или менее) сульфатом свинца. При зарядке аккумулятора происходит электролиз и из сульфата свинца вновь образуется диоксид и металлический свинец. Конечно-же, тут нужно подчеркнуть, что электроды при этом не равны и путать их полярность не стоит т.к. еще на стадии производства в намазку электродов вводятся соответствующие добавки, улучшающие их эксплуатационные свойства. При этом добавки полезные для одного электрода вредны для другого. В очень старые времена, где-то в начале прошлого века, в условиях простых аккумуляторов, вероятно, была допустима переполюсовка аккумулятора по ошибке или с какими-то целями и он какое-то время после этого работал. В том что она допустима сейчас я сомневаюсь.

Таких ячеек в 12В аккумуляторе 6 шт, в 6В — 3 шт. и т.д. Многих вводит в заблуждение значение напряжения на аккумуляторах. Причем значений напряжения номинального, заряда, разряда. С одной стороны, аккумуляторы называются 12В (и 6В, 24В тоже есть, по-моему, даже 4В изредка встречаются) но на корпусе тех-же аккумуляторов для ИБП производитель указывает напряжение выше 13.5В.

Например:


Тут мы видим, что в форсированном режиме напряжение заряда может быть аж 15В.

Все разъяснит кривая напряжения на АКБ:

Слева мы видим напряжение для аккумулятора из 12 ячеек (24В номинальных), 6 (12В номинальных) и, самое полезное, для одной ячейки. Там-же отмечены области нежелательных напряжений при разряде/ заряде. Из кривой можно сделать выводы:

1 Напряжение 12В, 24В и т.д. являются номинальными и показывают лишь число гальванических ячеек (путем деления на два) в батарее. Это просто название для удобства.

2 Напряжение при заряде могут достигать 2.5 В/ ячейку что для 12В аккумулятора соответствует 15В.

3 Напряжение заряженной батареи считается допустимым при значении 2.1-2.2 В/ячейку, что для 12В аккумулятора соответствует 12.6-13.2В.

Теоретически, батарею можно зарядить и до значений 2.4 В/ячейку или даже немного выше, однако, такая зарядка будет негативно сказываться как на состоянии электродов, так и на концентрации электролита. Однажды, перед сдачей в утиль, я легко зарядил 12В батарею до напряжения ок. 14.5В (уже не помню точное значение).

Итак, автор статьи с которой я начал, решил, что напряжение заряда автомобильной АКБ и АКБ от ИБП отличаются. Это неверно, у них одинаковый тип электродов и одинаковая концентрация серной кислоты в электролите (подобранная давным-давно экспериментальным путем, чтобы предоставлять максимальное напряжение и минимальном саморазряде). Однако, что-же происходит в батарее, почему ее нельзя заряжать при слишком высоком значении напряжения?

Почему в автомобильную АКБ нужно подливать воду, а в АКБ от ИБП не нужно? Эти вопросы позволяют нам плавно перейти в область напряжения разложения воды. Как я написал выше, при зарядке аккумулятора происходит электролиз. Однако, не весь ток расходуется на превращение PbSO4 в PbO2 и Pb. Часть тока будет неизбежно расходоваться и на разложение воды, составляющей значительную часть электролита:

2H2O = 2H2 + O2

Теоретический расчет дает значение напряжения для этой реакции ок. 1.2В. Напоминаю, что напряжение на ячейке при заряде заведомо более 2В. К счастью, активно вода начинает разлагаться только выше 2В, а в промышленности для получения водорода и кислорода из нее процесс ведут и вовсе при 2.1-2.6В (при повышенной температуре). Как бы то ни было, тут мы приходим к выводу, что в конце процесса заряда АКБ будет неизбежно происходить процесс разложения воды в электролите на элементы. Образующиеся кислород и водород попросту улетучиваются из сферы реакции. Про них бытуют следующие мифы:

1. Водород крайне взрывоопасен! Перезарядишь аккумулятор и как минимум лишишься комнаты где тот был!

На самом деле, водорода в процессе электролиза выделяется ничтожно мало по сравнению с объемом комнаты. Водород взрывается при концентрации от 4% в воздухе. Если мы допустим, что электролиз ведется в комнате размером 3*3*3 метра или 27 метров куб., то нам понадобится наполнить помещение 27*0.04=1.1 метров куб. водорода. Для получения такого количества h3 нужно было бы полностью разложить ок. 49 моль воды или 884 грамма ее. Если кто-то наблюдал электролиз, то поймет насколько это много. Или попробуем перейти ко времени. При силе тока в стандартной зарядке для крупногабаритных АКБ в 6А, уравнение Фарадея дает время, необходимое для получения этого количества водорода, аж 437 часов или 18.2 дня. Чтобы наполнить комнату водородом до взрывоопасной концентрации нужно забыть про зарядку на 2 с половиной недели! Но даже если это случится, концентрация серной кислоты просто будет расти пока ее раствор не приобретет слишком высокое сопротивление для жалких 12В зарядки и сила тока не станет ничтожной. Да и водород попросту улетучится.

Очень редко случаются взрывы непосредственно в корпусах крупногабаритных АКБ из-за того, что выделяющийся водород по какой-то причине не может покинуть замкнутого пространства. Но и в этом случае нечего страшного не бывает — чаще всего взрыва хватает только на небольшую деформацию верхней части корпуса, но не на разрыв свинцовых соединений. И АКБ еще может работать дальше даже после таких повреждений.

2. При электролизе может образоваться смертельно ядовитый и, не менее взрывоопасный чем водород, сероводород!

Не наш, периодически попадался миф в англоязычных постах. Теоретически конечно возможно подать такое большое напряжение и создать т.о. такую большую силу тока, что на катоде начнется процесс восстановления сульфат-иона. Напряжение для этого будет достаточным, а продукты восстановления не будут успевать диффундировать подальше от электрода и восстановление будет идти дальше. Но зарядка в пределах десятка-трех вольт и с ограничением силы тока в 6А на такое едва ли способна. Однажды, я наблюдал процесс восстановления сульфата до SO2, да, это возможно; однокурсницы по ошибке что-то сделали не то во время опыта. Но это большая редкость т.к. там концентрация серной кислоты была заметно выше той, что используется в АКБ, была иная конструкция электрода и иной его материал и, естественно, напряжения и сила тока были были непомерными. И SO2 не H2S.

3. При электролизе мышьяк и сурьма из материала решеток будут восстанавливаться до ядовитых арсина и стибина!

Действительно, решетки содержат относительно много сурьмы, мышьяка в современных решетках, вероятно, нет вообще. При работе АКБ та решетка на которой происходит восстановление, т.е. катод, разрушению не может подвергаться. Выделяйся даже каким-то образом стибин, он бы тут-же взаимодействовал с PbSO4, восстанавливая его до металла.

Однако, некоторая практическая неприятность тут есть. Газообразные водород и кислород могут увлекать за собой капельки электролита, создавая аэрозоль серной кислоты. Аэрозоль серной кислоты, даже концентрированной, для человека не опасен и просто вызывает кашель. Однако, серная кислота — кошмар для тканей и бумаги. Стоит даже небольшому количеству серной кислоты попасть на одежду и там обязательно появятся дырки или ткань разорвется по этому месту. Через недели, если кислоты много, через месяц, но одежда истлеет.

Так что газовыделения опасаться не стоит с бытовой точки зрения или стоит, но нужно ориентироваться именно на аэрозоль серной кислоты.

Итак, вода начала разлагаться на водород кислород, ее в электролите становится все меньше, что-же дальше? Если это АКБ в котором электролит просто налит в виде слоя жидкости, то начнется повышение саморазряда из-за повышения концентрации серной кислоты. Занятно, что это будет сопровождаться небольшим повышением напряжения (концентрация кислоты растет) на ячейке. Именно поэтому автовладельцы должны постоянно контролировать концентрацию серной кислоты в своих АКБ (при помощи ареометра) и доливать туда воду. Процедура доливания воды — необходимая часть процесса обслуживания любой АКБ. Кроме одного их типа, и мы сейчас об этом поговорим.

Иметь аккумулятор в котором болтается слой едкой, по отношению к металлам, жидкости конечно-же неудобно, а потому попытки избавиться непосредственно от жидкости предпринимались давно, начались чуть ли не в первой половине 20-го века. К слову сказать, не то чтобы слой серной кислоты прямо плескался вокруг электродов. В реальности она неплохо распределена между электродами и окружающими их сепараторами даже в дешевых моделях. Итак, первым вариантом было использование стекловолокна. Достаточно просто окружить электроды стекловолокном которое пропитано серной кислотой и большинство проблем решится. Этот тип АКБ носит название AGM (absorbent glass mat) и таких АКБ для ИБП подавляющее большинство. Хотя такие АКБ малого форм-фактора и зачастую позиционируются как те, которые можно эксплуатировать в любом положении, с этим нельзя вполне согласиться. Вскрытие крышки стандартного дешевого AGM аккумулятора показывает, что никаких особых крышек там нет, а следовательно, электролит от вытекания удерживают лишь капиллярные силы. Я почти уверен, что если погонять AGM аккумулятор перевернутым вверх дном, то уже после одной зарядки из него польется серная кислота под давление газов.

Второй распространенный тип интереснее, это т.н. гелевые АКБ. А получаются они благодаря следующему. Если подкислять растворимые силикаты, то будет происходить выделение кремневой кислоты:

Na2SiO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SiO2 + H2O

Если исходный раствор силиката не отличается качеством, то кремневая кислота будет выделяться в виде стекловидной массы, но если он достаточно чист, то кремневая кислота осадится в виде красивого куска однородного полупрозрачного геля. На этом и основан способ получения гелевых АКБ — простое добавление силикатов к электролиту вызывает его затвердение в гелеобразную массу. Соответственно, вытекать оттуда уже нечему и АКБ действительно можно эксплуатировать в любом положении. Сам по себе процесс образования геля не повышает емкости АКБ и не улучшает его качеств, однако, производители его используют при производстве наиболее качественных моделей, а потому эти АКБ отличаются высоким качеством и большей емкостью. Занятно, что в обоих случаях носителем электролита является SiO2 в той или иной форме.

Оба типа АКБ объединяются в славный тип VRLA — valve-regulated lead-acid battery который и применяется в ИБП. Формально они считаются необслуживаемыми и терпящими эксплуатацию в любом положении, но это не совсем так. Более того, многие уже встречались с эффектом, когда буквально несколько мл воды возвращают к жизни, казалось бы, дохлую АКБ от ИБП. Так получается, потому что и эти аккумуляторы не капли не застрахованы от электролиза воды в электролите, а следовательно, и пересыхания. Все происходит точно так-же, как в крупногабаритных АКБ. А вот самые дорогие и крутые необслуживаемые АКБ содержат катализатор для рекомбинации выделяющихся газов обратно в воду и вот уже у них корпус действительно выполнен абсолютно герметичным. Обращаю внимание, что по-настоящему герметичным и необслуживаемым может быть и аккумулятор типа AGM и GEL, но они-же могут ими и не быть и не содержать катализатора рекомбинации кислорода и водорода. Тогда, несмотря на казалось бы продвинутую конструкцию, пользователю придется либо чаще покупать новые аккумуляторы, либо доливать воду при помощи шприца.

Хотелось бы добавить несколько слов о режимах разряда. Производители АКБ указывают какой ток максимально допустим для той или иной модели, но нужно понимать, что аккумулятор — просто смесь химических веществ и ЭДС генерируется исключительно химическим путем. Это не конденсатор который, по электрогидравлической аналогии, можно сравнить с неким механическим сосудом (с гибкой мембраной). Хотя АКБ могут выдавать очень большие значения силы тока, в реальности они лучше всего эксплуатируются как раз при небольших токах, что в разряде, что в заряде. Поэтому ИБП, рассчитанные на заряды небольших АКБ, при работе с крупногабаритными будут заряжать их в наиболее щадящем режиме. Впрочем, в течении далеко не одних суток. Интересно обратить внимание на то, что чем выше мощность ИБП, тем больше аккумуляторов последовательно предпочитает собирать производитель. Тут все логично — большие токи разряда маленькие АКБ выдерживают очень плохо.

Подводя итоги:

1. Малогабаритные и крупногабаритные АКБ идентичны по устройству.

2. Для подавляющего большинства АКБ любого размера доливание воды является необходимой частью текущего обслуживания.

3. Лишь немногие из дорогих моделей АКБ содержат механизм рекомбинации газов и могут быть названы действительно необслуживаемыми.

4. Сам по себе водород, который выделяется при заряде (а это равно постоянной работе в ИБП) АКБ, не является существенной угрозой или проблемой.

5. Нужно очень внимательно работать с АКБ, тщательно избегая пролива даже малейших капель электролита, или лишитесь одежды.

6. Разряд и заряд малыми токами являются наиболее предпочтительными режимами эксплуатации АКБ.

Кислотные аккумуляторы: конструкция, характеристики

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

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

Как работают?

            Основой работы аккумулятора является электрохимический процесс взаимодействия свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты. При включении нагрузки на электроды происходит химическая реакция диоксида свинца с серной кислотой H2SO4, а также реакция окисления свинца до сульфата свинца. В процессе разряда на катоде («-») идет восстановление диоксида свинца, на аноде («+») — окисление свинца. Во время зарядки происходят обратные химические реакции и электролиз воды с выделением кислорода на аноде, водорода на катоде.

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

  1. PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O – разряд.
  2. 2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4 — заряд.

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

Конструкция

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

            В конструкцию аккумуляторных батарей входят:

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

Основные характеристики, параметры

  1. Емкость (номинальная) — количество электрической энергии, которое могут дать кислотные батареи, измерение происходит в момент разряда, при нагрузке маленьким током потребления, единицы измерения— А*ч.
  2. Стартерный ток – показывает способность АКБ отдавать большие токи при температуре — 18оС на протяжении половины минуты.
  3. Емкость(резервная) — показывает временной промежуток, на протяжении которого кислотные батареи отдают ток 25 А до величины напряжения 10,5 В.
  4. Нижнее значение напряжения разряженной АКБ — 1,75 — 1,8 V.
  5. Температурный рабочий диапазон — – 40ос — + 40оС.

Разновидности

            По режиму работы кислотные батареи можно разделить на три группы:

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

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

Вид Обслуживание Описание Вольтаж, V
Lead-Acid Обслуживаемые Автомобильные АКБ, бывают: малосурьмянистые, сурьмянистые, кислотно-кальциевые, гибридные. 612
AGM VRLA Не требуют обслуживания Сепараторы изготовлены из стекловолокна, циклический и буферный режим работы. 24612
VRLA Не требуют обслуживания Герметичный корпус, бывают кальциевые, не выделяют газов, используются в буферном режиме. 24612
GEL VLRA Не требуют обслуживания В качестве электролита — селикагель, что продлевает срок службы АКБ, буферный режим эксплуатации. 24612243648
OPzV Не требуют обслуживания Электроды трубчатой конструкции, устойчивы к полному разряду, срок службы — около 22 лет. 2

Применение

  1. Автотранспорт — кислотные батареи используются как стартерные батареи.
  2. Компьютерная техника — источники бесперебойного питания (ИБП) позволяют сохранить информацию в случае аварийного отключения электричества.
  3. Промышленное производство — кислотные батареи используются как источники резервного питания.

Зарядка и общие рекомендации

  1. Зарядку необходимо проводить при температуре 20оС.
  2. Ток заряда не должен превышать 10 % номинального значения емкости АКБ.
  3. Для использования в транспортных средствах кислотные батареи при низких температурах, лучше применять с системой внутреннего электроподогрева, т. к. емкость устройства теряется на 1% при снижении температуры на 1оС.
  4. Не рекомендуется хранить кислотные батареи при температуре выше 30оС, либо разряженными, предварительно АКБ должны быть полностью заряжены.
  5. Хранение зимой лучше организовать на холоде, т. к. процесс саморазряда будет минимален, и на плюсовую клемму необходимо предварительно нанести солидол.
  6. Перед использованием, кислотные батареи нужно занести в помещение с температурой 20оС на 8-10 часов для приведения в рабочее состояние.

 

Batareykaa.ru

Свинцовые аккумуляторы, их состав и характеристики.

Свинцовый аккумулятор — это источник питания, конструкция которого осталась неизменной со времени его изобретения. Основное предназначение аккумуляторной батареи – оказать помощь при пуске двигателя и обеспечить питанием бортовую сеть автомобиля при неработающем двигателе. Сама аккумуляторная батарея электрический ток не вырабатывает – за счет химической реакции она его накапливает.

Иногда мы задаемся вопросом — что внутри автомобильного аккумулятора? А внутри  — кислотный электролит, содержащий серную кислоту и свинцовые пластины. Это конечно упрощённо, далее расскажем поподробней.

Автомобильный аккумулятор является вторичным гальваническим элементом. Внимательное изучение его свойств и устройства поможет правильно выбрать необходимый нам продукт при покупке.

Что же такое гальванические элементы

Гальванический элемент — прибор, который преобразует химическую энергию в энергию электрическую. Главными составными частями любого гальванического элемента являются два электрода — катод и анод, размещенные в сосуде из не проводящего ток материала и заполненного электролитом.

Все многообразие применяемых гальванических элементов можно разделить на два главных типа: первичные элементы и вторичные элементы.

К числу первичных элементов относятся, например, всем известные так называемые «сухие» элементы. К вторичным элементам относятся аккумуляторные батареи всех типов. Различие между типами элементов обусловливается характером химических реакций, протекающих в них при эксплуатации.

Во вторичных элементах происходящие химические реакции обратимые. Отработавшая или разряженная АКБ может быть восстановлена (заряжена), если пропускать через неё постоянный электрический ток в обратном направлении. В процессе заряда электрическая энергия преобразуется в химическую. При следующем цикле разряда происходит обратная реакция.

Типы автомобильных аккумуляторов

Типы аккумуляторов бывают обслуживаемые и необслуживаемые.

У обслуживаемого аккумулятора можно:

  • физически просто выкрутить пробки с банок;
  • визуально определить уровень электролита и состояние свинцовых пластин;
  • замерить плотность, кипение электролита при заряде;
  • при необходимости добавить дистиллированную воду.

Если говорить языком автомобилиста – «добраться до внутренностей». Мы можем делать с аккумулятором все что захотим.

Но обслуживаемые АКБ имеют ряд недостатков:

  • из-за негерметичности батареи в процессе эксплуатации электролит может выкипать, что приводит к снижению его уровня и, как следствие, падает ёмкость, итог – проблемы с запуском автомобиля;
  • испарение воды приводит к повышению плотности электролита, следствием чего является разрушение пластин;
  • необходимо постоянно контролировать уровень электролита;
  • при нагревании электролита на внешней крышке аккумулятора (в местах расположения пробок) образуется специфический белый налет, что может привести к замыканию клемм и преждевременному частичному разряду.

Все эти недостатки – проблемы прошедших лет. Изобретатели долгие годы трудились над решением этих проблем и, наконец, нашли выход из положения – сделали аккумулятор необслуживаемым.

Необслуживаемый АКБ.

Отличительной чертой является отсутствие пробок на верхней крышке и как бы вы не хотели заглянуть внутрь – ничего не получится. Он стал полностью герметичным.

Какие достоинства у данного типа?

  • при нагревании электролита испаряемая жидкость в виде конденсата оседает на внутренних стенках батареи и стекает вниз.
  • АКБ можно кантовать как угодно, не боясь пролива электролита.
  • решена главная проблема – пластины всегда находятся в электролите.

Но без недостатков не бывает ни одного устройства.

На необслуживаемых батареях перемычки между банками расположены внутри корпуса. Проверить напряжение на банках практически невозможно.

На необслуживаемые аккумуляторы начали устанавливать так называемые «клапаны аварийного сброса давления». Срабатывает он в экстренных случаях, когда происходит сильный перезаряд. Наружу выходит часть испаряемого электролита, но вот обратно добавить его в батарею возможность отсутствует напрочь. Несколько перезарядов и как итог – батарея теряет ёмкость.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Наверняка более 90% автомобилистов знают об устройстве своего аккумулятора только из школьных уроков физики. Да в повседневной жизни это уже и не требуется. Купил – установил – забыл.

Характеристики аккумуляторных батарей, на которые обращают внимание автомобилисты при его выборе: тип батареи (обслуживаемая или безуходная), электрическая ёмкость батареи, номинальное напряжение батареи, саморазряд.

Термин «электрическая ёмкость АКБ» означает количество электричества, отдаваемого аккумулятором при разряде. Ёмкость определяется в ампер-часах.

Разрядная ёмкостью СР — количество электричества в ампер-часах, получаемое при разряде аккумулятора до допустимого напряжения. Разрядную ёмкость определяют исходя из формуле:

СР  = Iр* tр

Ёмкость САБ существенным образом зависит от температуры электролита, особенно на стартерных режимах разряда.

Ёмкость аккумулятора может быть выражена двояко: в амперчасах или в ваттчасах. Термин «ёмкость» обозначает то количество электричества, которое можно получить от данного источника питания. Ёмкость же в ваттчасах есть мера энергии или способности производить работу.

При определении емкости какой-либо аккумуляторной батареи необходимо отмечать режим, при котором производится разряд, температуру и конечное напряжение. Ёмкость аккумулятора в основном определяется тремя факторами: разряд, температура и конечное напряжение, а при маркировке устанавливается в амперчасах.

Стандартной величиной номинального напряжения одного элемента аккумулятора является 2 вольта. Для легковых автомобилей выпускают аккумуляторы с напряжением 12в., а на грузовых применяют с напряжением 24в. Для специальной техники могут изготавливаться АКБ с напряжением, установленным производителем.

Самопроизвольный разряд аккумулятора – потеря емкости в процессе хранения, отключения внешних потребителей, температурного режима эксплуатации и качества ТО. При этом его рабочие характеристики снижаются.

Экспериментально установлено, что для свинцово-кислотных АКБ величина саморазряда варьируется от 1,5 до 3% в месяц.

Одной из причин повышенного саморазряда обслуживаемых аккумуляторов является применение не дистиллированной воды, содержащей примеси железа, хлора и различных солей.

Также при переворачивании батареи или сильной тряске происходит осыпание активного вещества с пластин.

Заглянем что внутри?

Принципиально конструкция аккумуляторов осталась неизменной со времени их изобретения: свинцовые пластины и кислота. Внутреннее пространство заполнено электролитом, состоящим из 38%-ной серной кислоты и дистиллированной воды. В каждой батарее отрицательные и положительные электроды чередуются. Между пластинами размещаются пластмассовые сепараторы. Все перемычки между элементами и батареями изготовлены из свинца.

Разберемся в конструкции АКБ подробней

Устройство автомобильного аккумулятора простое: ёмкость для размещения электродов, пластин, сепараторов и крышки. В обслуживаемых в крышке предусмотрены горловины для заливки электролита и закручивающиеся пробки. Они позволяют при необходимости доливать дистиллированную воду.

Корпуса батарей изготавливают из прочного полипропилена.

Материал корпуса не токопроводящий и химически стоек к серной кислоте. По нижнему краю корпуса предусмотрена отбортовка для жесткого крепления в автомобиле, чтобы исключить удары и падения.

Вентиляционные (лабиринтные) пробки используются в обслуживаемых батареях. Они предохраняют от выноса и выплескивания электролита, но обеспечивают свободный выход газа. В качестве лабиринтного наполнителя могут использоваться гранулы полиэтилена.

Чтобы исключить неправильное подключение батареи к бортовой сети автомобиля, свинцовые клеммные выводы отличаются по размерам, и чём вкратце описано в статье про виды аккумуляторов.

Практически все виды свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов неремонтопригодны.

Принцип работы автомобильного аккумулятора

Принцип работы аккумулятора в автомобиле основан на процессах двух видов. При подключении к батарее потребителей (стартер, фары, приборы панели управления автомобили и др.) происходит её разряд.

При этом химическая энергия превращается в электрическую, которая, в свою очередь, может быть превращена в тепловую, механическую и световую.

Если к такому источнику питания  подключить электродвигатель, то часть электроэнергии превратится в механическую, а какая-то — в тепловую.

При заряде происходит обратный процесс — электрическая энергия преобразуется в химическую.

Во время заряда на пластинах- катоде, аноде и в электролите образуются те вещества, которые вступают в электрохимическую реакцию при разряде. Химические реакции при заряде идут в обратном направлении по сравнению с химическими реакциями при разряде. Этим и объясняется то, что АКБ называют обратимым источником тока, его работа носит циклический характер: разряд-заряд.

Как заряжать аккумулятор автомобиля?

Способов зарядки существует великое множество.

Зарядка аккумуляторных батарей производится постоянно при работающем двигателе или специальным зарядным устройством.

Для заряда аккумулятора заводской готовности его нужно залить электролитом и выдержать требуемое для пропитки время, после чего подключить к зарядному устройству. Положительный полюс батареи необходимо соединить с положительным полюсом ЗУ, а отрицательный — с отрицательным. Начать заряд можно при условии, что температура электролита в банках не выше 30°С в холодной и не выше 35°С в жаркой и теплой влажной зонах, в противном случае ему надо дать остыть.

Сам процесс заряда подробно расписан в инструкциях к зарядным устройствам. О зарядке кальциевых батарей Вы можете почитать тут.

В заключение можно отметить, что практически все виды свинцово-кислотных автомобильных АКБ не ремонтопригодны.

В настоящее время вышедшие из строя АКБ, в лучшем случае, умельцы выжигают на кострах с целью получения свинца. А в основном отработавшие батареи сдают в пункты приема цветных металлов или обменивают на новые с доплатой.

Информация о свинцово-кислотных перезаряжаемых аккумуляторах

- Battery University

Ответ ДА. Свинцово-кислотный - это самая старая из существующих аккумуляторных батарей. Свинцово-кислотная батарея, изобретенная французским врачом Гастоном Планте в 1859 году, стала первой аккумуляторной батареей для коммерческого использования. 150 лет спустя у нас все еще нет рентабельных альтернатив автомобилям, инвалидным коляскам, скутерам, тележкам для гольфа и системам ИБП. Свинцово-кислотные батареи сохранили свою долю рынка в приложениях, где новые химические составы батарей были бы слишком дорогими.
Свинцово-кислотный не поддается быстрой зарядке. Типичное время зарядки составляет от 8 до 16 часов. Периодическая полностью насыщенная зарядка необходима для предотвращения сульфатации, и аккумулятор всегда должен храниться в заряженном состоянии. Оставление аккумулятора в разряженном состоянии вызывает сульфатирование, и перезарядка может оказаться невозможной.

Очень важно найти идеальный предел напряжения заряда. Высокое напряжение (выше 2,40 В / элемент) обеспечивает хорошие характеристики батареи, но сокращает срок службы из-за коррозии сетки на положительной пластине.Низкий предел напряжения может привести к сульфатированию отрицательной пластины. Если оставить аккумулятор на плавающей зарядке в течение длительного времени, это не приведет к повреждению.

Свинцово-кислотный не любит глубоких циклов. Полная разрядка вызывает дополнительную нагрузку, и каждый цикл сокращает срок службы батареи. Эта характеристика износа в разной степени применима и к батареям другого химического состава. Чтобы аккумулятор не подвергался нагрузке из-за повторяющейся глубокой разрядки, рекомендуется использовать аккумулятор большей емкости. Свинцово-кислотная система стоит недорого, но эксплуатационные расходы могут быть выше, чем у системы на основе никеля, если требуются повторяющиеся полные циклы.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры герметичный свинцово-кислотный герметик обеспечивает от 200 до 300 циклов разряд / заряд. Основной причиной относительно короткого срока службы является коррозия сетки положительного электрода, истощение активного материала и расширение положительных пластин. Эти изменения наиболее распространены при более высоких рабочих температурах. Езда на велосипеде не предотвращает и не обращает вспять тенденции.

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет одну из самых низких плотностей энергии, что делает его непригодным для портативных устройств.Кроме того, производительность при низких температурах оставляет желать лучшего. Саморазряд составляет около 40% в год, это один из лучших показателей для аккумуляторов. Для сравнения, никель-кадмиевый саморазряд израсходует это количество за три месяца. Высокое содержание свинца делает свинцово-кислотный продукт экологически вредным.

Толщина плиты

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов можно частично измерить толщиной положительных пластин. Чем толще пластины, тем дольше будет срок службы. Во время зарядки и разрядки свинец на пластинах постепенно разъедается, и осадок падает на дно.Вес батареи является хорошим показателем содержания свинца и ожидаемого срока службы.

Пластины автомобильных стартерных аккумуляторов имеют толщину около 0,040 дюйма (1 мм), в то время как у обычных аккумуляторов гольф-каров пластины имеют толщину от 0,07 до 0,11 дюйма (1,8-2,8 мм). В аккумуляторных батареях для вилочных погрузчиков толщина пластин может превышать 0,250 дюйма (6 мм). В большинстве промышленных затопленных аккумуляторов глубокого цикла используются пластины свинцово-сурьмянистые. Это увеличивает срок службы пластин, но увеличивает выделение газов и потери воды.

Герметичный свинцово-кислотный

В середине 1970-х годов исследователи разработали необслуживаемую свинцово-кислотную батарею, которая может работать в любом положении.Жидкий электролит загустевает во влажные сепараторы, и корпус герметично закрывается. Предохранительные клапаны позволяют выпускать воздух во время зарядки, разрядки и изменения атмосферного давления.

В связи с различными потребностями рынка возникли две свинцово-кислотные системы: небольшая герметичная свинцово-кислотная (SLA), также известная под торговой маркой Gelcell, и более крупная свинцово-кислотная система с регулируемым клапаном (VRLA). Обе батареи похожи. Инженеры могут возразить, что слово «герметичный свинцово-кислотный» употребляется неправильно, потому что ни одна аккумуляторная батарея не может быть полностью герметичной.

В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, SLA и VRLA спроектированы с низким потенциалом перенапряжения, чтобы не дать аккумулятору достичь своего газогенерирующего потенциала во время зарядки, поскольку избыточная зарядка может вызвать выделение газа и истощение воды. Следовательно, эти батареи никогда не могут быть полностью заряжены. Чтобы уменьшить время высыхания, в герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах вместо свинцово-сурьмянисто-свинцовых аккумуляторов используется свинцово-кальциевый сплав.

Оптимальная рабочая температура для свинцово-кислотного аккумулятора составляет 25 * C (77 * F).Повышенная температура сокращает продолжительность жизни. Ориентировочно каждые 8 ​​° C (15 ° F) повышения температуры сокращают срок службы батареи вдвое. VRLA, который будет работать в течение 10 лет при 25 ° C (77 ° F), будет работать только в течение 5 лет при 33 ° C (92 ° F). Та же самая батарея перестала бы работать через 2,5 года, если бы ее содержали при постоянной температуре пустыни 41 ° C (106 ° F).

Рисунок 1: Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор

Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор рассчитан на 5-часовой (0.2) и 20-часовой (0,05 ° C) разряд. Более длительное время разряда дает более высокие показания емкости из-за меньших потерь. Свинцово-кислотный хорошо работает при высоких токах нагрузки.

Батареи с абсорбированным стекломатным покрытием (AGM)

AGM - это герметичный свинцово-кислотный герметик нового типа, в котором между пластинами используются маты из абсорбированного стекла. Он герметичен, не требует обслуживания, а пластины жестко закреплены, чтобы выдерживать сильные удары и вибрацию. Почти все батареи AGM являются рекомбинантными, что означает, что они могут рекомбинировать 99% кислорода и водорода.Воды почти нет, потери.

Зарядные напряжения такие же, как и для других свинцово-кислотных аккумуляторов. Даже в условиях серьезной перезарядки выбросы водорода ниже 4%, установленных для самолетов и закрытых помещений. Низкий саморазряд 1-3% в месяц позволяет долго хранить перед подзарядкой. AGM стоит вдвое больше, чем затопленная версия той же емкости. Из-за долговечности в немецких высокопроизводительных автомобилях используются аккумуляторы AGM вместо залитых.

Преимущества

  • Недорого и просто в изготовлении.
  • Зрелая, надежная и хорошо изученная технология - при правильном использовании свинцово-кислотная кислота долговечна и обеспечивает надежную службу.
  • Саморазряд - один из самых низких среди аккумуляторных систем.
  • Способен к высокой скорости разряда.

Ограничения

  • Низкая плотность энергии - плохое соотношение веса и энергии ограничивает использование в стационарных и колесных установках.
  • Нельзя хранить в разряженном состоянии - напряжение элемента не должно опускаться ниже 2.10В.
  • Допускает лишь ограниченное количество полных циклов разряда - хорошо подходит для приложений в режиме ожидания, требующих лишь периодических глубоких разрядов.
  • Содержание свинца и электролита делают аккумулятор экологически вредным.
  • Ограничения на транспортировку затопленной свинцовой кислоты - утечка вызывает экологические проблемы.
  • При неправильной зарядке может произойти тепловой пробой.

*** Пожалуйста, прочтите относительно комментариев ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта.Battery University следит за комментариями и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected] Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

.

Информация о свинцовых батареях - Battery University

Узнайте о различиях в семействе свинцово-кислотных продуктов и выясните, каковы их недостатки и преимущества.

Свинцово-кислотный аккумулятор, изобретенный французским врачом Гастоном Планте в 1859 году, стал первым коммерческим аккумулятором. Несмотря на преклонный возраст, химический состав свинца по-прежнему широко используется сегодня. Для его популярности есть веские причины; Свинцово-кислотная смесь надежна и недорога по цене за ватт.Есть несколько других аккумуляторов, которые поставляют большую часть энергии так же дешево, как свинцово-кислотные, и это делает их экономичными для автомобилей, гольф-каров, вилочных погрузчиков, морских источников и источников бесперебойного питания (ИБП).

Сетка свинцово-кислотного аккумулятора изготовлена ​​из свинцового сплава. Чистый свинец слишком мягкий и не поддерживает сам себя, поэтому добавляются небольшие количества других металлов, чтобы получить механическую прочность и улучшить электрические свойства. Самые распространенные добавки - сурьма, кальций, олово и селен.Эти батареи часто называют «свинцово-сурьмянистыми» и «свинцово-кальциевыми».

Добавление сурьмы и олова улучшает глубокий цикл, но это увеличивает потребление воды и обостряет потребность в выравнивании. Кальций снижает саморазряд, но положительная свинцово-кальциевая пластина имеет побочный эффект роста из-за окисления сетки при чрезмерном заряде. В современных свинцово-кислотных аккумуляторах также используются легирующие добавки, такие как селен, кадмий, олово и мышьяк, для снижения содержания сурьмы и кальция.

Свинцовая кислота тяжелая и менее долговечна, чем системы на основе никеля и лития при глубоком цикле.Полная разрядка вызывает напряжение, и каждый цикл разрядки / зарядки навсегда лишает аккумулятор небольшой емкости. Эти потери невелики, пока батарея находится в хорошем рабочем состоянии, но затухание увеличивается, когда производительность падает до половины номинальной емкости. Эта характеристика износа применима ко всем батареям в разной степени.

В зависимости от глубины разряда свинцово-кислотный аккумулятор для приложений глубокого цикла обеспечивает от 200 до 300 циклов разряда / заряда. Основными причинами его относительно короткого срока службы являются коррозия сетки на положительном электроде, истощение активного материала и расширение положительных пластин.Это явление старения ускоряется при повышенных рабочих температурах и при больших токах разряда. (См. BU-804: Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов)

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов проста, но необходимо соблюдать правильные пределы напряжения. Выбор низкого предела напряжения защищает аккумулятор, но это снижает производительность и вызывает накопление сульфатации на отрицательной пластине. Предел высокого напряжения улучшает характеристики, но вызывает коррозию сетки на положительной пластине. Хотя сульфатирование можно обратить вспять, если вовремя отремонтировать, коррозия необратима.(См. BU-403: Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов.)

Свинцово-кислотные аккумуляторы не подходят для быстрой зарядки, и для большинства типов полная зарядка занимает 14–16 часов. Аккумулятор должен всегда храниться полностью заряженным. Низкий заряд вызывает сульфатирование - состояние, которое снижает производительность аккумулятора. Добавление углерода на отрицательный электрод уменьшает эту проблему, но снижает удельную энергию. (См. BU-202: Новые свинцово-кислотные системы.)

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет средний срок службы, но он не зависит от памяти, как системы на основе никеля, и сохраняет заряд лучше, чем аккумуляторные батареи.В то время как NiCd теряет примерно 40 процентов своей накопленной энергии за три месяца, свинцово-кислотный саморазряд разряжается за один год. Свинцово-кислотный аккумулятор хорошо работает при низких температурах и превосходит литий-ионный при работе в отрицательных условиях. По данным RWTH, Аахен, Германия (2018), стоимость свинцово-кислотных аккумуляторов составляет около 150 долларов за кВтч, что является одним из самых низких показателей среди батарей.

Герметичный свинцово-кислотный

Первая герметизированная свинцово-кислотная кислота, не требующая обслуживания, появилась в середине 1970-х годов.Инженеры утверждали, что термин «герметичный свинцово-кислотный» был неправильным, потому что ни одна свинцово-кислотная батарея не может быть полностью герметичной. Для контроля вентиляции при напряженной зарядке и быстрой разрядке были добавлены клапаны, выпускающие газы при повышении давления. Вместо того, чтобы затопить p

.Свинцово-кислотный аккумулятор

: работа, конструкция и зарядка / разрядка

Практически каждое портативное устройство состоит из аккумулятора. Батарея - это накопительное устройство, в котором накапливается энергия для обеспечения питания, когда это необходимо. В современном мире электроники доступны различные типы батарей, среди которых Свинцовые Кислотные батареи обычно используются для источников питания высокой мощности. Обычно свинцово-кислотные батареи больше по размеру, имеют прочную и тяжелую конструкцию, они могут хранить большое количество энергии и обычно используются в автомобилях и инверторах.

Даже после конкуренции с литий-ионными аккумуляторами спрос на свинцово-кислотные аккумуляторы растет день ото дня, потому что они дешевле и проще в обращении по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Согласно некоторым исследованиям рынка, рынок свинцово-кислотных аккумуляторов в Индии будет расти со среднегодовым темпом роста более 9% в течение 2018-24 годов. Таким образом, он имеет огромный рыночный спрос в области автоматизации, автомобилестроения и бытовой электроники. Хотя большая часть электромобилей поставляется с литий-ионными батареями, все же есть много электрических двухколесных транспортных средств, которые используют свинцово-кислотные батареи для питания транспортного средства.

В предыдущем уроке мы узнали о литий-ионных батареях, здесь мы разберемся с работой , конструкцией и применением свинцово-кислотных аккумуляторов. Мы также узнаем о характеристиках зарядки / разрядки, требованиях и безопасности свинцово-кислотных аккумуляторов.

Строительство свинцово-кислотных аккумуляторов

Что такое свинцово-кислотная батарея? Если мы сломаем название Свинцово-кислотный аккумулятор, мы получим Свинцовый, Кислотный и Аккумулятор .Свинец - это химический элемент (обозначение - Pb, атомный номер 82). Это мягкий и податливый элемент. Мы знаем, что такое кислота; он может отдавать протон или принимать пару электронов, когда реагирует. Так, аккумулятор, который состоит из свинца и безводной свинцовой кислоты (иногда ошибочно называемой пероксидом свинца), называется свинцово-кислотным аккумулятором.

Итак, , что такое внутренняя конструкция?

Свинцово-кислотная батарея состоит из следующих элементов, мы можем видеть это на изображении ниже:

Свинцово-кислотная батарея состоит из пластин, сепаратора и электролита, твердого пластика с твердым резиновым корпусом .

В аккумуляторах пластины двух типов , положительные и отрицательные. Положительный состоит из диоксида свинца, а отрицательный - из губчатого свинца. Эти две пластины разделены разделителем , который представляет собой изоляционный материал. Вся конструкция хранится в жестком пластиковом ящике с электролитом. Электролит - вода и серная кислота.

Жесткий пластиковый корпус одноклеточный. Одноячеечное хранилище обычно 2.1В. По этой причине свинцово-кислотная батарея на 12 В состоит из 6 ячеек и обычно обеспечивает 6 x 2,1 В / элемент = 12,6 В.

Теперь, какова емкость накопителя заряда?

Это сильно зависит от активного материала (количества электролита) и размера пластины. Возможно, вы видели, что емкость литиевой батареи описывается в мАч или миллиампер-часах, но в случае свинцово-кислотной батареи это ампер-час. Мы опишем это в следующем разделе.

Работа свинцово-кислотных аккумуляторов

Работа свинцово-кислотного аккумулятора - это все о химии, и очень интересно узнать о ней. В процессе зарядки и разрядки свинцово-кислотных аккумуляторов происходят огромные химические процессы. При растворении кислоты молекулы разбавленной серной кислоты H 2 SO 4 распадаются на две части. Он создаст положительные ионы 2H + и отрицательные ионы SO 4 -. Как мы уже говорили ранее, два электрода соединены как пластины, анод и катод.Анод улавливает отрицательные ионы, а катод притягивает положительные ионы. Эта связь в аноде и SO 4 - и катоде с 2H + обменивается электронами и далее реагирует с h3O или с водой (разбавленная серная кислота, серная кислота + вода).

Батарея имеет два состояния химической реакции: Зарядка и Разрядка .

Свинцово-кислотная батарея Зарядка

Как мы знаем, чтобы зарядить аккумулятор, нам нужно обеспечить напряжение, превышающее напряжение на клеммах.Таким образом, для зарядки аккумулятора 12,6 В можно подать напряжение 13 В.

Но что на самом деле происходит, когда мы заряжаем свинцово-кислотную батарею?

Ну, те же химические реакции, которые мы описали ранее. В частности, когда аккумулятор соединен с зарядным устройством, молекулы серной кислоты распадаются на два иона: положительные ионы 2H + и отрицательные ионы SO 4 -. Водород обменивается электронами с катодом и становится водородом, этот водород реагирует с PbSO 4 на катоде и образует серную кислоту (H 2 SO 4 ) и свинец (Pb).С другой стороны, SO 4 - обмениваются электронами с анодом и становятся радикальными SO 4 . Этот SO 4 реагирует с PbSO 4 анода и образует пероксид свинца PbO 2 и серную кислоту (H 2 SO 4 ). Энергия накапливается за счет увеличения плотности серной кислоты и увеличения потенциального напряжения ячейки.

Как объяснялось выше, в процессе зарядки на аноде и катоде происходят следующие химические реакции.

На катоде

  PbSO  4  + 2e  -  => Pb + SO  4   2-   

На аноде

  PbSO  4  + 2H  2  O => PbO  2  + SO  4   2- + 4H - + 2e -  

В сочетании двух приведенных выше уравнений общая химическая реакция будет

.
  2PbSO  4  + 2H  2  O => PbO  2  + Pb + 2H  2  SO  4   

Существуют различные методы зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов.Каждый метод может использоваться для конкретных свинцово-кислотных аккумуляторов для конкретных приложений. В некоторых приложениях используется метод зарядки с постоянным напряжением , в некоторых приложениях используется метод с постоянным током , в то время как зарядка от щекотки также полезна в некоторых случаях. Обычно производитель аккумуляторов предоставляет правильный метод зарядки определенных свинцово-кислотных аккумуляторов. Зарядка постоянным током обычно не используется при зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов .

Наиболее распространенным методом зарядки, используемым в свинцово-кислотных аккумуляторах, является метод зарядки постоянным напряжением , который является эффективным с точки зрения времени зарядки.В течение полного цикла зарядки напряжение заряда остается постоянным, а ток постепенно уменьшается с увеличением уровня заряда аккумулятора.

Свинцово-кислотная батарея разряжается

Разрядка свинцово-кислотной батареи снова связана с химическими реакциями. Серная кислота находится в разбавленной форме, обычно в соотношении 3: 1 с водой и серной кислотой. Когда нагрузки подключаются поперек пластин, серная кислота снова распадается на положительные ионы 2H + и отрицательные ионы SO 4 .Ионы водорода реагируют с PbO 2 и образуют PbO и воду H 2 O. PbO начинает реагировать с H 2 SO 4 и создает PbSO 4 и H 2 O.

С другой стороны, SO 4 - ионы обмениваются электронами с Pb, образуя радикал SO 4 , который в дальнейшем создает PbSO 4 , реагирующий с Pb.

Как объяснено выше, следующие химические реакции происходят на аноде и катоде во время процесса разряда.Эти реакции прямо противоположны реакциям зарядки:

На катоде

  Pb + SO  4   2- => PbSO  4  + 2e -  

На аноде:

  PbO  2  + SO  4   2- + 4H - + 2e - => PbSO  4  + 2H  2  O  

В сочетании двух приведенных выше уравнений общая химическая реакция будет

.
  PbO  2  + Pb + 2H  2  SO  4  => 2PbSO  4  + 2H  2  O  

Из-за обмена электронами между анодом и катодом нарушается баланс электронов на пластинах.Затем электроны проходят через нагрузку, и батарея разряжается.

Во время этого разряда плотность разбавленной серной кислоты уменьшается. Кроме того, в то же время уменьшается разность потенциалов ячейки.

Фактор риска и электрические характеристики

Свинцово-кислотный аккумулятор опасен при ненадлежащем обслуживании. Поскольку в ходе химического процесса аккумулятор выделяет водород, он очень опасен, если не используется в вентилируемом помещении.Кроме того, неточная зарядка серьезно повреждает аккумулятор.

Каковы стандартные характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов?

Каждая свинцово-кислотная батарея снабжена таблицей данных по стандартному току заряда и току разряда. Обычно свинцово-кислотный аккумулятор на 12 В, применимый в автомобильной промышленности, может иметь диапазон от 100 Ач до 350 Ач. Этот рейтинг определяется как рейтинг разряда с 8-часовым периодом времени.

Например, , батарея емкостью 160 Ач может обеспечить 20 А тока питания нагрузки в течение 8 часов диапазона .Мы можем потреблять больше тока, но делать это не рекомендуется. Потребление тока, превышающего максимальный ток разряда в течение 8 часов, приведет к снижению эффективности аккумулятора, а также может измениться внутреннее сопротивление аккумулятора, что еще больше повысит температуру аккумулятора.

С другой стороны, во время фазы зарядки мы должны быть осторожны с полярностью зарядного устройства , оно должно быть правильно подключено с полярностью батареи. Обратная полярность опасна для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов.Готовое зарядное устройство поставляется с измерителем зарядного напряжения и зарядного тока с возможностью управления. Мы должны обеспечить большее напряжение, чем напряжение аккумулятора, чтобы зарядить аккумулятор. Максимальный ток заряда должен быть таким же, как и максимальный ток питания при 8-часовой разряде. Если мы возьмем тот же пример 12 В 160 Ач, то максимальный ток питания составляет 20 А, поэтому максимальный безопасный ток зарядки составляет 20 А.

Не следует увеличивать или обеспечивать большой зарядный ток , так как это приведет к нагреву и увеличению выработки газа.

Правила обслуживания свинцово-кислотных аккумуляторов

  1. Полив - это наиболее часто игнорируемая функция обслуживания залитых свинцово-кислотных аккумуляторов. Поскольку перезарядка уменьшает воду, нам нужно часто ее проверять. Меньшее количество воды вызывает окисление пластин и сокращает срок службы батареи. При необходимости доливайте дистиллированную или ионизированную воду.
  2. Проверьте вентиляционные отверстия, их нужно усовершенствовать резиновыми заглушками, часто резиновые заглушки слишком плотно прилегают к отверстиям.
  3. Заряжайте свинцово-кислотные аккумуляторы после каждого использования. Длительный период без подзарядки обеспечивает сульфатирование в пластинах.
  4. Не замораживайте аккумулятор и не заряжайте его более чем на 49 градусов по Цельсию. При низких температурах батареи необходимо полностью заряжать, поскольку полностью заряженные батареи безопаснее, чем разряженные батареи в отношении замерзания.
  5. Не разряжайте аккумулятор ниже 1,7 В на элемент.
  6. Для хранения свинцово-кислотного аккумулятора его необходимо полностью зарядить, а затем слить электролит.Тогда аккумулятор высохнет и его можно будет хранить долгое время.
.Цепи зарядного устройства свинцово-кислотных аккумуляторов

Цепи зарядных устройств для свинцово-кислотных аккумуляторов, описанные в этой статье, можно использовать для зарядки всех типов свинцово-кислотных аккумуляторов с заданной скоростью.

В этой статье рассказывается о нескольких схемах зарядного устройства свинцово-кислотных аккумуляторов с автоматической перезарядкой и отключением при малой разрядке. Все эти конструкции тщательно протестированы и могут использоваться для зарядки всех автомобильных аккумуляторов и аккумуляторов SMF емкостью до 100 Ач и даже 500 Ач.

Введение

Свинцово-кислотные батареи обычно используются в тяжелых условиях, требующих много сотен ампер.Для зарядки этих аккумуляторов нам особенно нужны зарядные устройства, рассчитанные на длительную зарядку при высоком токе. Зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов специально разработано для зарядки мощных аккумуляторов с помощью специализированных цепей управления.

5 полезных и высокомощных схем зарядного устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов, представленных ниже, могут использоваться для зарядки больших сильноточных свинцово-кислотных аккумуляторов емкостью от 100 до 500 Ач, конструкция полностью автоматическая и переключает питание на аккумулятор, а также после полной зарядки аккумулятора.


ОБНОВЛЕНИЕ: Вы также можете создать эти простые схемы зарядного устройства для 12 В 7 Ач аккумуляторной батареи s , проверьте их.


Что означает Ач

Единица Ач или Ампер-час в любой батарее означает идеальную скорость , при которой батарея будет полностью разряжена или полностью заряжена в течение 1 часа. Например, если аккумулятор на 100 Ач заряжался при токе 100 ампер, для полной зарядки аккумулятора потребуется 1 час.Точно так же, если бы аккумулятор был разряжен при токе 100 ампер, время поддержки продлилось бы не более часа.

Но подождите, никогда не пробуйте этот , так как зарядка / разрядка на полной мощности может иметь катастрофические последствия для вашей свинцово-кислотной батареи.

Единица измерения Ач используется только для того, чтобы предоставить нам контрольное значение, которое можно использовать для определения приблизительного времени заряда / разряда батареи при установленной скорости тока.

Например, когда вышеупомянутый аккумулятор заряжается на 10 ампер, используя значение Ач, мы можем найти время полной зарядки по следующей формуле:

Поскольку скорость зарядки обратно пропорциональна времени, мы имеем:

Время = Значение Ач / Скорость зарядки

T = 100/10

где 100 - уровень заряда аккумулятора в Ач, 10 - зарядный ток, T - время при скорости 10 А

T = 10 часов.

Формула предполагает, что в идеале для оптимальной зарядки аккумулятора при токе 10 ампер потребуется около 10 часов, но для реальной батареи это может быть около 14 часов на зарядку и 7 часов на разряд. Потому что в реальном мире даже новый аккумулятор не будет работать в идеальных условиях, и с возрастом ситуация может ухудшиться.

Важные параметры, которые необходимо учитывать

Свинцово-кислотные батареи дороги, и вам нужно убедиться, что они прослужат как можно дольше.Поэтому, пожалуйста, не используйте дешевые и непроверенные зарядные устройства, которые могут показаться простыми, но могут медленно повредить аккумулятор.

Большой вопрос в том, необходим ли идеальный способ зарядки аккумулятора? Простой ответ - НЕТ. Потому что, когда мы применяем идеальный метод зарядки, описанный на веб-сайтах «Википедии» или «Университета батарей», мы стараемся заряжать аккумулятор до максимально возможной емкости. Например, при идеальном уровне 14,4 В ваша батарея может быть полностью заряжена, но делать это обычными методами может быть рискованно.

Чтобы достичь этого без риска, вам, возможно, придется использовать усовершенствованную схему ступенчатого зарядного устройства, которую может быть сложно построить и может потребоваться слишком много вычислений.

Если вы хотите избежать этого, вы все равно можете зарядить аккумулятор оптимально (@ около 65%), убедившись, что аккумулятор отключен на немного более низком уровне. Это позволит батарее всегда находиться в менее напряженном состоянии. То же самое касается уровня и скорости разряда.

Как правило, он должен иметь следующие параметры для безопасной зарядки, не требующей специальных ступенчатых зарядных устройств:

  • Фиксированный ток или постоянный ток (1/10 номинала батареи в Ач)
  • Фиксированное напряжение или постоянное напряжение (на 17% выше, чем Напряжение, указанное на батарее)
  • Защита от перезарядки (отключение, когда батарея заряжается до указанного выше уровня)
  • Подзарядка (необязательно, совсем не обязательно)

Если в вашей системе нет этих минимальных параметров, тогда это может постепенно ухудшить производительность и повредить аккумулятор, резко сократив время автономной работы.

  1. Например, если ваша батарея рассчитана на 12 В, 100 Ач, то фиксированное входное напряжение должно быть на 17% выше, чем напечатанное значение, что равно примерно 14,1 В (не 14,40 В, если вы не используете ступенчатое зарядное устройство) .
  2. Ток (в амперах) в идеале должен составлять 1/10 от уровня в ампер-часах, указанного на батарее, так что в нашем случае это может быть 10 ампер. Чуть более высокий вход усилителя может быть нормальным, поскольку наш полный уровень заряда уже ниже.
  3. Автоматическое отключение зарядки рекомендуется на вышеуказанном 14.1 В, но это не обязательно, так как уровень полного заряда у нас уже немного ниже.
  4. Плавающий заряд - это процесс снижения тока до незначительных пределов после того, как аккумулятор полностью зарядился. Это предотвращает саморазряд батареи и постоянно поддерживает ее на полном уровне до тех пор, пока пользователь не извлечет ее для использования. Совершенно необязательно . Это может быть необходимо только в том случае, если вы не используете аккумулятор в течение длительного времени. В таких случаях также лучше вынимать аккумулятор из зарядного устройства и периодически подзаряжать его каждые 7 дней.

Самый простой способ получить фиксированное напряжение и ток - использовать микросхемы стабилизаторов напряжения, как мы узнаем ниже.

Еще один простой способ - использовать в качестве источника входного сигнала готовый 12-вольтный импульсный блок питания на 10 ампер с регулируемой предустановкой. SMPS будет иметь небольшую предустановку в углу, которая может быть настроена на 14,0 В.

Помните, что вам нужно будет держать аккумулятор подключенным не менее 10–14 часов или пока напряжение на клеммах аккумулятора не достигнет 14,2 В. Хотя это уровень может выглядеть немного заниженным, чем стандартный 14.Полный уровень 4 В гарантирует, что ваша батарея никогда не перезарядится и гарантирует длительный срок службы батареи.

Все подробности представлены в этой инфографике ниже:

Однако, если вы любитель электроники и хотите построить полноценную схему со всеми идеальными опциями, в этом случае вы можете выбрать следующие комплексные схемы. .

[Новое обновление] Автоматическое отключение батареи в зависимости от тока

Обычно во всех обычных схемах зарядного устройства используется автоматическое отключение по обнаружению напряжения или зависимое от напряжения.

Тем не менее, функция определения тока может также использоваться для инициирования автоматического отключения, когда аккумулятор достигает наиболее оптимального уровня полной зарядки. Полная принципиальная схема для автоматического отключения по току показана ниже:

ПОЖАЛУЙСТА, ПОДКЛЮЧИТЕ РЕЗИСТОР 1K ПОСЛЕ ПРАВОЙ СТОРОНЫ 1N4148 ДИОД

Принцип работы

Резистор 0,1 Ом действует как датчик тока, создавая эквивалентный потенциал разница между собой. Сопротивление резистора должно быть таким, чтобы минимальное отклонение потенциала на нем было не менее 0.На 3 В выше, чем падение диода на выводе 3 ИС, пока аккумулятор не достигнет желаемого уровня полного заряда. По достижении полного заряда этот потенциал должен упасть ниже уровня падения диода.

Первоначально, когда батарея заряжается, в потребляемом токе возникает отрицательная разность потенциалов, скажем, -1 В на входных контактах ИС. Это означает, что напряжение на контакте 2 теперь становится ниже напряжения на контакте 3 как минимум на 0,3 В. Благодаря этому на выводе 6 микросхемы появляется высокий уровень, позволяющий полевому МОП-транзистору проводить и соединять батарею с источником питания.

Когда батарея заряжается до оптимального уровня, напряжение на резисторе измерения тока падает до достаточно низкого уровня, в результате чего разность потенциалов на резисторе становится почти нулевой.

Когда это происходит, потенциал контакта 2 поднимается выше, чем потенциал контакта 3, вызывая низкий уровень на контакте 6 ИС и отключая полевой МОП-транзистор. Таким образом, аккумулятор отключается от источника питания, что приводит к прекращению процесса зарядки. Диод, подключенный к контактам 3 и 6, блокирует или фиксирует цепь в этом положении до тех пор, пока питание не будет отключено и снова не включено для нового цикла.

Вышеуказанная схема зарядки, зависящая от тока, также может быть выражена следующим образом:

При включении питания конденсатор емкостью 1 мкФ заземляет инвертирующий вывод операционного усилителя, вызывая кратковременный высокий уровень на выходе операционного усилителя, который включается. МОП-транзистор. Это начальное действие подключает батарею к источнику питания через полевой МОП-транзистор и измерительный резистор RS. Ток от батареи вызывает соответствующий потенциал для развития через RS, который поднимает нон-invering вход ОУ над входом опорного инвертирующий (3V).

Теперь выход операционного усилителя фиксируется и заряжает батарею, пока она не будет почти полностью заряжена. Такое положение уменьшает ток через RS таким образом, что потенциал на него падает ниже 3 ссылки V и ОУ выход включается низким уровень, выключая MOSFET и процесс зарядки для аккумулятора.

1) Использование одиночного операционного усилителя

Глядя на первую сильноточную схему для зарядки больших батарей, мы можем понять идею схемы с помощью следующих простых моментов:

В показанной конфигурации есть три основных этапа, а именно: питание питающая ступень, состоящая из трансформатора и мостовой выпрямительной сети.

Конденсатор фильтра после мостовой схемы был проигнорирован для простоты, однако для лучшего вывода постоянного тока на батарею можно добавить конденсатор 1000 мкФ / 25 В между положительным и отрицательным полюсом моста.

Выходной сигнал источника питания подается непосредственно на аккумулятор, который необходимо зарядить.

Следующий каскад состоит из компаратора напряжения IC на операционном усилителе 741, который сконфигурирован так, чтобы измерять напряжение батареи во время ее зарядки и переключать свой выход на вывод № 6 с соответствующим ответом.

Контакт № 3 ИС подключен к батарее или положительному полюсу питания схемы через предустановку 10K.

Предварительная установка настроена таким образом, что ИС меняет свой выходной сигнал на выводе №6, когда батарея полностью заряжается, и достигает примерно 14 вольт, что является напряжением трансформатора при нормальных условиях.

Контакт # 2 IC зажимают с фиксированной ссылкой через делитель напряжения сети, состоящей из 10K резистор и стабилитрон 6 вольт.

Выходной сигнал ИС подается на каскад драйвера реле, где транзистор BC557 образует основной управляющий компонент.

Первоначально питание схемы инициируется нажатием переключателя «пуск». При этом переключатель шунтирует контакты реле и мгновенно запитывает цепь.

ИС определяет напряжение батареи, и, поскольку на этом этапе оно будет низким, на выходе ИС появится низкий логический уровень на выходе.

Включает транзистор и реле, реле мгновенно фиксирует питание через соответствующие контакты

.Статьи о

BatteryStuff | Объяснение свинцово-кислотной батареи

Стю Олтман - технический редактор журнала Wing World Magazine
Отредактировано и перепечатано с разрешения

12-вольтовая аккумуляторная батарея мотоцикла состоит из пластикового корпуса, содержащего шесть ячеек. Каждая ячейка состоит из набора положительных и отрицательных пластин, погруженных в разбавленный раствор серной кислоты, известный как электролит, и каждая ячейка имеет напряжение около 2,1 В при полной зарядке.Шесть элементов соединены вместе, чтобы получить полностью заряженную батарею примерно на 12,6 вольт.

Это здорово, но как вливание свинцовых пластин в серную кислоту производит электричество? Батарея использует электрохимическую реакцию для преобразования химической энергии в электрическую. Давайте посмотрим. Каждая ячейка содержит пластины, напоминающие крошечные квадратные теннисные ракетки, сделанные из свинцовой сурьмы или свинцово-кальциевого сплава. Затем к пластинам приклеивается паста из так называемого «активного материала»; губчатый свинец для отрицательных пластин и диоксид свинца для положительных.В этом активном материале происходит химическая реакция с серной кислотой, когда на клеммы батареи подается электрическая нагрузка.

Как это работает

Позвольте мне сначала дать вам общую картину для тех, кто не очень ориентирован на детали. В основном, когда батарея разряжается, серная кислота в электролите истощается, так что электролит больше напоминает воду. В то же время сульфат кислоты покрывает пластины и уменьшает площадь поверхности, на которой может происходить химическая реакция.Зарядка обращает процесс, возвращая сульфат обратно в кислоту. Это вкратце, но читайте дальше, чтобы лучше понять. Если вы уже бежали из комнаты, крича и волоча волосы, не волнуйтесь.

Электролит (серная кислота и вода) содержит заряженные ионы сульфата и водорода. Ионы сульфата заряжены отрицательно, а ионы водорода - положительно. Вот что происходит при включении нагрузки (фары, стартера и т. Д.). Ионы сульфата перемещаются к отрицательным пластинам и теряют свой отрицательный заряд.Оставшийся сульфат соединяется с активным материалом на пластинах с образованием сульфата свинца. Это снижает прочность электролита, а сульфат на пластинах действует как электрический изолятор. Избыточные электроны уходят с отрицательной стороны батареи через электрическое устройство и обратно к положительной стороне батареи. На положительном выводе батареи электроны устремляются обратно и принимаются положительными пластинами. Кислород в активном материале (диоксид свинца) реагирует с ионами водорода с образованием воды, а свинец реагирует с серной кислотой с образованием сульфата свинца.

Ионы, движущиеся в электролите, создают ток, но по мере того, как элемент разряжается, количество ионов в электролите уменьшается, и площадь активного материала, доступного для их приема, также уменьшается, поскольку он покрывается сульфатом. Помните, что химическая реакция происходит в порах активного материала, прикрепленного к пластинам.

Многие из вас, возможно, заметили, что аккумулятор, используемый для запуска велосипеда, который просто не заводится, быстро достигает точки, в которой даже двигатель не заводится.Однако, если эту батарею оставить на некоторое время, она, кажется, оживает. С другой стороны, если вы оставите переключатель в положении «парк» на ночь (горят только пара маленьких лампочек), аккумулятор будет совершенно бесполезен утром, и никакое количество отдыха не приведет к его восстановлению. Почему это? Поскольку ток возникает в результате химической реакции на поверхности пластин, сильный ток быстро восстанавливает электролит на поверхности пластин до воды. Напряжение и ток будут снижены до уровня, недостаточного для работы стартера.Требуется время, чтобы большее количество кислоты диффундировало через электролит и достигло поверхности пластин. Это достигается за счет короткого периода отдыха. Кислота не истощается так быстро, когда ток небольшой (например, для питания лампы заднего фонаря), а скорость диффузии достаточна для поддержания напряжения и тока. Это хорошо, но когда напряжение в конечном итоге падает, кислота больше не прячется за пределами ячейки, чтобы мигрировать к пластинам. Электролит в основном состоит из воды, а пластины покрыты изолирующим слоем из сульфата свинца.Теперь требуется зарядка.

Саморазряд

Одна не самая приятная особенность свинцово-кислотных аккумуляторов заключается в том, что они разряжаются сами по себе, даже если не используются. Общее практическое правило - норма саморазряда один процент в день. Эта скорость увеличивается при высоких температурах и уменьшается при низких температурах. Не забывайте, что ваше Gold Wing с часами, стереосистемой и радио CB никогда не выключается полностью. Каждое из этих устройств имеет "поддерживающую память", чтобы сохранить ваши предварительные настройки и время радио, и эти воспоминания потребляют около 20 миллиампер или.020 ампер. Это будет высасывать из вашей батареи около получаса в час при температуре 80 градусов по Фаренгейту. Эта тяга, в сочетании со скоростью саморазряда, разряжает вашу батарею на 50 процентов за две недели, если велосипед оставлен без присмотра и без седла.

Во время зарядки аккумулятора

Зарядка - это процесс, обращающий электрохимическую реакцию в обратном направлении. Он преобразует электрическую энергию зарядного устройства в химическую энергию. Помните, аккумулятор не накапливает электричество; в нем хранится химическая энергия, необходимая для производства электроэнергии.

Зарядное устройство для аккумулятора меняет направление тока, при условии, что зарядное устройство имеет большее напряжение, чем аккумулятор. Зарядное устройство создает избыток электронов на отрицательных пластинах, и положительные ионы водорода притягиваются к ним. Водород реагирует с сульфатом свинца с образованием серной кислоты и свинца, и когда большая часть сульфата уходит, водород поднимается с отрицательных пластин. Кислород в воде реагирует с сульфатом свинца на положительных пластинах, снова превращая их в диоксид свинца, и пузырьки кислорода поднимаются от положительных пластин, когда реакция почти завершается.

Многие люди думают, что внутреннее сопротивление аккумулятора велико, когда аккумулятор полностью заряжен, но это не так. Если вы задумаетесь, то вспомните, что сульфат свинца действует как изолятор. Чем больше сульфата на пластинах, тем выше внутреннее сопротивление аккумулятора. Более высокое сопротивление разряженной батареи позволяет ей принимать более высокую скорость заряда без выделения газов или перегрева, чем когда батарея почти полностью заряжена. При почти полной зарядке остается не так много сульфата, чтобы поддерживать обратную химическую реакцию.Уровень зарядного тока, который может применяться без перегрева батареи или разрушения электролита на водород и кислород, известен как «естественная скорость поглощения батареи». Когда зарядный ток превышает эту естественную скорость поглощения, происходит перезаряд. Аккумулятор может перегреться, и электролит начнет пузыриться. Фактически, часть зарядного тока тратится в виде тепла даже при правильных уровнях зарядки, и эта неэффективность создает необходимость возвращать в батарею больше ампер-часов, чем было вытащено.Подробнее об этом позже.

Как долго прослужит моя батарея?

Есть много вещей, которые могут привести к выходу батареи из строя или резко сократить срок ее службы. Одна из таких вещей - позволить батарее оставаться в частично разряженном состоянии . Мы говорили о сульфате, образующемся на поверхности пластин аккумулятора при разряде, и сульфат также образуется в результате саморазряда. Сульфат также быстро образуется, если уровень электролита упадет до точки, при которой пластины будут обнажены.Если позволить этому сульфату оставаться на пластинах, кристаллы станут больше и затвердеют до тех пор, пока их невозможно будет удалить загрузкой. Следовательно, количество доступной площади поверхности для химической реакции будет постоянно уменьшаться. Это состояние известно как «сульфатирование», и оно необратимо снижает емкость аккумулятора. Батарея на 20 ампер в час может начать работать как батарея на 16 ампер в час (или меньше), быстро теряя напряжение под нагрузкой и не поддерживая достаточное напряжение во время проворачивания двигателя для работы системы зажигания велосипеда.Это последнее условие очевидно, когда двигатель отказывается запускаться, пока вы не уберете палец с кнопки запуска. Когда вы отпускаете стартер, напряжение аккумуляторной батареи мгновенно поднимается до достаточного уровня. Поскольку двигатель все еще кратковременно вращается, при включенном зажигании зажигаются свечи зажигания. В следующей статье мы увидим, почему повышенное внутреннее сопротивление из-за сульфатирования снижает мощность, подаваемую на стартер.

Глубокая разрядка - еще один убийца батареи.Каждый раз, когда батарея глубоко разряжается, часть активного материала падает с пластин и падает на дно корпуса батареи. Естественно, остается меньше материала для проведения химической реакции. Если на дне корпуса скапливается достаточно этого материала, пластины закоротятся, и аккумулятор выйдет из строя.

Перезарядка - коварный убийца; его эффекты часто не очевидны для невиновного покупателя постоянного зарядного устройства за десять долларов, который оставляет его подключенным к батарее на длительное время.Https://www.batterystuff.com/battery-chargers/#mce_temp_url# заряжается с постоянной скоростью независимо от уровня заряда аккумулятора. Если эта скорость превышает естественную скорость поглощения батареи при полной зарядке, электролит начнет разрушаться и выкипать. Многие гонщики всю зиму хранят велосипед на зарядном устройстве, а весной обнаруживают, что аккумулятор практически разряжен. Кроме того, поскольку зарядка имеет тенденцию окислять положительные пластины, продолжающаяся перезарядка может вызвать коррозию пластин или разъемов, пока они не ослабнут и не сломаются.

Недостаточная зарядка - это состояние, которое встречается на многих мотоциклах. Ваш регулятор напряжения настроен на поддержание напряжения вашей системы на уровне от 14 до 14,4 вольт. Если вы один из тех, кто ездит по автомагистралям между штатами, а ваш вольтметр показывает только 13,5 вольт, потому что вы сжигаете больше огней, чем рождественский дисплей Macy, вы должны знать, что этого напряжения достаточно для поддержания заряженной батареи, но недостаточно для полной перезарядить разряженный.

Помните, мы говорили, что газовыделение происходит, когда весь или большая часть сульфата свинца превращается обратно в свинец и диоксид свинца.Напряжение, при котором это обычно происходит, известное как напряжение газовыделения, обычно чуть выше 14 вольт. Если напряжение в вашей системе никогда не станет таким высоким, и если вы никогда не компенсируете это путем подключения к зарядному устройству дома, сульфат начнет накапливаться и затвердевать, как налет во рту. Рассматривайте периодическую тщательную зарядку как обычную чистку зубов нитью и зубной нитью. Если вы не соблюдаете гигиену полости рта, вы можете пойти к дантисту и попросить его взорвать и скрести всю эту мерзость.Когда ваша батарея достигает этой стадии, это занавески!

Какой тип зарядного устройства и почему

Ваш генератор переменного тока и стандартное автомобильное зарядное устройство имеют много общего; они стремятся поддерживать постоянное напряжение. Вот проблема с попыткой быстро зарядить сильно разряженный аккумулятор любым из них. Помните, мы обсуждали, как сильный ток может привести к разрядке батареи. Затем, когда кислота диффундирует через элементы, концентрация на поверхности пластин увеличится, и батарея вернется к жизни.

Подобным образом напряжение аккумулятора во время заряда увеличивается из-за концентрации кислоты, которая возникает на поверхности пластин. Если скорость заряда значительная, напряжение будет быстро расти. Конусное зарядное устройство или автомобильный регулятор напряжения резко снизят скорость заряда, когда напряжение поднимется выше 13,5, но соизмеримо ли состояние заряда аккумулятора с напряжением? Нет! Опять же, требуется время, чтобы кислота распространилась по клеткам.

Несмотря на то, что напряжение может быть высоким, электролит на внешней стороне элементов все еще слаб, и батарея может иметь гораздо более низкий уровень заряда, чем может указывать напряжение.Только после продолжительной зарядки при пониженном токе будет достигнута полная емкость. По этой причине вы не должны судить о состоянии заряда батареи, измеряя напряжение во время зарядки. Проверяйте его только после того, как дайте батарее посидеть хотя бы час. Напряжение будет снижаться и стабилизироваться по мере распространения кислоты по клеткам.

В течение последних нескольких лет несколько компаний разработали зарядные устройства, которые могут быстро заряжать разряженную батарею, а затем удерживать батарею под напряжением, которое не приводит к газу и саморазряду.Их иногда называют «умными зарядными устройствами» или многоступенчатыми зарядными устройствами. Вот как они работают.

Мы сказали, что аккумулятор может принимать гораздо более высокую скорость заряда, когда он частично разряжен, чем когда он почти полностью заряжен. Эти многоступенчатые зарядные устройства используют этот факт, начиная заряд с постоянным током или в режиме «объемной зарядки». Обычно они обеспечивают ток заряда от 650 мА до 1,5 А, в зависимости от марки и модели. Этот объемный заряд остается постоянным (или должен быть) до тех пор, пока напряжение аккумулятора не достигнет 13.5 вольт, что позволяет аккумулятору поглотить большее количество заряда за короткое время и без повреждений. Затем зарядное устройство переключается на постоянное напряжение или «абсорбционный» заряд.

Идея состоит в том, чтобы позволить батарее поглотить последние 15 процентов своего заряда с естественной скоростью поглощения, чтобы предотвратить чрезмерное выделение газа или нагрев. Наконец, эти зарядные устройства переключаются в «плавающий» режим, в котором напряжение батареи поддерживается на уровне, достаточном для предотвращения ее разрядки, но недостаточном для возникновения перезарядки.Различные компании в целом расходятся во мнениях относительно того, каким должно быть это плавающее напряжение, но обычно оно составляет от 13,2 до 13,4 вольт. Фактически, напряжение холостого хода должно иметь температурную компенсацию от 13,1 В при 90 градусах по Фаренгейту до 13,9 В при 50 градусах. Большинство очень дорогих многоступенчатых зарядных устройств высокой мощности для использования с более крупными батареями RV имеют температурную компенсацию, но, насколько мне известно, ни один из мотоциклов не работает; они используют компромиссную настройку с плавающей запятой.

Итак, я могу просто установить и забыть, верно? Не совсем так.Во-первых, вам нужно время от времени проверять аккумулятор на предмет правильного уровня жидкости (если у вас нет герметичной батареи). Еще одна проблема - это проба батареи. Даже если его удерживать на уровне 13 вольт, постоянное напряжение позволит батарее со временем начать сульфатироваться. Я рекомендую отключать зарядное устройство от большинства из этих устройств не реже одного раза в 60 дней во время сезонного хранения. Дайте батарее отдохнуть пару дней, а затем снова подключите зарядное устройство.

Все еще здесь?

Если вы все еще читаете это, вы настоящий солдат.Я понимаю, что эта тема может сбивать с толку или даже скучать, но наберись духа; Я легкомысленно относился к тебе. Остается гораздо больше невысказанного, чем то, что здесь показано. Это были «Лучшие хиты Battery». Я надеюсь, что этого было достаточно, чтобы заинтересовать вас, не отправляя вас в информационную перегрузку, и, возможно, теперь, когда вы знаете, сколько способов сократить срок службы батареи, вы знаете, почему никто не может предсказать, как долго прослужит батарея. Многие гонщики, которые считают, что отлично заботятся о своих батареях, на самом деле убивают их добротой.

Выберите зарядное устройство для аккумулятора

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

.

Смотрите также