Как заряжать тяговые аккумуляторы

Зарядные устройства используют разные технологии и алгоритмы, отличаются мощностью и размерами, но имеют общий принцип работы — аккумуляторы заряжаются потому, что напряжение на выходе с зарядного устройства выше, чем напряжение на клеммах аккумулятора. Разница напряжений заставляет ток течь от источника (зарядного устройства) к нагрузке (аккумуляторной батарее).Ячейки гелевого, AGM и жидко-кислотного аккумуляторов

Зарядка тяговых аккумуляторов отличается от зарядки стартовых или автомобильных батарей. Чтобы зарядить 12-вольтовую аккумуляторную батарею зарядное устройство должно обеспечить напряжение не менее 14 вольт. Однако если напряжение превысит 15 вольт, то аккумулятор перегреется, в нем начнется газообразование, испарение электролита и деформация пластин.

Зарядка тягового аккумулятора

Аккумуляторы заряжаются и разряжаются благодаря диффузии – процессу проникновения ионов в активный материал пластин. Диффузия протекает медленно, начинается на поверхности пластины, а затем распространяется вглубь ее активного материала.

Графики тока зарядки тягового аккумулятора
На левом графике — зависимость тока, поглощаемого аккумулятором в зависимости от состояния его разряда. На правом графике — ток, получаемый аккумулятором в зависимости от напряжения зарядки

Во время разряда пластины тягового аккумулятора поглощают кислоту из электролита и на них образуется сульфат свинца. Количество электролита в ячейке остается прежним, однако содержание кислоты в нем уменьшается.

При зарядке процесс идет в обратном направлении. Кислота выделяется на обеих пластинах —  положительная превращается в оксид свинца, а отрицательная в пористый, похожий на губку свинец. После того, как аккумулятор зарядится, получаемая им электрическая энергия перестает трансформироваться в химическую, а тратится на разложение воды на водород и кислород.

Чтобы диффузии произошла не только на поверхности, но и распространилась вглубь толстых пластин тяговых аккумуляторов, их заряжают в несколько стадий.  Эта общепринятая в настоящее время технология заряда основана на способности батарей абсорбировать разный по силе ток в зависимости от состояния заряда.

Стадия насыщения

График зарядки тяговых аккумуляторов
Кривые изменения тока и напряжения при зарядке тяговых аккумуляторов в три стадии

Первый этап трехступенчатой зарядки –фаза насыщения. Аккумулятор заряжается быстро, выходной ток зарядного устройства максимальный, а напряжение на аккумуляторе зависит от степени разряда батареи. Продолжительность этапа насыщения определяется отношением емкости, которую требуется восстановить, к току зарядки.

Ток заряда во время первого этапа составляет 10 – 100 % от емкости аккумулятора и зависит от типа аккумуляторной батареи. Тяговый аккумулятор воспринимает такой ток до тех пор, пока не достигнет первого контрольного напряжения зарядки и не зарядится до 80% емкости. После этого, его способность усваивать ток резко уменьшается. Это первое контрольное напряжение называется напряжением абсорбции, а следующий этап зарядки – фазой абсорбции.

Во время первой стадии аккумулятору за короткое время передается большое количество энергии, этот этап зарядки очень эффективен и приносит тяговому аккумулятору 75-80% его емкости.

Стадия поглощения

Стадия абсорбции протекает при напряжении, достигнутом в конце первого этапа зарядки, а аккумулятор потребляет только то количество тока, которое может усвоить при этом напряжении. Ток непрерывно уменьшается, до тех пор, пока аккумулятор не достигнет состояния полной зарядки.

Зарядка и разряд аккумулятора — это процесс диффузии внутри батареи. Когда аккумулятор быстро, но не глубоко разряжается, диффузия не распространяется вглубь активного материала аккумуляторных пластин и химические реакции протекают только на их поверхности. После неглубокого разряда вторая фаза зарядки может быть короткой или совсем отсутствовать. Однако при длительном и глубоком разряде требуется продолжительный этап абсорбции.

Стадия абсорбции – это компромисс между высоким напряжением и временем зарядки. Во время нее аккумулятор получает оставшиеся 20-25 процентов энергии и считается заряженным, когда при постоянном напряжении потребляемый ток опускается до 2 процентов емкости.

Поддерживающая зарядка

Третья стадия – это поддерживающая зарядка. После того как потребляемый аккумулятором ток уменьшился до 1-2 процентов от емкости, зарядное устройство понижает напряжение до 13,4 – 13,8 вольт, чтобы не допустить неконтролируемого закипания и вытекания электролита.

Слишком высокое поддерживающее напряжение ведет к ускоренному старению из-за коррозии положительных пластин, а недостаточное не позволяет аккумулятору оставаться полностью заряженным и приводит к сульфатации. Поддерживающее напряжение отличается для тяговых аккумуляторов с жидким электролитом и VRLA аккумуляторов.

Стабилизация

Сульфатация пластин аккумулятора
Сульфатация пластин тягового аккумулятора в зависимости от количества циклов заряда-разряда

Фаза стабилизации или выравнивания используется для предотвращения преждевременного старения свинцово-кислотных батарей с жидким электролитом. Это дополнительный, часто пропускаемый этап, который начинается после того как зарядка подойдет к концу. При стабилизации процесс не прекращается, а ток в 4 процента от емкости, продолжает заряжать батарею до тех пор, пока напряжение не повысится до 15,5 -16,2 вольта.

Фаза стабилизации приводит тяговые аккумуляторы к максимальному заряду, контролируемому закипанию электролита и растворению кристаллов сульфата свинца, образовавшихся на поверхности пластин. Стабилизацию батарей с жидким электролитом выполняют каждые 20-50 циклов. Гелевые и AGM батареи стабилизации не подвергают.

Ток и напряжение заряда

Напряжение заряда

Толстые пластины обслуживаемых тяговых аккумуляторов с жидким электролитом допускают повышенное напряжение второй стадии зарядки – 14.8 В. Для AGM, гелевых и необслуживаемых аккумуляторов с жидким электролитом это напряжение — 14.4 – 14,7 В.

Графики заряда аккумулятора с жидким электролитом и гелевого аккумулятора Trojan
Графики заряда аккумулятора с жидким электролитом и гелевого аккумулятора Trojan. Источник http://www.trojanbattery.com/

Гелевые аккумуляторы наиболее чувствительны к повышенному напряжению, поэтому их рекомендуется заряжать в диапазоне 13,8 – 14,4 вольта.

24-вольтовые литий-ионные аккумуляторы заряжаются при напряжении 29.2 вольт, а 12-вольтовые — 14.6 вольт. Напряжение поддерживающей зарядки 26.5 В и 13.25 вольт соответственно.

 

Напряжение заряда для тяговых аккумуляторов DELTA, Trojan и DEKA
Тип аккумулятора С жидким электролитом AGM Гелевые
Марка Trojan SCS 150 DEKA DС 31DT DELTA HRL-12-100 Trojan 31-AGM DELTA GX12-100 Trojan 31-GEl DEKA 8G31DT
Напряжение абсорбции, В 14,8 14,8 13,8-14,1 14,1-14,7 13,8-14,1 14,1-14,4 13,8-14,6
Поддерживающее напряжение, В 13,2 13,4 13,4-13,6 13,5 13,4-13,6 13,5 13,4-13,6

Напряжение заряда отличается для аккумуляторов разных марок, поэтому в первую очередь руководствуйтесь рекомендациями производителей, а не типом тягового аккумулятора

Ток заряда

Зависит от типа аккумуляторов и определяется в процентах от емкости С20. Чем выше ток, тем быстрее зарядка, но тем больше опасность перегреть и разрушить аккумулятор.  Допустимый максимальный ток для разных типов тяговых аккумуляторов:

  • Литиевые аккумуляторы – 100% С20
  • AGM аккумуляторы – 30-50% С20
  • Гелевые – до 30% С20
  • Аккумуляторы с жидким электролитом -10-25% С20,
Ток заряда для тяговых аккумуляторов DELTA, Trojan и DEKA
Тип аккумулятора С жидким электролитом AGM Гелевые
Марка Trojan SCS 150 DEKA Marine Master DС 31DT DELTA HRL-12-100 Trojan 31-AGM DELTA GX12-100 Trojan 31-GEl DEKA 8G31DT
Ток зарядки % С20 10-13  15 30 20 20 10-13 25-30

 Время зарядки аккумулятора

Время зарядки тягового аккумулятора зависит от емкости, которую требуется восстановить, типа аккумулятора и тока зарядки.  Чем меньше разряжен аккумулятор и выше зарядный ток, тем быстрее батарея будет готова к повторной работе.

На время зарядки влияет продолжительность стадии абсорбции (последние 20% зарядки), которая составляет около четырех часов. Во время абсорбции потребляемый аккумулятором ток не зависит от мощности зарядного устройства, а определяется самим аккумулятором.

Эффективность аккумулятора

Эффективность аккумуляторов – еще один фактор от которого зависит продолжительность зарядки. При заряде аккумулятору передается больше ампер часов, чем забирается во время разряда. Отношение этих двух величин называется эффективностью зарядки.

Зарядная эффективность тягового аккумулятора близка к 100% до тех пор, пока не начинается газообразование, которое означает, что часть зарядного тока не превращается в химическую энергию, сохраняемую в пластинах, а используется для разложение воды на кислород и водород. Ампер часы, сохраненные в пластинах отдаются во время разряда, а истраченные на разложение воды теряются безвозвратно. Размер потерь и зарядная эффективность аккумулятора зависят от:

  • Типа аккумуляторов. Низкое газовыделение – высокая эффективность
  • Способа зарядки. Если аккумуляторы эксплуатируются в режиме частичного заряда и разрядки и заряжаются до 100% только время от времени, эффективность заряда будет выше, чем если аккумулятор заряжается до 100 процентов после каждого разряда.
  • Тока и напряжения зарядки. Когда аккумуляторы заряжаются высоким током, высоким напряжением и при высокой температуре, газообразование начинается раньше и происходит более интенсивно. Это уменьшает эффективность зарядки.

Средняя эффективность тяговых аккумуляторов с жидким электролитом —  80%, а гелевых и AGM аккумуляторов глубокого разряда> 90%. Это значит, что потери энергии у этих аккумуляторов меньше, время зарядки короче.

Как правильно зарядить тяговый аккумулятор

  • Низкий разряд ведет к увеличению срока службы батареи
  • Разрядка в 80 процентов — это максимальная безопасная величина
  • Не оставляйте аккумуляторы разряженными на продолжительное время
  • Заряжайте аккумуляторы после каждого использования
  • Не используйте одновременно старые и новые аккумуляторыЗарядные устройства Sterling Power для тяговых аккумуляторов

Недозарядка

При регулярной недозарядке на пластинах аккумулятора образуются нерастворимые кристаллы сульфата свинца, которые сильно снижают производительность тяговой батареи. Сульфат свинца повышает сопротивление, из-за этого зарядное устройство неправильно устанавливает напряжения заряда, и еще больше недозаряжает аккумулятор.

Аккумуляторы с сульфатированными пластинами нельзя вернуть к нормальному состоянию, поэтому их приходится заменять, поэтому заряжайте аккумуляторы полностью и проводите выравнивание батарей с жидким электролитом каждые шесть восемь недель.

Перезарядка

Имеет особенно трагичные последствия для гелевых и AGM аккумуляторов. При постоянной перезарядке электролит выкипает и возникает термический разгон, при котором аккумулятор становится все горячее и горячее.

Используйте зарядные устройства для тяговых аккумуляторов с микропроцессором. Такие устройства подходят для заряда всех типов свинцово-кислотных аккумуляторов — с жидким электролитом, гелевых и AGM. От владельца требуется один раз установить напряжение, а остальная зарядка выполняется автоматически.

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

captcha