Зарядное устройство

Зарядное устройство - зарядка свинцово-кислотного аккумулятора

Батарею можно определить как электрохимическое устройство, которое может преобразовывать химическую энергию активных материалов в электрическую. Если реакция, приводящая к такому преобразованию одной формы энергии в другую, является обратимой, то мы имеем перезаряжаемый, вторичный или накопительный элемент. Такие элементы можно многократно перезаряжать после каждого разряда, чтобы изменить направление реакции. Для того чтобы батарея прослужила положенный срок, ее необходимо правильно заряжать при необходимости.

Клетки с необратимыми реакциями называются первичными клетками.
Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из положительного и отрицательного электродов, разделенных изолирующими пленками, называемыми сепараторами. В качестве электролита используется разбавленный раствор серной кислоты. Положительно активный материал — диоксид свинца (PbO2), а отрицательно активный материал — свинец.
Прежде чем мы углубимся в детали зарядного устройства, необходимо вкратце разобраться в нескольких вопросах, связанных с батареями.

Ампер — это единица измерения тока (который определяется как непрерывный поток электронов). Когда один кулон (или один ампер-секунда) проходит мимо точки за одну секунду, сила тока определяется как 1 ампер.

Напряжение можно рассматривать как движущую силу, заставляющую электроны двигаться в электронном проводнике, а единицей измерения является вольт. Когда в 1 ампер-секунде содержится 1 джоуль энергии, мы говорим, что разность электрических потенциалов составляет 1 вольт.

Эти два термина можно сравнить с верхним резервуаром для воды в здании. Чем больше высота резервуара для воды, тем выше будет сила, с которой будет течь вода. Аналогично, чем больше диаметр трубы, несущей воду от резервуара к точке пользователя, тем больший объем воды получает пользователь. Протекание воды в трубе можно сравнить со скоростью, с которой течет вода.

Ампер-час (Ah) — это количество электроэнергии, которое является произведением силы тока и времени.
1 Ач = 1 А *1 час.
Ватты (Вт) — это мощность, и она является продуктом тока и напряжения. Более высокие единицы измерения — кВт (= 1000 Вт).

мегаватт, МВт (=1000 кВт) и гигаватт, ГВт (один миллиард Вт (1 000 000 000 000 Вт)1. W = 1 A * 1 V = VA.

Энергия (Втч) — это количество энергии, подаваемой в единицу времени. Высшие единицы измерения — кВт-ч (= 1000 Вт-ч)

мегаватт-час, MWh (= 1000 кВт-ч) и гигаватт-час, GWh (= (один миллиард Вт-ч (1 000 000 000 000 ватт-часов).

Единицы ГВт используются для обозначения мощности крупных электростанций. ГВт-ч используется для обозначения производственной мощности крупных аккумуляторных производств электромобилей (EV) и аккумуляторных систем хранения большой емкости Вт-ч = 1 Вт* 1 ч = 1 Вт-ч
На языке аккумуляторов можно сказать, что батарея имеет емкость 1200 Вт-ч (или 1,2 кВт-ч), если ее напряжение равно 12, а емкость в А-ч — 100.
12 В * 100 Ач = 1200 Вт-ч или 1,2 кВт-ч.

Мощность, приходящаяся на единицу массы батареи, называется удельной мощностью, а единицей измерения является Вт на кг.
Удельнаямощность = Вт/кг и кВт/кг.
Аналогично, энергия, выделяемая единицей массы батареи, называется удельной энергией, а единицей измерения является Вт-ч на кг.
Удельная энергия = Вт-ч / кг и кВт-ч / кг. (Также записывается как Вт-ч кг-1)
Аналогично, мощность, выделяемая на единицу объема батареи, называется плотностью мощности, а единицей измерения является Вт на литр.
Удельная мощность = Вт/литр и кВт/литр.
Энергия, выделяемая на единицу объема батареи, называется плотностью энергии, а единицей измерения является Втч на литр.
1 Вт = 1 Дж в секунду

Плотность энергии = Вт-ч / литр и кВт-ч / литр. (Также записывается как W L-1 или W l-1)

Реакцией разряда-заряда свинцово-кислотного элемента является

Pb (NP) + PbO2 (PP) + 2H2SO4 Разряд ⇔ Заряд PbSO4 (PP) + PbSO4 (NP) + 2H2O (около PP)

Примечание: NP = отрицательная пластина = анод во время разряда = донор электронов во время разряда. PP = положительная пластина = катод во время разряда = акцептор электронов во время разряда

Во время заряда электродов их роли меняются местами; анод ведет себя как катод и наоборот. Теперь акцептор электронов будет отдавать электроны, а донор — принимать их.

Термин термодинамическая свободная энергия — это мера работы, которую можно извлечь из системы. В случае гальванического элемента электрическая работа совершается за счет движения заряженных частиц в результате химического взаимодействия между реактивами для получения результирующих веществ (продуктов).

Следовательно, энергия дается в терминах Δ
G
изменение свободной энергии Гибба, которая представляет собой максимальное количество химической энергии, которое может быть извлечено из процессов преобразования энергии.

Если
E
это ЭДС (электродвижущая сила, напряжение или потенциал) клетки и происходящего процесса (т. е, разряд свинцово-кислотного элемента), связан с прохождением
n
Фарады (
F
) на моль реактивов от одного электрода к другому, то электрическая работа, совершаемая ячейкой, дается как
nFE
. Соответствующее увеличение свободной энергии равно электрической работе, совершенной над системой. Следовательно,

ΔG = nFE или

ΔG = -nFE или

-ΔG° = nFE°

(при стандартных условиях; E° означает стандартный электродный потенциал или стандартное напряжение ячейки).

Уравнение Гиббса

(Что подразумевается под стандартными условиями?: 25°C или Цельсия (298,1°K или Кельвина), давление 1 бар, и активность (которую можно приблизительно принять за значение концентрации) реагирующего вида, Pb2+, равна единице).

Это уравнение называется
Уравнение Гиббса.

Уравнение Гиббса связывает напряжение клетки с изменением свободной энергии (DG). Если реакция происходит спонтанно (например, разряд свинцово-кислотного элемента), то ΔG отрицательно (энергия высвобождается), а ЭДС положительна, т.е. заряд в nF будет самопроизвольно течь в направлении, предполагаемом в реакции элемента.

С другой стороны, если ΔG положительна, это позволяет системе осуществлять явление электролиза (т.е. при заряде свинцово-кислотного элемента).

ЭДС клетки

ЭДС ячейки является
интенсивное термодинамическое свойство
т.е. не зависит ни от массы реагирующих веществ, ни от размера ячейки. Интенсивное свойство (в отличие от
экстенсивное свойство
) не зависит от массы реактивов и, следовательно, от размера батареи. Независимо от того, есть ли у вас несколько миллиграммов или несколько килограммов материала, система покажет одно и то же напряжение, и его нельзя увеличить за счет увеличения массы материала. Индивидуальный электродный потенциал является неотъемлемым электрохимическим свойством данного электродного материала, и изменить его значение при одинаковых условиях невозможно.

Примерами интенсивного свойства являются напряжение электродов и элементов; с другой стороны, интенсивное свойство
экстенсивное свойство
зависит от количества вещества, например, масса, объем, энергия, ампер-час и ватт-час. Так, 4,5 грамма активного материала диоксида свинца в свинцово-кислотном элементе теоретически обеспечивают один ампер-час (Ач), но если у вас есть 45 граммов, то они обеспечат в десять раз больше Ач. Таким образом, это экстенсивное свойство; bur в обоих случаях электродный потенциал будет одинаковым, а именно 1,69 В. Аналогичные аргументы можно выдвинуть для свинцовых и сернокислотных активных материалов.

Стандартный потенциал клетки (E°) связан со стандартным изменением свободной энергии (DG°), как указано выше.

ЭДС свинцово-кислотного элемента может быть определена из выражения

ΣΔGº _{ƒ продуктов} — ΣΔGº _{ƒ реактивов}

Где ΔG°ƒ означает стандартную свободную энергию образования реагирующего вида.

Стандартная свободная энергия образования

Таблица 1

Стандартная свободная энергия образования, ΔG°ƒ химических видов, участвующих в клеточной реакции

(Ганс Боде, Свинцово-кислотные аккумуляторы, Джон Вайли, Нью-Йорк, 1977, Приложение IV, стр. 366.)

Реактивы/Продукты	Численное значение (ккал моль-1 )
PbO2	-52.34
Pb	0
H2SO4	-177.34
PbSO4	-193.8
H2O	-56.69

Общая реакция записывается как

Pb + PbO2 + 2H2SO4_⇄ 2PbSO4 + 2H2O E° = 2,04 В.

ΔG° = ΣΔGº _{ƒ продуктов} — ΣΔGº _{ƒ реактивов}

Подставляя соответствующие значения (которые мы получаем из стандартных учебников, например, [1. Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, Appendix IV, p. 366].

= [2(-193.89) + 2(-56.69)] — [0 — (-52.34) + 2(-177.34)]

= -94,14 ккал моль
^—
¹

= -94,14 ккал моль
^—
¹ × 4,184 кДж моль
^—
¹ (для перевода ккал в кДж умножьте на 4,184)

= -393,88 кДж на моль

E° = -ΔG°/nF

= —(-393.88 × 1000)/2 × 96485

= 2,04 В для свинцово-кислотного элемента

Стандартное напряжение ячейки свинцово-кислотного элемента составляет 2,04 В

а общая или суммарная реакция ячейки свинцово-кислотного элемента записывается как:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 Разряд⇔Заряд PbSO4 (PP) + PbSO4 (NP) + 2H2O (около PP)

Прежде чем перейти к деталям зарядки и разрядки свинцово-кислотного элемента, мы должны знать некоторые термины, используемые в электрохимии.

Мы уже знаем значение стандартных условий.

Когда мы нарушаем клеточную реакцию (в прямом или обратном направлении), мы говорим, что клетка находится в нарушенном состоянии , а не в равновесном.

При нарушении электрохимической системы всегда будет наблюдаться отличие от стандартного потенциала. Таким образом, если свинцово-кислотный элемент принудительно направить в сторону разряда, напряжение элемента уменьшается на определенную величину, которая зависит от величины тока. Чем выше текущее значение, тем больше будет отклонение от стандартного значения.

Теперь напряжение на ячейке будет

_EDisch = E° — δV.

Значение_EDisch будет меньше, чем значение E°.

Напротив, если ячейку заставить двигаться в обратном направлении (т.е. в режиме зарядки), напряжение ячейки увеличится на определенную величину, которая опять же зависит от величины тока.

_ECh = E° + δV.

Величина δV называется
перенапряжение или перепотенциал
и обозначается символом
символ η
.

Значение δV будет отрицательным для реакции разряда и положительным для реакции заряда.

Это явление уменьшения или увеличения напряжения в ячейке называется
поляризация
и говорят, что электроды находятся в поляризованном состоянии.

Таким образом, мы переписываем уравнения следующим образом:

_EDisch = E° — η.

_ECh = E° + η.

Таким образом, видно, что во время разряда

_EDisch < E° и

Во время зарядки

_ECh > E°.

Каковы причины такого отклонения напряжения?

Существует несколько причин такого отклонения:

Потери из-за внутреннего сопротивления (IR) (ηohmic)
Активационная поляризация вследствие переноса заряда на двух электродах во время начала процесса ηt.
Концентрационная поляризация из-за истощения электролита и других участвующих видов (ηc).

Потери из-за ИК-поляризации могут быть уменьшены за счет использования электродных токоприемников и электролита с лучшей проводимостью. Также поможет сепаратор с более низким сопротивлением.

Активационная поляризация связана с переносом носителей заряда через фазовые границы электрода, и этот процесс обозначается как реакция переноса. Перенапряжение, возникающее в результате реакций переноса заряда на двух электродах, может быть очень сильно снижено в электродах аккумуляторов за счет совместимой пористой структуры. Последнее увеличивает фактическую площадь внутренней поверхности (площадь поверхности по БЭТ, которая включает площади пор, трещин и изломов) по сравнению с кажущейся площадью поверхности, полученной умножением размеров, длины и ширины), доступной для реакций.

Плотность тока

Это, в свою очередь, снижает плотность тока (то есть ампер на квадратный см). Таким образом, пластина с суммарной пористостью 40 % приведет к большим потерям из-за активационной поляризации, чем пластина с пористостью 50 %.

Концентрационная поляризация (ηc) будет больше, если продукты реакции (сульфат свинца и молекулы воды, в случае свинцово-кислотного элемента) не будут удалены от поверхности электродов, чтобы освободить место для свежих реактивов (например, ионов свинца с обоих электродов и сульфат-ионов из электролита в случае свинцово-кислотного элемента). η_c будет более выраженным к концу реакции разряда. Внутри клетки перенос ионов осуществляется путем диффузии и миграции.

Диффузия обусловлена разницей в концентрации, в то время как миграция вызвана силами электрического поля.

Диффузия может происходить в основной части электролита или в сепараторе: поскольку ионы генерируются на одном электроде и расходуются на другом, ионы должны перемещаться между электродами.

Он также возникает в пористых электродах по мере протекания электрохимической реакции. Продукты реакции могут перемещаться в пределах активной массы к своему конечному местоположению путем диффузии.

Доля общего тока, которую переносят конкретные ионные виды (заряженные частицы) путем миграции, является функцией их числа переноса. В бинарном электролите, диссоциированном на катионы и анионы, числа переноса связаны уравнением

ɩC + ɩA= 1,

где ɩC + ɩA обозначают транспортное число катионов и анионов.

Числа переноса зависят от концентрации ионов и от температуры. В растворах бинарных солей они почти близки к 0,5. Таким образом, оба ионных вида в равной степени обладают ионной проводимостью.

Значительные отклонения происходят в сильных кислотах и щелочах из-за более высокой ионной подвижности протонов (H+) и гидроксильных ионов (OH-). Ниже приведены значения для электролита серной кислоты (диссоциированной на H+ и HSO2-4) и гидроксида калия (диссоциированного на K+ и OH-). ₄

ιH+ = 0,9; ɩHSO4_^2- = 0,1; ιK+ = 0,22; ^ιOH-= 0,78

Число переноса — это мера того, насколько сильно концентрация конкретного иона зависит от миграции под действием тока. Меньшее значение свидетельствует о меньшем влиянии на процессы миграции, а большее — о большем влиянии на процесс миграции.

2. Д. Берндт, в Справочнике по технологии аккумуляторов, изд. H.A. Kiehne, Второе издание, 2003, Marcel Dekker, Inc., Нью-Йорк, Таблица 1.2.
3. J S Newman. Электрохимические системы. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1991, p 255.
4. S U Falk, A J Salkind. Алкалиновые аккумуляторные батареи. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, 1969, p 598

Чтобы прояснить это, мы должны понять, как протекает реакция разряда. Как только клеммы аккумулятора подключаются к потребляющему устройству, электроны начинают течь от отрицательной пластины к положительной клемме через внешнюю цепь. Внутри клетки обязанность заряженных частиц — заботиться о протекании тока. Заряженными частицами являются протоны (H+) и бисульфат-ионы (HSO¯4 ).

Во время разряда отрицательные ионы HSO¯4 (в данном случае бисульфат-ионы из серной кислоты электролита, которая диссоциирует как H+ и HSO¯4 ) движутся к отрицательной пластине. Эти отрицательные ионы соединяются с активным веществом, Pb, производя сульфат свинца, PbSO4. В результате реакции также образуется положительно заряженный ион водорода, называемый протоном), который мигрирует прочь. Два электрона, высвобожденные в результате анодной реакции свинцового активного материала, достигают положительной клеммы через внешнюю цепь.

Отрицательная пластина или отрицательная реакция полуэлемента: Pb + HSO¯4 ⇄ Pb2+ + SO42- +H+ + 2e- E°= -0,35 В

Двухвалентные ионы свинца и сульфат-ионы немедленно соединяются, образуя сульфат свинца, и осаждаются на отрицательной пластине в виде сульфата свинца.

До сих пор мы видели картину негативных реакций пластины.

Теперь посмотрим, что происходит одновременно на положительной пластине.

Электроны с отрицательной пластины, достигнув положительной клеммы, вступают в реакцию с положительно активным мартиалом, PbO2, образуя сульфат свинца и две молекулы воды.

Положительная пластинка или положительная полуклеточная реакция: PbO2 + 3H+ + HSO¯4 + 2e- ⇄ Pb2+ + SO4 ^2- + 2H2O E° = 1,69 В

Двухвалентные ионы свинца (Pb2+) и сульфат-ионы ( ) немедленно соединяются, образуя сульфат свинца, и осаждаются на положительной пластине в виде сульфата свинца.

Механизм растворения-осаждения или растворения-осаждения-осаждения

Этот тип реакции, когда свинец и диоксид свинца растворяются в виде ионов свинца и немедленно осаждаются в виде сульфата свинца на соответствующих электродах, происходит по механизму
механизм растворения-осаждения или растворения-осаждения.

Теперь, объединив две реакции полуэлементов, мы имеем

Отрицательная пластина или отрицательная реакция полуэлемента: Pb + HSO¯4 ⇄ Pb2+ + SO42- +H+ + 2e-

Положительная пластина или положительная реакция полуэлемента: PbO2 + 3H+ + HSO¯4 + 2e- ⇄ Pb2+ + SO42- + 2H2O

Общая или суммарная реакция: Pb + PbO2 + 2H2SO4 Разряд⇔Заряд 2PbSO4 + 2H2O

Эта теория реакции была предложена Гладстоном и Трибом в 1881 году, но свинцово-кислотный элемент был изобретен в 1859 году Раймоном Гастоном Планте, французским физиком.

J.H. Gladstone и A. Tribe, Химия аккумуляторов Планте и Форе,
Nature
, 25 (1881) 221 & 461.

J.H. Gladstone и A. Tribe, Химия аккумуляторов Планте и Форе, Nature, 26 (1882) 251, 342 и 602; 27 (1883) 583

Реакция разряда будет протекать до тех пор, пока около половины активных материалов не превратится в сульфат свинца при медленной скорости разряда, например, 20- или 10-часовой скорости. К этому времени удельное сопротивление активных материалов увеличится до такой величины, что дальнейший разряд приведет к очень быстрому падению напряжения на ячейке. Обычно напряжение на ячейке не должно быть меньше 1,75 В на ячейку.

Глубокие сбросы, превышающие 80 % глубины сброса (DOD), затруднят последующее пополнение запасов.

Как только свинец растворяется в виде ионов свинца во время реакции разряда, он соединяется с ионами сульфата и осаждается на отрицательной пластине. Ионы свинца или молекулы сульфата свинца не уходят далеко от отрицательной пластины. Это объясняется тем, что растворимость сульфата свинца в разбавленных растворах серной кислоты очень низкая. Она составляет порядка более 1 мг на литр, осаждение двухвалентных ионов свинца до сульфата свинца будет происходить быстрее в местах с высокой концентрацией электролита. По мере дальнейшего разряда растворимость сульфата свинца в электролите увеличивается до 4 мг на литр.

Это происходит потому, что кислота становится более разбавленной из-за дальнейшего разряда, а в таких разбавленных кислотах растворимость сульфата свинца выше, до 4 мг на литр.
Осажденный таким образом сульфат свинца будет продолжать расти, образуя кристаллы различных размеров как на поверхности, так и в трещинах и щелях. . Структура фильма будет прерывистой. Во время медленного процесса разряда эта прерывистая форма структуры сульфата свинца помогает внутренним частям активных материалов участвовать в реакции, поскольку обеспечивает открытую структуру, способствующую легкому проникновению ионов. Поэтому процесс разгрузки может проходить глубоко вглубь пластины.

Напротив, при высоких скоростях разряда поверхность блокируется продуктом разряда, PbSO4, который образует непрерывную структуру без разрыва. Таким образом, дальнейшие реакции во внутренней части пластин затрудняются, и поэтому мы не можем получить ожидаемую емкость при более высоких скоростях разряда.

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов

Во время реакции зарядки происходят обратные явления, ток течет в обратном направлении и происходит окисление
на положительном электроде и восстановление на отрицательном электроде.

Таблица 2

Характеристики двух электродов во время заряда и разряда

Электрод	Разгрузка	Зарядка
Отрицательная пластина	Пористый (губчатый) свинец Анод Отдает 2 электрона Pb -2e- → Pb2+ Напряжение уменьшается (становится менее положительным). Преобразован в PbSO4	~ 40 % Pb + ~ 60 % PbSO4 Катод Поглощает 2 электрона Pb2+ в PbSO4 принимает 2 электрона Напряжение уменьшается (становится более отрицательным) Восстановлено до металлического Pb H2, выделяющийся при перезарядке
Положительная пластина	Пористый диоксид свинца Катод Поглощает 2 электрона Pb4+ (из PbO2) + 2e- → Pb2+ Напряжение уменьшается (становится менее положительным). Преобразован в PbSO4	~ 50% PbO2 + ~50% PbSO4 Анод Высвобождает 2 электрона Pb2+ в PbSO4 превращается в PbO2 Реконвертируется в PbO2 Повышение напряжения O2, выделившийся во время перезарядки

Рисунок 1
Изменение значений потенциала свинцово-кислотного элемента во время реакций заряда и разряда
Напряжение элемента представляет собой комбинацию двух величин на любом этапе функционирования гальванического элемента
Таким образом,
Напряжение ячейки = Положительный потенциал электрода — Отрицательный потенциал электрода
Поэтому
Напряжение разомкнутой цепи свинцово-кислотного элемента или равновесное напряжение = 1,69 — (-0,35) = 2,04 В
В конце или ближе к концу разряда напряжение ячейки, EDisch = 1,50 — (- 0,20) = 1,70 В.
В конце или ближе к концу заряда напряжение ячейки, ECh = 2,05 — (-0,65) = 2,70 В.

Зарядное устройство - Коэффициент зарядки

Аккумуляторные батареи необходимо заряжать, чтобы вернуть емкость Ah, потраченную при предыдущем разряде.

Количество Ач, необходимое для приведения батареи в прежнее полностью заряженное состояние, по сравнению с прежней отдачей будет на 10-15 % больше. Это отношение количества введенного заряда к предыдущему выходу называется коэффициентом заряда

Коэффициент заряда = Входной Ач / Предыдущий выходной Ач = ~ 1,1 — 1,2.

То есть, для компенсации вторичных реакций, которые состоят из реакций переразряда воды и реакций коррозии решетки, необходимо ввести дополнительно около 10-20% Ah. Кроме того, небольшая часть будет потеряна из-за внутреннего сопротивления.

Зарядное устройство - Эффективность зарядки свинцово-кислотного аккумулятора

КПД в ампер-часах

(Ампер-час или кулоновский КПД и энергия или ватт-час КПД)

Из вышеизложенных аргументов видно, что нам необходимо определить, что такое «эффективность зарядки».

КПД в ампер-часах

Индийский стандарт IS 1651 описывает процедуру испытания следующим образом:

Полностью заряженная батарея должна быть подвергнута разряду с десятичасовой скоростью до конечного напряжения 1,85 вольт на элемент.
Должна быть рассчитана точная мощность Ah.
Теперь аккумулятор заряжается тем же количеством ампер-часов при том же токе.
Теперь батарея подвергается второму разряду, как и раньше.
Ah (кулоновская) эффективность = η_Ah = Ач, полученный во время второго разряда / потребляемый Ач.

Энергоэффективность или ватт-час

КПД в ватт-часах рассчитывается путем умножения КПД в ампер-часах, полученного, как описано выше, на отношение среднего напряжения разряда и заряда.

Эффективность использования энергии или ватт-часов = ηWh = ηAh * (среднее напряжение разряда / среднее напряжение заряда).

Ампер-часовая (или кулоновская) эффективность зарядки свинцово-кислотного элемента при подаче заряда, равного 100% от предыдущего разряда с той же скоростью, почти равна 95%, а энергетическая или ватт-часовая эффективность составляет около 85-90%. Индийские стандарты (IS 1651) также устанавливают минимальный КПД в ампер-часах 90% и минимальный КПД в ватт-часах 75%.

Эффективность зарядки ограничивается положительной пластиной, а не отрицательной. Когда примерно три четверти сульфата свинца на положительном электроде превращается обратно в диоксид свинца, а вода не может достаточно быстро диффундировать в пористую структуру внутренней пластины, происходят вторичные реакции, такие как выделение кислорода. В течение некоторого периода времени зарядный ток распределяется между первичным процессом преобразования PbSO4 в PbO2 и вторичными реакциями перезаряда. Если зарядка продолжается достаточно долго, так что почти весь сульфат свинца превратился бы в диоксид свинца, весь зарядный ток идет на вторичные реакции.

Напряжение зарядки зарядного устройства

Как объяснялось ранее

_ECh > E°.

Поэтому мы должны подать немного большее напряжение, чтобы облегчить эту реакцию. Как правило, хорошее зарядное устройство имеет достаточно высокое напряжение источника для зарядки. Хорошим эмпирическим правилом является то, что для элемента на 2 В необходимо обеспечить не менее 3 В, чтобы элемент мог достичь полного заряда, достигнув напряжения 2,7 В на элемент. Но мы должны учитывать потери в кабеле и т.д.

Таким образом, для батареи 12 В зарядное устройство должно обеспечивать не менее 18-20 В.

Если это напряжение снижается до уровня ниже 15 В, то батарея не может достичь полностью заряженного состояния.

Во время перезарядки: 2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4
Сульфат свинца на обоих электродах растворяется в виде ионов свинца и немедленно осаждается в виде свинца на отрицательной пластине и в виде PbO2 на положительном электроде.

На положительной пластине

PbSO4 + 2H2O → PbO2 + 4H+ +SO4 І- + 2e-

Электроны перемещаются на отрицательную пластину для дальнейшей реакции

На отрицательной пластине

PbSO4 + 2e- → Pb +SO4 І-

Поскольку сульфат-ионы воспроизводятся на обеих пластинах, они соединяются с протонами, образуя серную кислоту, и поэтому удельный вес электролита увеличивается.

Газообразование в аккумуляторах

До сих пор мы рассматривали только полезные реакции в процессе зарядки. Но в периоды перезарядки возникают побочные или вторичные реакции. Двумя основными вторичными или побочными реакциями являются:

Электролиз воды и
Коррозия положительных решеток

Эти реакции можно представить следующим образом:

Электролиз воды

2H2O → O2 ↑ + 2H2 ↑ (На обеих пластинах залитых избыточным электролитом свинцово-кислотных элементов)

Кислород из положительных пластин и водород из отрицательных пластин эволюционируют и выходят в атмосферу через отверстия вентиляционных пробок.

Но в ячейке свинцово-кислотного аккумулятора с клапанным регулированием (VRLA) кислород действительно выделяется, но не водород. Выделяющийся при этом кислород также не выпускается наружу, а диффундирует через пустоты, имеющиеся в сепараторе из абсорбирующего стекломата (AGM), и вступает в реакцию с отрицательно активным материалом, восстанавливая молекулы воды. Это шаг, который делает возможным процветание VRLA-элемента без долива воды.

2H2O → O2 + 4H+ + 4e — На положительной пластине электролита с голодным электролитом или VRLA-элементов

Коррозия положительных решеток в свинцово-кислотном аккумуляторе

В обоих типах свинцово-кислотных элементов коррозия положительной сетки происходит одинаково:

Решетчатая коррозия: Pb + 2H2O → PbO2 + 4H+ + 4e-

Если катодом служит платиновый электрод, то водород выделяется почти при обратимом

водородный потенциал раствора. При использовании других электродов, например, свинцовых, требуется более отрицательный потенциал

для того, чтобы эта реакция произошла.

Пока напряжение ячейки не достигнет значения 2,3 В, газообразование будет незначительным. Но газообразование начинается при 2,4 В на ячейку. При напряжении выше 2,4 В газообразование увеличивается, и, следовательно, эффективность зарядки снижается. При напряжении 2,5 В газообразование будет обильным, и температура электролита батареи начнет повышаться. Теперь происходит достаточное газообразование, чтобы обеспечить перемешивание электролита, и удельный вес начинает выравниваться. Когда батарея находится в состоянии покоя, удельный вес электролита на нижнем уровне будет немного выше, чем на верхнем. Ситуация усугубляется, если клетки более высокие.

Свинцово-кислотный аккумулятор можно заряжать с любой скоростью, которая не приводит к чрезмерному газовыделению, высокой температуре и очень высокому напряжению на клеммах. Полностью разряженная батарея может поглощать высокую скорость заряда в начале зарядки без выделения газов и ощутимого повышения напряжения и температуры.

В определенный момент процесса зарядки, когда почти весь сульфат свинца превратился в диоксид свинца в положительном слое, вторичные реакции становятся преобладающими. Это реакция электролиза воды и коррозия положительной сетки, как было указано ранее.

Такая положительная коррозия решетки начинается прямо со стадии формирования (или в случае формирования банки) с первого заряда. Эта коррозия является наиболее неблагоприятным аспектом для срока службы свинцово-кислотного аккумулятора. Поскольку коррозия положительной решетки происходит всякий раз, когда ячейка входит в область избыточного заряда, часть структуры решетки преобразуется в диоксид свинца, и поэтому вес решетки немного уменьшается в каждый период коррозии. В конце концов, будет достигнута стадия, когда электроны от мест реакции на решетках не смогут перемещаться к шине из-за отсутствия непрерывной структуры решетки

Как следствие, часть активного материала не может участвовать в процессе производства энергии, и емкость снижается, что приводит к окончанию срока службы батареи.

Производители свинцово-кислотных элементов пытаются смягчить эту проблему путем включения легирующих элементов, которые повышают коррозионную стойкость свинцовых сплавов. К таким легирующим компонентам относятся мышьяк (As) и серебро (Ag) в долях процента. Как правило, количество As составляет около 0,2 %, а Ag — от 0,03 до 0,05 % в положительных сплавах.

Зарядное устройство - значение приема тока

Прием тока диктуется конструкцией ячейки. Например, батарея с аналогичным Ач, собранная с большим количеством пластин (то есть пластины будут тоньше), может принимать больший зарядный ток из-за увеличенной площади поверхности. За подробными процедурами измерения эффективности заряда отдельных пластин читатели могут обратиться к статье К. Питерса. [8]

Зарядоприемлемость отрицательной пластины выше, чем положительной (см. рис. 1), что в основном объясняется ее более грубой, открытой и поровой структурой, которая легко допускает диффузию кислоты внутрь пластины. Положительный заряд начинает перезаряжаться при 70-80% SOC, в зависимости от нескольких факторов конструкции. Некоторыми внутренними параметрическими факторами проектирования являются структура пор, истинная площадь поверхности и т.д. Другими внешними параметрами являются ток зарядки в амперах, температура электролита и т.д.

Зарядоприемность отрицательной пластины выше, и она переходит в область перезаряда в сравнительно более поздний период, 90% SOC [8. К. Питерс, А.И. Харрисон, В.Х. Дюрант, Источники энергии 2. Исследования и разработки в немеханических электрохимических источниках энергии, Pergamon Press, Нью-Йорк, США, 1970, стр. 1-16].

[9. А.М. Hardman, Journal of Power Sources Vol. 23, Year 1988, page, 128].

Однако в какой-то момент на отрицательном электроде начинаются вторичные реакции, в первую очередь восстановление иона водорода (протона) до газообразного водорода путем простого переноса электронов (происходящее при потенциалах гораздо ниже -350 мВ, что является обратимым потенциалом отрицательной пластины, значение E°.), примерно от -0,6 до 0,95 В:

2H+ + 2e- → H2 ↑

Одной из таких важных примесей, накапливающихся на отрицательной пластине, является сурьма (Sb), которая осаждается вследствие явления, называемого сурьмяной миграцией, в ячейках, содержащих относительно большее количество сурьмы в решетках. Хотя сурьма является необходимым компонентом сплава сетки для большинства свинцово-кислотных элементов, она оказывает негативное влияние на производительность элемента.

На стадии коррозии (к концу заряда каждого цикла) положительная сетка подвергается анодному воздействию, и сурьма переходит в раствор в виде ионов Sb5+, часть которых поглощается положительным активным материалом, где способствует саморазряду вследствие локального образования ячеек. Остаток растворенной сурьмы осаждается в виде Sb3+ на поверхности катода (отрицательной поверхности пластины) («миграция сурьмы») и из-за более низкого водородного потенциала, чем у свинца, вызывает преждевременное выделение водорода. Позже, в периоды обильного выделения газа, сурьма может, при благоприятных условиях, в некоторой степени высвобождаться в виде газа стибина (SbH3), когда она соединяется с протонами.

При благоприятных условиях может также происходить аналогичная реакция с мышьяком (As) с выделением арсина (AsH3), который является ядовитым газом. Поэтому этот легирующий компонент, естественно, избегают использовать там, где ячейки используются в замкнутой среде, например, на подводной лодке.

Термодинамически это происходит при более низком потенциале, чем первичная реакция зарядки, но, как и в случае с генерацией кислорода на положительном электроде, перепотенциал для генерации водорода на ведущем электроде относительно велик (около -0,650 В), поэтому зарядка может быть в значительной степени завершена до того, как выделение водорода начнется в полном объеме.

Эти газы удаляются из камеры через отверстия вентиляционной пробки. Обе пластины подвержены влиянию примесей на перепотенциал, и поэтому идеально эффективная перезарядка обеих пластин невозможна. Например, если объединить потенциал реакции выделения кислорода с потенциалом реакции выделения водорода, мы получим

1,95 + (-0,95) = 2,9 В для обильного выделения газа.

Еще один момент, который следует отметить: согласно фундаментальным законам, вода должна разлагаться при напряжении 1,23 В, а кислород должен выделяться на положительном электроде при этом потенциале. Но в практической клетке дело обстоит иначе. Если это произойдет, то возникнет вопрос о стабильности самого свинцово-кислотного элемента. Стандартный положительный потенциал пластины (E° = 1,69 В) примерно на 0,46 В выше напряжения, при котором вода должна разлагаться (1,23 В). Причина снова кроется в перенапряжении. То есть, напряжение для выделения кислорода на диоксиде свинца в растворе серной кислоты лежит намного выше значения E° положительной пластины в 1,95 В.

Таким образом, реакция выделения кислорода на диоксиде свинца в растворе серной кислоты тормозится, находясь на 0,26 В (1,95-1,69 = 0,26) выше значения E° положительной пластины и примерно на 0,72 В выше потенциала разложения воды (1,95-1,23 = 0,72 В), и, следовательно, кислород не выделяется до достижения значения перенапряжения в строго чистом растворе.

Аналогичным образом, выделение водорода на свинце в растворе серной кислоты сильно подавлено из-за избыточного потенциала водорода на свинце. Это значение надпотенциала примерно на 0,6 В отрицательнее и ниже стандартного электродного потенциала свинца в растворе серной кислоты, E° = -0,35 В. Следовательно, реакция выделения водорода не будет препятствовать полному заряду отрицательной пластины до тех пор, пока значение электрода не достигнет -0,95 В в строго чистом растворе. Именно по этой причине отрицательная пластина имеет лучшую эффективность заряда, чем положительная.

Но в практической ячейке эта стадия достигается гораздо раньше этого напряжения. На самом деле, эти 2,9 В совсем не реализуются в практических камерах, потому что реакции из-за примесей преобладают, и поэтому полная газовая эволюция по объему (H2 : O2 = 2:1) достигается при напряжении около 2,6 В. Однако, если напряжение заряда чрезмерно высокое, то может быть достигнуто значение 2,9 В, в частности, батареи из сплава без Sb могут достичь значения 2,8 В, а у антимониальных элементов это значение будет ниже на 0,2 В, скажем, 2,6 В.

При дальнейшем циклировании значение газообразования будет очень сильно снижаться в случае антимониальных клеток, в то время как другие клетки почти не подвержены этому эффекту. Такое резкое снижение обусловлено явлением, называемым «миграцией сурьмы», как объяснялось ранее.

Естественно, разница в напряжении новой и циклической батарей увеличивается с 250 мВ до 400 мВ. Это приведет к тому, что активные материалы не смогут принять заряд, и почти весь ток будет генерировать водород и кислород. Рисунок 3 иллюстрирует этот аспект [10. Ганс Тупхорн, глава 17, рисунок 17.2 в «Справочнике по технологии батарей», изд. H.A. Kiehne, второе издание, 2003, Marcel Dekker, Inc., New York.]

Реакции	Потенциальные значения	Показания по кадмию
Потенциал эволюции кислорода 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4e-	1,95 - 2,00 В	2.00 - (-0.4) = 2.4 V
Стандартный электродный потенциал положительной пластины PbO2/PbSO4/H2SO4	1.69 V	[1.69 - (-0.4) = 2.09 V]
Конец разряда положительной пластины	1,40 - 1,5 В	1.40 - (-0.4) = 1.8 V 1.50 - (-0.4) = 1.9 V
Стандартный водородный электродный потенциал (SHE) 2H+ + 2e- → H2	0.00 V	0.00 V
Конец разряда отрицательной пластины	-0.15, -0.20, -0.25 В (Для различных плотностей тока)	-0.15 - (-0.4) = 0.25 V -0.20 - (-0.4) = 0.20 V -0.25 - (-0.4) = 0.15 V
Стандартный электрод Потенциал отрицательной пластины Pb/PbSO4/H2SO4	-0.35 V	[-0.35 - (-0.4) = 0.05 V]
Кадмиевый эталонный электрод Значение E° Cd/Cd2+	-0.40 V	-0.40 V
Потенциал выделения водорода- 2H+ + 2e- →H2 (Для коммерческой ячейки)	-0.60 V	-0.60 - (-0.4) = -0.20
Потенциал выделения водорода 2H+ + 2e- →H2 Для чистой экспериментальной клетки	-0.95 V	-0.95 - (-0.4) = -0.55

Методы, основанные на постоянном токе (CC)	Методы, основанные на постоянном напряжении (CV или CP)	Комбинированные методы	Конусная зарядка	Специальные методы
Одноэтапный метод зарядки CC	Метод постоянного напряжения	Метод CC-CV	Метод одноступенчатой конусной зарядки	1. Первоначальный заряд 2. Плата за выравнивание 3. Зарядка возможностей 4. Зарядка с газовым контролем 5. Пробковая зарядка 6. Ускоренная зарядка 7. Импульсная зарядка 8. Быстрая или быстрая зарядка
Двухэтапный метод зарядки CC	Метод ограниченного тока или модифицированный метод CV		Метод двухступенчатой конусной зарядки

	Затопленная батарея	Батарея с вентильным регулированием
Скорость перезарядки 5 мин/50% и 15 мин/80%	Да	Да
Повышение температуры	Приемлемый	Приемлемый
Источник тепла	Омический (до 40 % заряда)	Кислородный цикл является существенным источником тепла на поздних стадиях заряда
Зарядка	заряжается при постоянном напряжении без сопротивления 2,45 В/элемент (14,7 В/батарея)	заряжается при постоянном напряжении без сопротивления 2,45 В/элемент (14,7 В/батарея)
Текущий	250 - 300 A (5 - 6 C3 ампер)	250 - 300 A (5 - 6 C3 ампер)
В первые 3 минуты	На 1 В выше, чем VRB
Текущее сокращение	Начал снижаться с уровня 300 А после 3 мин зарядки	Начал снижаться с уровня 300 А после 3 мин зарядки
Температура	Более высокий омический нагрев и гораздо более высокая скорость повышения температуры; начала снижаться через 4 мин.	Ток начал снижаться только после 4 минут зарядки, и на протяжении всего остального периода зарядки он был выше, чем для залитого типа.
		Когда ток для батареи VR уменьшался, скорость повышения температуры становилась больше. Через 6 минут, хотя температура все еще повышалась, скорость ее повышения начала снижаться. Температура начала медленно снижаться только примерно через 20 минут зарядки; при том же постоянном напряжении без сопротивления, батарея VR принимала более высокий ток, который выделял еще больше тепла. Энергия, затраченная на кислородный цикл, полностью (100%) преобразуется в тепло, по сравнению с примерно 40% при разложении только воды.

Тип батареи	Срок службы батареи
	Обычное зарядное устройство	MinitCharger®	Источник
Никель-кадмиевые элементы, тип A	500	1400	ИНКО(1989)
Никель-кадмиевые элементы, тип B	450	1900	ИНКО (1996)
Никель-металлогидридные элементы, тип A	400	1600	ИНКО (1996)
Никель-металлогидридные элементы, тип B	1500	Более 4000	ИНКО (1996)
Свинцово-кислотная тяговая батарея, тип VRLA	250	1500	КОМИНКО (1997)

Как работает зарядное устройство на 12 В?

Для зарядки аккумулятора положительный вывод подключается к положительной клемме аккумулятора, а отрицательный — к отрицательной. Затем зарядное устройство подключается к сети переменного тока подходящим способом.

Входной сигнал переменного тока преобразуется в постоянный с помощью выпрямительной схемы, которая имеет понижающий трансформатор для преобразования в требуемое напряжение. Выпрямитель преобразует двунаправленный переменный ток (AC) в однонаправленный. Таким образом, он поддерживает постоянную полярность в нагрузке. Для выпрямления пониженного низковольтного переменного тока в постоянный используется мостовой выпрямитель, который дополнительно сглаживается электролитическим конденсатором большой емкости (схема фильтрации).

Этот отфильтрованный постоянный ток подается на электронную схему, которая регулирует напряжение до постоянного уровня и подается на аккумулятор, требующий зарядки,

Зарядное устройство имеет индикаторы тока (амперметр), напряжения (вольтметр), а также в особых случаях таймер и счетчик ампер-часов.

Аккумулятор заряжается в соответствии с инструкциями производителя

Процедура зарядки аккумулятора - Зарядное устройство

Аккумулятор, требующий зарядки, должен быть тщательно очищен снаружи, а клеммы после удаления продуктов коррозии, если таковые имеются, должны быть покрыты тонким слоем белого вазелина. Также будет проверен уровень электролитов. Доливать воду в это время не нужно, если уровень не ниже высоты сепараторов.

Зарядное устройство, предназначенное для зарядки аккумулятора, должно иметь соответствующие характеристики, такие как напряжение и сила тока. Например, для батареи 12 В требуется выходное напряжение C не менее 18 В. Необходимый ток зависит от емкости батареи и времени, в течение которого требуется зарядить батарею. Обычно батарея заряжается при 0 одной десятой ампера от емкости батареи в Ач. Таким образом, для нормальной зарядки батареи емкостью 100 а/ч потребуется выходной ток не менее 10 ампер. Если зарядка должна производиться быстро, потребуется выходное напряжение 15 ампер.

Для полностью разряженной батареи требуется потребление около 110 % емкости. Но, если батарея уже частично заряжена, мы должны знать SOC. Что бы это ни было, напряжение и удельный вес — два важных параметра, которые необходимо контролировать для определения состояния заряда. Значение удельного веса следует считать с этикетки на батарее. Полностью заряженная батарея обычно достигает 16,5 В и более, если она находится в хорошем состоянии. Если это старая батарея, такое напряжение не может быть легко достигнуто.

Это происходит в основном из-за вторичных реакций, таких как выделение газа в результате электролиза воды в электролите и нагрев из-за уже накопленного сопротивления, вызванного накопленным сульфатом свинца.

Батарея помещается на изоляционный материал, например, резиновый лист или деревянную скамью. Провод зарядного устройства должен обладать достаточной токопроводящей способностью. Обычно квадратный медный провод сечением 1 мм может безопасно проводить постоянный ток (DC) силой 3 ампера. Убедившись, что зарядное устройство находится в выключенном положении, подключите провода зарядного устройства к соответствующим клеммам, т.е. положительный провод к положительному, а отрицательный к отрицательному. Показания напряжения, удельного веса и температуры будут записываться в журнал, образец которого приведен ниже:

Образец записи о зарядке аккумулятора

Показания должны регистрироваться каждый час.

Показания кадмия покажут, достигла ли конкретная пластина полного заряда или нет. Кадмиевый электрод сравнения представляет собой изолированный кадмиевый стержень с медной проволокой, припаянной к верхнему концу. Нижний конец будет погружен в электролит так, чтобы он только касался жидкости, и не должен соприкасаться с пластинами или другими свинцовыми деталями внутри.

Для полностью заряженной положительной пластины показания кадмия будут 2,4 В и более, а для отрицательной пластины — минус 0,2 В и менее.

Таблица 4

Реакции в свинцово-кислотном элементе и соответствующие показания потенциала кадмия

Показания потенциала кадмия

Реакции Потенциальные значения Показания по кадмию

Потенциал эволюции кислорода 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4e- 1,95 - 2,00 В 2.00 - (-0.4) = 2.4 V
Стандартный электродный потенциал положительной пластины PbO2/PbSO4/H2SO4 1.69 V [1.69 - (-0.4) = 2.09 V]
Конец разряда положительной пластины 1,40 - 1,5 В 1.40 - (-0.4) = 1.8 V
1.50 - (-0.4) = 1.9 V
Стандартный водородный электродный потенциал (SHE) 2H+ + 2e- → H2 0.00 V 0.00 V
Конец разряда отрицательной пластины -0.15, -0.20, -0.25 В (Для различных плотностей тока) -0.15 - (-0.4) = 0.25 V -0.20 - (-0.4) = 0.20 V -0.25 - (-0.4) = 0.15 V
Стандартный электрод Потенциал отрицательной пластины Pb/PbSO4/H2SO4 -0.35 V [-0.35 - (-0.4) = 0.05 V]
Кадмиевый эталонный электрод Значение E° Cd/Cd2+ -0.40 V -0.40 V
Потенциал выделения водорода- 2H+ + 2e- →H2 (Для коммерческой ячейки) -0.60 V -0.60 - (-0.4) = -0.20
Потенциал выделения водорода 2H+ + 2e- →H2 Для чистой экспериментальной клетки -0.95 V -0.95 - (-0.4) = -0.55

Принцип работы зарядного устройства

В конце зарядки напряжение на клеммах батареи 12 В может достигать 16,5 и выше. После поддержания напряжения на клеммах на этом уровне в течение часа зарядку можно прекратить. Когда заряд батареи приближается к 16. 0 В, при необходимости может быть добавлена вода.

Ближе к концу зарядки из батареи будет наблюдаться сильное газовыделение. Не следует подносить открытый огонь к зарядной комнате. Газы эволюционируют в соотношении их комбинации, то есть водород 2 части и кислород 1 часть. Следовательно, если позволить этим газам накапливаться в зоне зарядки без надлежащей вентиляции, существует вероятность того, что искра или открытое пламя воспламенит газы, и они соединятся со взрывоопасной силой, повредив батарею и окружающую ее среду, а также причинив вред находящимся рядом людям.

Нижний предел взрывоопасной смеси водорода в воздухе составляет 4,1%, но в целях безопасности водород не должен превышать 2% по объему. Верхний предел составляет 74%. Сильный взрыв происходит с силой, когда смесь содержит стехиометрическое соотношение этих газов (2 части водорода к 1 части кислорода). Это состояние достигается внутри перезаряженной батареи с вентиляционными пробками, плотно прикрученными к крышке. Поэтому рекомендуется держать вентиляционные пробки над вентиляционными отверстиями свободно и не закручивать их плотно.

Различные методы зарядки аккумуляторов и различные типы зарядных устройств

Хотя существуют различные методы зарядки свинцово-кислотных элементов, все они имеют одну общую цель — преобразовать продукты реакции, а именно сульфат свинца на обеих пластинах в соответствующие активные материалы, PbO2 на положительном электроде и Pb на отрицательном электроде.

2 PbSO4 + 2 H2O → PbO2 + Pb + 2 H2SO4

Существует несколько вариантов режимов взимания платы. Но во всех этих методах используются только два основных принципа: методы зарядки постоянным током и постоянным напряжением. Несколько доступных методов сочетают эти два принципа для достижения своих целей.

Выбор подходящего метода зарядки зависит от типа, конструкции и условий эксплуатации, а также времени, отведенного на зарядку. Все эти способы зарядки используют множество методов для контроля и завершения процесса зарядки.

Эти методы можно разделить на следующие:

Таблица 5

Классификация методов различных зарядных устройств & Методы зарядки аккумуляторов

Различные методы зарядки аккумуляторов

Методы, основанные на постоянном токе (CC) Методы, основанные на постоянном напряжении (CV или CP) Комбинированные методы Конусная зарядка Специальные методы

Одноэтапный метод зарядки CC Метод постоянного напряжения Метод CC-CV Метод одноступенчатой конусной зарядки 1. Первоначальный заряд
2. Плата за выравнивание
3. Зарядка возможностей
4. Зарядка с газовым контролем
5. Пробковая зарядка
6. Ускоренная зарядка
7. Импульсная зарядка
8. Быстрая или быстрая зарядка

Двухэтапный метод зарядки CC Метод ограниченного тока или модифицированный метод CV Метод двухступенчатой конусной зарядки

Одноступенчатый метод зарядки постоянным током (метод CC) Зарядное устройство для аккумуляторов

Когда зарядка должна быть завершена за короткое время, и когда пользователь хочет знать входные данные в виде Ah, может быть использован метод зарядки постоянным током. Зарядка постоянным током предпочтительнее, когда известен предыдущий выход, так что 5-10% перезаряд может быть эффективным для возвращения батареи к 100% SOC. Это также обеспечит правильную подачу напряжения, чтобы чрезмерный перезаряд не повлиял на срок службы батареи. Обычное время перезарядки для этого метода составляет 15-20 часов.

В этом методе ток поддерживается постоянным в течение всего периода зарядки.

Рекомендуется ток заряда от 5 до 10 % от 20-часовой емкости.

Чтобы компенсировать увеличение обратной ЭДС батареи во время зарядки, зарядный ток необходимо поддерживать постоянным либо путем изменения используемого последовательного сопротивления, либо путем увеличения напряжения трансформатора. Обычно последовательное сопротивление изменяется для поддержания постоянного тока.

Этот метод является самым простым и менее затратным методом зарядки. Но его недостатком является более низкая эффективность заряда. Это связано с тем, что часть энергии рассеивается в сопротивлении, а также частично из-за тока, используемого для расщепления воды, когда батарея достигает 2,5 В на элемент. Аккумулятор начинает газироваться, когда заряд батареи достигает примерно 70-75%. Такой способ зарядки всегда приводит к небольшому превышению заряда и сильному газообразованию, особенно в конце зарядки.

Обобщенная картина для метода зарядки постоянным током приведена на рисунке 5. Характеристики зарядки приведены на рисунке 6

Двухступенчатый метод зарядки постоянным током Зарядное устройство для аккумуляторов

В двухэтапном методе зарядки постоянным током используются две скорости зарядки — начальная и конечная. Конечная ставка обычно составляет половину начальной ставки. Финишная скорость начинается, когда батарея начинает выделять газы. Это, как правило, предпочтительный метод, используемый для стендовой зарядки батарей. Характеристика заряда может быть представлена на рисунке 7 [11. P G Balakrishnan, Свинцовые аккумуляторные батареи, Scitech Publications (India) Pvt. Ltd., Ченнаи, 2011, стр. 12.8].

Методы зарядки постоянным напряжением или потенциалом Зарядное устройство

Метод зарядки постоянным напряжением или потенциалом (CV или CP) использует напряжение источника, которое поддерживается на постоянном уровне в течение всего периода зарядки. Обычно это напряжение составляет от 2,25 до 2,4 В на ячейку.

Этот метод является рекомендуемым для зарядки свинцово-кислотных элементов и батарей с клапанным регулированием (VRLA). При зарядке батареи VRLA методом CV не нужно беспокоиться о глубине разряда (DOD) предыдущего разряда. Батареи VRLA можно заряжать без каких-либо вредных последствий, используя рекомендуемое производителем напряжение заряда CV. Почти все производители VRLAB рекомендуют пусковой ток от 0,25 до 0,30 C ампер.

То есть, для батареи емкостью 100 Ач можно выбрать начальный ток 25-30 ампер. Больший ток используется для зарядки глубоко разряженных батарей, а меньший — для нормально разряженной батареи. Эффект более низкого зарядного напряжения заключается в том, что повышение температуры будет меньше по сравнению с батареей, заряженной более высоким током, но время, необходимое для полной зарядки, будет больше.

В конце зарядки напряжение батареи достигает паритета с напряжением питания, а ток зарядки уменьшается до очень низкого значения. Как правило, ток в конце может достигать значения от 2 до 4 мА на каждый Ач емкости батареи. При напряжении от 2,25 до 2,3 В на элемент в правильно изготовленных батареях не наблюдается выделения газа. Однако газообразование будет заметно при напряжении 2,4 В на ячейку. Объем газа, выделяющегося при 2,4 В на ячейку, составляет около 1000 мл за 40-50 минут для 6 В/1500 Ач VRLAB

Согласно п. 6.1.a. Японского промышленного стандарта JIS 8702-1:1998, продолжительность заряда составит приблизительно 16 часов или до тех пор, пока ток не изменится более чем на 10% от 20-часовой нормы тока (I20) ампер в течение двух последовательных часов [JIS 8702-1:1998]. Например, если 20-ч емкость батареи (независимо от ее напряжения) составляет 60 Ач₂₀, то заряд будет завершен, если ток не изменится более чем на 300 мА (т.е. I₂₀ = 60 Ач /20 А = 3 А. Следовательно, 0,1 от I₂₀ = 0.3A)

Детали CP-заряда батарей VR показаны на рисунках

Эффективность зарядки выше, чем при использовании метода постоянного тока. Недостатком этого метода является то, что он требует стабилизированного напряжения при большом токе стока, что является дорогостоящим. Этот метод используется для плавающего режима работы стационарных элементов для телекоммуникаций и ИБП.

Модифицированная зарядка постоянным потенциалом - Зарядное устройство

В промышленных приложениях такой метод используется там, где зарядная цепь является неотъемлемой частью системы. Примерами являются автомобили, UPS и т.д. Для ограничения тока в цепь включено последовательное сопротивление, значение которого поддерживается до достижения заданного напряжения. После этого напряжение поддерживается постоянным до тех пор, пока батарея не будет востребована для выполнения своих обязанностей по обеспечению пускового тока, аварийного питания и т.д.

Выбор фиксированного последовательного сопротивления зависит от количества элементов в батареях и их ампер-часовой емкости, а также от продолжительности, доступной для зарядки. Приложенное напряжение поддерживается постоянным на уровне примерно 2,6-2,65 вольт на ячейку.

По мере зарядки зарядный ток начинает снижаться по сравнению с начальным значением. Когда напряжение постепенно повышается до 2,35-2,40 вольт на ячейку, напряжение газовыделения стремительно растет, и, следовательно, зарядный ток падает быстрее.

Модифицированный заряд с постоянным потенциалом характерен для батарей глубокого цикла, таких как тяговые батареи. На заводах обычно используется фиксированный временной профиль разгрузки-зарядки, например, 6-часовая работа вилочного погрузчика до глубины разгрузки (DOD) 80% и перезарядка в течение 8 часов. Зарядное устройство настроено на газовое напряжение, а пусковой ток ограничен 15-20 А на 100 Ач. Ток начинает сужаться при постоянном напряжении до конечной скорости 4,5 — 5 А на 100 Ач, которая затем поддерживается до конца заряда. Общее время зарядки контролируется таймером.

Существуют зарядные устройства, в которых предусмотрено поддержание аккумуляторов в полностью заряженном состоянии даже после завершения зарядки. Это достигается путем обеспечения коротких периодов обновления заряда каждые 6 часов для поддержания его состояния

Детали приведены на рисунке 12 [12. Специальный выпуск по свинцово-кислотным батареям, J. Power Sources 2(1) (1977/1978) 96-98].

Комбинированные методы (методы CC-CV) - Зарядное устройство для аккумулятора

В этом методе зарядка постоянным током и постоянным потенциалом объединены вместе. Этот метод также известен как метод зарядки (IU) (I — ток, U — напряжение). В начальный период заряда батарея заряжается в режиме постоянного тока до достижения аккумулятором напряжения газации, после чего переключается в режим постоянного потенциала. Этот метод устраняет пагубное влияние метода зарядки постоянным током в конце зарядки.

Зарядные характеристики этого метода показаны на рисунке 11 справа.

Зарядка конуса - Зарядное устройство

Значение слова taper — наклоняться вниз. Как ясно видно из термина, току разрешается уменьшаться от большего значения к меньшему, фиксируя напряжение начала заряда около 2,1 В на элемент и заканчивая при 2,6 В на элемент. Отношение значений тока при этих напряжениях называется величиной сужения.

Так, зарядное устройство с выходной мощностью 50 А при 2,1 В на элемент и 25 А при 2,6 В на элемент описывается как имеющее характеристику конусности 2:l.

Существуют методы одноступенчатой конусной зарядки и двухступенчатой конусной зарядки

Одноступенчатая конусная зарядка - Зарядное устройство

При этом типе зарядки ток сужается от более высокого начального значения до более низкого конечного значения, которое обычно составляет около 4 — 5% от 20-часовой емкости батареи. Газообразование — необходимое явление, поскольку оно помогает выровнять градиент плотности электролита. т.е. нейтрализует явление расслоения. Следовательно, скорость очистки фиксируется на достаточно высоком значении, чтобы позволить этому процессу происходить и в то же время не вызывать чрезмерной коррозии положительных решеток. Здесь выходное напряжение зарядного устройства изначально устанавливается на уровне около 2,7 вольт на элемент и снижается до 2,1-2,2 вольт на элемент в конце периода зарядки.

Зарядный ток медленно уменьшается до достижения напряжения газации (около 2,4 В на ячейку) (SOC = 75-80%) и затем уменьшается быстрее. Обычно коэффициент конусности фиксируется на уровне 2:1 или 1,7:1. Время, необходимое для завершения зарядки, составляет около 12 часов. Период зарядки после достижения напряжения газообразования контролируется путем включения устройства синхронизации, которое начинает работать при достижении напряжения газообразования.

Период зарядки можно сократить до 8-10 часов, но при этом необходимо увеличить пусковой ток, что невозможно сделать без учета экономических аспектов и доступности для потребителя.

Характеристики зарядки при одноступенчатой конусной зарядке показаны на рисунке 12

Двухступенчатая конусная зарядка - Зарядное устройство

Этот метод зарядки аналогичен одноступенчатой конусной зарядке, за исключением того, что общее время зарядки сокращается примерно до 8-10 часов. Поскольку при глубоком разряде батарея способна быстрее принимать заряд, на первом этапе используется высокий ток, пока батарея не достигнет стадии газообразования. Почти 70-80% ампер-часов, которые должны быть возвращены в батарею, отдаются батарее на первом этапе с большей скоростью, а оставшиеся ампер-часы подаются на втором этапе.

Характеристики зарядки батареи 12 В, 500 Ач одноступенчатым конусным зарядом показаны на рисунке 13

Конусные методы зарядки более популярны для зарядки тяговых батарей, которые обычно глубоко разряжены. Операторам парка электромобилей, например, почтовых фургонов, фургонов для доставки молока, требуются сложные зарядные устройства для достижения наилучшей производительности батарей и защиты крупных денежных вложений.

Первоначальная оплата

Новая свинцово-кислотная батарея нуждается в активации, и этот процесс зарядки в первый раз называется зарядкой с начальным наполнением. Перед отправкой аккумулятор заполняется необходимым количеством электролита и полностью заряжается. Обычно этот первоначальный заряд осуществляется методом зарядки постоянным током при низком токе в течение длительного периода времени, пока батарея не достигнет напряжения 16,5 В или более для полной зарядки.

В настоящее время этот процесс стал излишним, так как мы получаем готовые к использованию заводские заряженные батареи или сухозаряженные батареи, которые требуют только добавления электролита.

Плата за выравнивание

Выравнивание заряда Различия между клетками — это факт, с которым приходится мириться. Никакие две клетки не могут быть одинаковыми во всех аспектах. Разница в весе активных материалов, незначительные различия в удельном весе электролита, пористость электродов и т.д. — вот некоторые из различий. По этим причинам каждый элемент в батарее имеет свои характеристики; для каждого из них требуется немного разное количество заряда. Выравнивание заряда время от времени помогает избежать окончания срока службы батареи. Автомобильные батареи на 12 В плавают при напряжении 14,4 В. Для полностью заряженного аккумулятора требуется напряжение 16,5 В, что никогда не реализуется в процессе эксплуатации на борту автомобиля.

Поэтому для продления срока службы автомобильной батареи требуется выравнивающий заряд (также называемый стендовой зарядкой). Таким образом, батарея, которая периодически заряжается каждые шесть месяцев, может прожить дольше батарей, не получающих зарядку, по крайней мере, на 10-12 месяцев. Частоту и объем уравнительных зарядов следует обсудить с производителем батареи. В запрограммированных зарядных устройствах иногда доступен «выравнивающий заряд» с помощью переключателя, который обеспечивает непрерывный низкий ток, используемый для стабилизации напряжения и относительной плотности электролита элементов.

Аналогичным образом, батареи аварийного источника питания ИБП и батареи вилочных погрузчиков также требуют таких уравнительных зарядов. Батарея, используемая в инверторе, заряжается только до 13,8-14,4 В. Как было сказано ранее, этого недостаточно для выравнивания дисбаланса между элементами батареи. Эти батареи, если их периодически заряжать выравнивающим зарядом, прослужат дольше.

Батареи необходимо заряжать каждые шесть месяцев. Но тяговые батареи, используемые в батареях вилочных погрузчиков, следует подвергать уравнительной зарядке раз в шестой или одиннадцатый цикл, в зависимости от того, новые это батареи или старые. Новые батареи можно заряжать уравнительным зарядом раз в 11 циклов, а старые — раз в⁶ циклов. Если батареи регулярно получают полный заряд ежедневно, частоту уравнительных зарядов можно сократить до^10-го и^20-го циклов. Уравнительный заряд должен быть прекращен, если в течение 2-3 часов на элементах не наблюдается дальнейшего увеличения напряжения и показаний удельного веса.

Читайте подробную статью о
Уравнительный сбор здесь.

Возможность зарядки

При интенсивной эксплуатации внедорожного или шоссейного электромобиля подключение зарядного устройства во время перерывов и других коротких периодов отдыха также может помочь продлить эффективную рабочую смену автомобиля и тем самым сократить время простоя электромобилей. Зарядка по возможности — это термин, обозначающий такую частичную зарядку во время обеда или отдыха.

Такие случайные заряды, как правило, сокращают срок службы батарей. Батарея считает такой заряд и последующий разряд как один неглубокий цикл. Следует избегать как можно большего количества случайных расходов. Обычная зарядка обеспечивает ток от 15 до 20 А на 100 Ач емкости, в то время как зарядка при возможности обеспечивает немного больший ток — 25 А на 100 Ач емкости. Это приводит к повышению температуры и ускоряет коррозию положительных решеток. И, следовательно, жизнь будет сокращаться.

Зарядка с газовым контролем

Теплопроводность выделяющегося водородного газа используется для контроля зарядного тока. Водородный газ, очень хороший теплоноситель, используется для охлаждения нагретого элемента. Изменение сопротивления нагревательного элемента используется для регулирования тока. Для регулирования тока может также использоваться термистор. Иногда тепловой эффект, возникающий в результате рекомбинации газообразного водорода и газообразного кислорода, выделяющихся в ячейке на подходящем катализаторе, используется для управления тепловым переключателем для регулирования тока.

Пробковая зарядка

При непрерывном заряде зарядное устройство уравнивает потери, связанные с саморазрядом и прерывистым разрядом. Поддерживающий заряд компенсирует саморазряд. Два режима работы характеризуются постоянными напряжениями на клеммах:

Поддерживающий заряд 2,20-2,25 В на ячейку

Непрерывный заряд 2,25-2,35 В на ячейку

В зависимости от возраста и состояния батареи во время поддерживающего заряда (trickle charge) может потребоваться плотность тока от 40 до 100 мА/100 Ач номинальной емкости.

Ток непрерывного заряда в значительной степени зависит от профиля нагрузки. Батареи, находящиеся на техническом обслуживании, необходимо заряжать после каждого отключения электроэнергии. То же самое относится и к батареям, находящимся на непрерывном заряде после незапланированных нагрузок.

Ускоренная зарядка

К форсированной зарядке прибегают, когда разряженную батарею необходимо использовать в экстренной ситуации, когда нет другой батареи, а SOC недостаточно для экстренной работы. Таким образом, свинцово-кислотную батарею можно заряжать большими токами в зависимости от наличия времени и SOC батареи. Поскольку в настоящее время доступны быстрые зарядные устройства, ускоренная зарядка сегодня является привычным делом. Обычно такие ускоренные зарядные устройства начинают зарядку при 100 А и сужаются до 80 А. Самое главное, чтобы температура не превышала 48-50oC.

Импульсная зарядка

Что такое зарядка импульсным током?

Зарядка осуществляется в течение очень короткого времени, т.е. текущего времени включения в миллисекундах (мс), а затем следует период простоя (время выключения в мс). Иногда разряд также может предшествовать импульсному заряду.

Метод импульсного тока был применен для быстрой зарядки автомобильных свинцово-кислотных элементов. Были сделаны следующие выводы:

Метод импульсного тока может оказывать весьма благоприятное воздействие.

Это улучшает скорость пополнения запасов.

Он оказывает благоприятное воздействие на срок службы свинцово-кислотных батарей, особенно при использовании времени включения более 100 мс.

Более того, этот метод может также омолаживать клетки, которые подвергались циклической зарядке постоянным током.

Время перезарядки может быть сокращено на порядок, т.е. с ~10 часов до ~1 часа

Срок службы может быть увеличен в три-четыре раза.

Применение зарядки импульсным током к зацикленной батарее (емкость = 80% начального значения) может вызвать восстановление емкости батареи.

Преждевременная потеря емкости происходит как в Pb-Sb, так и в Pb-Ca-Sn элементах при высокой скорости разряда с постоянным током заряда.

Для получения более подробной информации читатели могут обратиться к статье Лама и других, приведенной выше.

Подводные элементы стали объектом импульсной зарядки [14. Melvyn James, Jock Grummett, Martin Rowan and Jeremy Newman, Journal of Power Sources 162 (2006) 878-883 879]. Авторы пришли к выводу, что

Емкость может быть увеличена с помощью импульсной зарядки. Это повышение потенциала

была драматичной для новых относительно новых клеток. Но для старых элементов (4-5 лет) требовалось 15 и более циклов импульсного заряда, прежде чем достигалось улучшение емкости.

Более старые клетки подверглись сильной сульфатации, для разрушения которой требуется больше циклов.

Некоторые виды сульфатации невозможно обратить вспять.

Использование импульсной зарядки также показало, что заряд газообразования может быть существенно снижен.

Эволюция газа уменьшается с увеличением частоты импульсов. Это более выражено при выделении кислорода, что является важным фактором для батарей подводных лодок, страдающих от коррозии положительных пластин, поскольку кислород выделяется из положительной пластины во время зарядки газом.

После применения импульсного заряда к ячейке, благоприятное воздействие сохраняется даже при возобновлении обычных процедур заряда.

Типичная программа импульсного заряда показана ниже:

Применение импульсной зарядки может помочь предотвратить образование сульфатации с течением времени. Возможно, удастся уменьшить накопление сульфатации в ячейках при правильной зарядке и обслуживании, если с самого начала использовать импульсную зарядку. Накопление сульфатации, которое уже произошло, не может быть обращено вспять с помощью этого метода. Если ячейки постоянно выравниваются или перезаряжаются, это повреждает ячейки, уменьшая их емкость и срок службы. Microtex рекомендует регулярно проверять удельный вес ваших батарей, чтобы узнать, как долго они прослужат, выявить слабые или вышедшие из строя элементы и подтвердить состояние их заряда. В случае накопления сульфатации или дисбаланса заряда можно выполнить следующие действия.

Быстрая или ускоренная зарядка - зарядное устройство

Двадцать пять лет назад считалось, что свинцово-кислотные аккумуляторы нельзя заряжать с высокой скоростью, поскольку положительный активный материал будет непоправимо поврежден. Считалось, что быстрая зарядка приведет к чрезмерному уровню коррозии решетки и газообразованию, что приведет к раннему и быстрому выходу из строя батарей VRLA.

Быстрая зарядка не только экономит время и энергию, но и устраняет газовыделение и сокращает объем технического обслуживания. Быстрая зарядка была впервые предложена Кордешем в 1972 году для герметичных Ni-Cd элементов [17. K. Kordesch, J. Electrochem. Soc., 113 (1972) 1053], позже была разработана в 1993 году компанией Norvik Technologies в Канаде для VRLA батарей.

Их Minitcharger™ доказал, что зарядка глубоко разряженных никель-кадмиевых батарей может быть достигнута за 5-10 минут [18. J.K. Nor, патент США 5,202,617(1993)].

В первой половине 1990-х годов Валериоте, Нор и Эттел из компании Cominco, Канада, усовершенствовали эту технологию до обычных свинцово-кислотных батарей [19. Э.М. Валериоте, Дж. Нор, В.А. Эттель, Proc. Пятый международный семинар по свинцово-кислотным батареям, Вена, штат Вирджиния, США, 17-19 апреля 1991 г., стр. 93-122].. В 1994 году Valeriote, Chang и Jochim доказали, что этот процесс также подходит для тонколистовых VRLA батарей [M. Valeriote, T.G. Chang, D.M. Jochim, Proc. 9-й ежегодной конференции по применению и достижениям в области батарей, Лонг-Бич, Калифорния, США, январь 1994 г., стр. 33-38].

С начала девяностых годов эта техника применяется для тяговых батарей всех видов [20. K. Nor и J.L. Vogt, Proc. 13-я ежегодная конференция по применению и достижениям, 13-16 января 1998 г., Лонг-Бич, Калифорния, 191-197].

Влияние очень быстрой зарядки на следующие два типа гибридных свинцово-кислотных батарей глубокого цикла было изучено в 1994 году с помощью устройства MinitchargerÔ (Norvik Traction Inc., Канада) [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote и D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Затопленные гибридные батареи (в данной работе обозначаемые как «AP») имели положительные решетки из антимониального сплава 4,7% и отрицательные решетки расширенного типа из высококальциевого сплава с низким содержанием олова (Pb- 0,1 мас.% Ca-0,3 мас.% Sn). Вес ПАМ составлял ~ 800 г, а ДН ~ 540 г в каждой ячейке. Он был глубокого разряда и имел емкость 80 Ah20, 54,4 Ah5 и 50,9 Ah3).

Батареи с вентильным регулированием и гравитационным литьем положительных решеток были изготовлены из сплава с низким содержанием сурьмы (Pb -1,5 мас. % Sb-0,3 мас. % Sn (в данной работе эти батареи называются батареями «ST»). Конфигурация составляла 5P + 6N. Отрицательные решетки были отлиты из сплава Pb-O.12wt.%Ca-O.4wt.%. Эти батареи предназначались для использования в системах глубокого цикла. Емкость батарей составляла 54,5 Ач₅ и 52,5 Ah3

Было установлено, что в случае с залитой батареей можно достичь как 5-мин/50%-ной, так и 15-мин/80%-ной скорости зарядки при вполне приемлемом повышении температуры. После 80% глубины разряда доминирующим источником тепла был омический в течение первых 40% заряда, возвращенного при очень высокой скорости, 300 A (5-6 C3 ампер). Температуры были распределены неравномерно в пределах батареи. После этого не омическая поляризация становилась все более важной. Для гибридной рекомбинационной батареи кислородный цикл является существенным источником тепла на поздних стадиях заряда, особенно по сравнению с предыдущими неантимониальными батареями, которые были исследованы [21 T.G. Chang, E.M. Valeriote and D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Быстрая зарядка залитых и VRLA батарей

Таблица 6.

[21. T.G. Chang, E.M. Valeriote и D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175]].

Затопленная батарея Батарея с вентильным регулированием

Скорость перезарядки 5 мин/50% и 15 мин/80% Да Да
Повышение температуры Приемлемый Приемлемый
Источник тепла Омический (до 40 % заряда) Кислородный цикл является существенным источником тепла на поздних стадиях заряда
Зарядка заряжается при постоянном напряжении без сопротивления 2,45 В/элемент (14,7 В/батарея) заряжается при постоянном напряжении без сопротивления 2,45 В/элемент (14,7 В/батарея)
Текущий 250 - 300 A (5 - 6 C3 ампер) 250 - 300 A (5 - 6 C3 ампер)
В первые 3 минуты На 1 В выше, чем VRB
Текущее сокращение Начал снижаться с уровня 300 А после 3 мин зарядки Начал снижаться с уровня 300 А после 3 мин зарядки
Температура Более высокий омический нагрев и гораздо более высокая скорость повышения температуры; начала снижаться через 4 мин. Ток начал снижаться только после 4 минут зарядки, и на протяжении всего остального периода зарядки он был выше, чем для залитого типа.
Когда ток для батареи VR уменьшался, скорость повышения температуры становилась больше. Через 6 минут, хотя температура все еще повышалась, скорость ее повышения начала снижаться. Температура начала медленно снижаться только примерно через 20 минут зарядки; при том же постоянном напряжении без сопротивления, батарея VR принимала более высокий ток, который выделял еще больше тепла. Энергия, затраченная на кислородный цикл, полностью (100%) преобразуется в тепло, по сравнению с примерно 40% при разложении только воды.

Рисунок 17. Зарядка: Vref=2,45 В/элемент; ток, I, =3OO A макс; DOD = 80%. [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote and D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Сравнение быстрой зарядки залитых и VRLA батарей.

Таблица 7. Время работы от аккумулятора с MinitCharger®

[22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, and D.M. Jochim, Proc. 13
th
Ежегодная конференция по применениюи достижениям, 13-16 января 1998 года, Лонг-Бич, Калифорния, 173-178].

Тип батареи Срок службы батареи

Обычное зарядное устройство MinitCharger® Источник
Никель-кадмиевые элементы, тип A 500 1400 ИНКО(1989)
Никель-кадмиевые элементы, тип B 450 1900 ИНКО (1996)
Никель-металлогидридные элементы, тип A 400 1600 ИНКО (1996)
Никель-металлогидридные элементы, тип B 1500 Более 4000 ИНКО (1996)
Свинцово-кислотная тяговая батарея, тип VRLA 250 1500 КОМИНКО (1997)

Чанг и Йохим также получили аналогичные результаты. Они подвергли 12-вольтовые батареи VRLA (спирально намотанные) испытаниям на циклический режим обычного и быстрого заряда [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote и D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175. 23. Chang, T.G., Jochim, D.M., J. Power Sources, 91 (2000) 177-192]. Срок службы составил 250 циклов для режима обычного заряда и 1000 циклов для режима быстрого заряда.

Очень быстрая зарядка была встречена с большим успехом и привела к увеличению срока службы. Опрос показал, что исследовательская группа Cominco [ 22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, and D.M. Jochim, Proc. 13th Annual Battery Conference on Application and Advances, January 13-16, 1998, Long Beach, CA, 173-178.] провела исследование, и команда обнаружила, что тридцать коммерчески доступных разновидностей свинцово-кислотных батарей способны заряжаться до 50% за 5 минут, до 80% за 15 минут и до 100% за 30 минут. В этом отношении производительность VRLAB лучше, чем у затопленных батарей SLI.

Обычные заряженные положительно активные материалы характеризуются более крупными частицами и многочисленными крупными порами. В быстрозаряженных пластинах не наблюдалось крупных частиц, пор или пустот. Обычные заряженные пластины имели площадь поверхности 2^м2/г ПАМ, а заряженные большим током — 3^м2/г даже после 900 циклов [22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, and D.M. Jochim, Proc. 13-я ежегодная конференция по применению и достижениям в области батарей, 13-16 января 1998 г., Лонг-Бич, Калифорния, 173-178].

В последнем случае ПАМ расширялся медленно, и, следовательно, на сепаратор и отрицательную пластину оказывалось меньшее давление, что снижало риск возникновения коротких замыканий в сепараторах и сгущения ПАМ. Драматический эффект быстрой зарядки заключается в том, что при испытании на жизненный цикл 12В/50Ач спирально намотанных аккумуляторов VR LAB (при режимах заряда 10 часов и 15 минут) обычные заряженные аккумуляторы могли дать только 250 циклов (до 80% от начальной емкости), тогда как аккумуляторы, заряженные в режиме быстрой зарядки, могли дать примерно в четыре раза больше циклов.

SEM-изображения PAM и NAM обычных и быстро заряженных пластин

Аналогичный результат был получен в работах П. Т. Мозли [Journal of Power Sources 73 _1998. 122-126] Проект ALABC-CSIRO №. AMC-009). Высокоскоростная зарядка батарей VRLA восстанавливает положительный активный материал в форме с высокой площадью поверхности, характеризующейся игольчатой формой, а при зарядке батареи с более низкой скоростью положительный активный материал образует более крупные частицы.

Схема зарядного устройства

Как долго можно оставлять зарядное устройство на батарее?

Это зависит от двух факторов:

Находится ли зарядное устройство под напряжением или нет?
Предусмотрена ли в зарядном устройстве функция периодического обновления заряда?

Если зарядное устройство отключено, то, вероятно, нет никакого вреда в том, чтобы оставить батарею подключенной к зарядному устройству, при условии, что нет неисправности какой-либо части заряда, например, неправильного подключения проводов переменного тока, ведущих к зарядному устройству.

Однако, если зарядное устройство включено, батарею желательно отсоединить, чтобы пагубное воздействие перезарядки не сократило срок службы батареи.

Если в зарядном устройстве предусмотрена возможность периодического обновления заряда, можно оставить батарею подключенной к зарядному устройству. Это поможет поддерживать батарею в полностью заряженном состоянии и может быть использовано в любое время, когда потребуется батарея.

Как работает зарядное устройство для автомобильного аккумулятора?

Электрическая система автомобиля состоит из следующих компонентов:

Система запуска, освещения и зажигания (система SLI) состоит из механических и электрических компонентов/оборудования, которые работают в унисон для запуска двигателя и поддержания автомобиля в рабочем состоянии.

Основными компонентами являются:

Выключатель зажигания
Аккумулятор 12 В или 24 В.
Высокомоментный пусковой двигатель постоянного тока (или пусковой двигатель) с сопутствующими компонентами
Устройство генератора-выпрямителя
Контроллеры или регуляторы напряжения (реле отключения и включения)

Когда водитель включает выключатель зажигания, сильный ток течет от аккумулятора к стартерному двигателю через цепь управления, и стартерный двигатель может повернуть колеса, в результате чего автомобиль начинает движение.

Назначение стартера — помочь двигателю набрать скорость, чтобы он мог работать. Таким образом, стартер помогает двигателю набрать необходимую скорость для работы автомобиля. После этого стартер перестает быть полезным и отключается.

В автоматическое зарядное устройство включена схема датчика напряжения для определения напряжения заряжаемой батареи. Зарядное устройство автоматически отключается, когда напряжение батареи достигает необходимого оптимального уровня.

Ток течет по одному проводу от положительной клеммы аккумулятора к компоненту, на который подается питание, и обратно к аккумулятору через металлический кузов автомобиля (который является заземлением, отрицательная клемма аккумулятора соединена с кузовом автомобиля). Корпус соединен с клеммой заземления (отрицательной клеммой) аккумулятора толстым кабелем.

Ток, подаваемый батареей на стартерный двигатель, в 3-4 раза превышает емкость батареи (150-400 ампер). То есть, аккумулятор подает на стартерный двигатель ток в 3C — 4C ампер. Поэтому кабель, проводящий этот ток, должен быть соответствующим образом спроектирован для наименьшего падения напряжения. Две основные функции автомобильной системы зажигания — вырабатывать достаточное напряжение, чтобы легко создать искру для сжигания смеси воздуха и топлива, и, во-вторых, контролировать время искры и передавать ее в цилиндр. Типичная автомобильная система зажигания производит напряжение где-то между 20000 и 50000 вольт от 12-вольтового источника.

Размер аккумулятора зависит от мощности автомобиля. Так, для небольшого автомобиля, например, Maruti 800 или Alto, используется батарея 12 В/33 Ач, а для грузовика Tata или Benz — батарея 12 В или 24 В/180 Ач.

Автомобильная система зарядки обычно генерирует напряжение между 13,5 и 14,4 вольт, когда двигатель работает. Он вырабатывает электрический ток для работы автомобильного освещения, музыкальных систем, отопителя, электрической системы двигателя. Давным-давно генераторы постоянного тока использовались в автомобилях. В начале 60-х годов система генератор-выпрямитель заменила генератор постоянного тока благодаря своим преимуществам перед ним. Но с развитием электротехники и электроники все автомобили используют генератор-выпрямитель (переменный ток вырабатывается и преобразуется в постоянный).

В двигателях с искровым зажиганием требуется устройство для воспламенения сжатой воздушно-топливной смеси в конце такта сжатия. Система зажигания удовлетворяет этому требованию. Это часть электрической системы, которая подает электрический ток с необходимым напряжением на свечу зажигания, которая генерирует искру в нужное время. Он состоит из аккумулятора, выключателя, катушки зажигания распределителя, свечей зажигания и необходимой проводки.

Двигатель с воспламенением от сжатия, т.е. дизельный двигатель, не требует системы зажигания, поскольку самовоспламенение топливно-воздушной смеси происходит при впрыске дизельного топлива в сжатый воздух при высокой температуре в конце такта сжатия.

Чтобы предотвратить разрядку батареи, производители используют регулятор напряжения / Cut-Out. Он подключает/отключает генератор от аккумулятора.

Если мощность генератора ниже напряжения батареи, то он отключает генератор от батареи. Напротив, когда мощность выше, он подключает генератор обратно к батарее. Таким образом, он предотвращает разрядку аккумулятора при низких оборотах двигателя. Когда напряжение на клеммах аккумулятора достигает примерно 14,0-14,4 В, реле отключения отключает аккумулятор от зарядной цепи.

Можно ли завести автомобиль с подключенным зарядным устройством?

Если не удается завести автомобиль с имеющейся батареей, соответствующее напряжение постоянного тока можно подать от зарядного устройства, подсоединив провода зарядного устройства так, как если бы они были клеммами другой такой же батареи. Это так же, как запуск автомобиля с помощью пускового устройства. Перед выполнением этой работы следует принять надлежащие меры предосторожности. Необходимо обратиться за помощью к специалисту.

Каковы лучшие зарядные устройства в зависимости от сферы применения?

Инверторное зарядное устройство

Инверторы — это электрические/электронные устройства, которые преобразуют постоянный ток от батарей в переменный для обеспечения потребностей домов или небольших предприятий. Выпрямитель выполняет обратную функцию. То есть выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный. Постоянный ток — это тип электрического тока, необходимый для зарядки аккумулятора и работы некоторых устройств.

Домашние инверторы обычно имеют одну или две батареи 12 В в зависимости от потребностей в электроэнергии отдельных домов.

Источник бесперебойного питания (ИБП) является аналогичным устройством, но временная задержка между отключением сетевого питания и возобновлением работы ИБП является мгновенной (нулевая задержка), в то время как в инверторе временная задержка составляет 10-20 миллисекунд. В некоторых производственных подразделениях и банках эта задержка приведет к огромным убыткам и неудобствам для клиентов и банкиров. Например, в домашнем настольном компьютере при подключении к инвертору экран отключается, в то время как в случае с ИБП вы не почувствуете отключения питания.

Как мы хорошо знаем, если батареи заряжаются при напряжении выше 14,4 В на батарею 12 В, от батарей будут исходить отвратительные дурно пахнущие пары и нежелательный запах тухлых яиц, а также образование продуктов коррозии вокруг клемм и разъемов, Поэтому этим батареям не разрешается достигать напряжения заряда более 14,0 В, а предпочтительным значением является 13,8 В. Из-за уменьшения напряжения заряда также уменьшается потеря воды в результате электролиза, что приводит к длительным интервалам между двумя дозаправками одобренной водой. Хорошим дополнением является полноволновое выпрямление с фильтрами.

Зарядное устройство для автомобилей

Автомобильная электросистема заботится о зарядке бортовой батареи SLI. Как обсуждалось в разделе модифицированной зарядки постоянным потенциалом, система имеет последовательно включенное сопротивление для поддержания начального импульсного тока в допустимых пределах. Максимальное напряжение зарядки составляет 14,0-14,4 В для батареи 12 В. Батарея SLI, являющаяся батареей с малым циклом, получает заряд каждый раз, когда напряжение падает до заданного уровня.

Для зарядки аккумулятор подключается к статору генератора через электронное устройство, называемое диодом, которое позволяет протекать току только в одном направлении, то есть ток от статора к аккумулятору, а не в обратном направлении, когда генератор работает вхолостую.

Таким образом, он предотвращает нежелательную разрядку аккумуляторной батареи.

Реле отключения действует как прерыватель цепи между системой зарядки и батареей, когда генератор не вырабатывает ток. Он предотвращает разрядку аккумулятора в случае, если генератор не работает или работает на очень низких оборотах.

Периодическое добавление воды является требованием к обслуживанию в более ранних версиях батарей. Но современные батареи имеют низкий уровень газообразования, и добавление воды практически исключено, или один раз в 12-18 месяцев.

Зарядное устройство для стационарных установок

Стационарная батарея является источником аварийного электропитания в нескольких установках, где перерыв в подаче электроэнергии даже на долю секунды недопустим. Большие аккумуляторные установки, которые используются только в течение очень короткого времени для подачи электроэнергии, называются стационарными, резервными или аварийными источниками питания. Они используются в коммунальном хозяйстве, распределительных устройствах и других промышленных средах. Такие батареи используются для обеспечения питания на начальный период, пока они не смогут запустить генератор, чтобы он мог взять на себя эту функцию.

Хотя существует несколько типов свинцово-кислотных батарей (батареи с плоскими пластинами, батареи Планте, батареи с коническими пластинами и т.д.) и никель-кадмиевых (Ni-Cd) батарей, большинство пользователей предпочитают для этих целей трубчатые стационарные батареи залитого типа, в частности, типа OPzS.

Наиболее важной особенностью стационарной аккумуляторной батареи является немедленная подача энергии от батареи в случае обычного сбоя в сети. Поэтому батарея всегда должна находиться в полностью заряженном состоянии, готовом к работе. Поэтому система зарядки приобретает важное значение. Его надежность очень важна.

Эти батареи заряжаются поплавковым способом в режиме постоянного потенциала. Они бывают на напряжение 24, 48, 72, 120 и 130 В. Емкость может варьироваться от 40 Ач до нескольких тысяч ампер-часов.

От 6 до 50 ампер постоянного тока. Имеются встроенные сигналы тревоги для высокого напряжения постоянного тока, низкого напряжения постоянного тока, положительного и отрицательного замыкания на землю и окончания разряда. Промышленное зарядное устройство имеет цифровое управление и ЖК-дисплей. Предусмотрен ряд защитных функций, таких как защита проводов на всех полевых клеммах и полная защита входа переменного тока и выхода постоянного тока.

Простые рекомендации по покупке зарядного устройства

Ниже приведены рекомендации по выбору зарядного устройства:

Знайте напряжение заряжаемой батареи. Для свинцово-кислотного аккумулятора для каждого элемента требуется 3 вольта для удовлетворительной и нормальной зарядки. Таким образом, для батареи 12 В купите зарядное устройство с выходным напряжением 20 В постоянного тока на клеммах.

Что касается амперных данных (т.е. тока): из этикетки батареи узнайте ее емкость. Если емкость составляет 100 Ач при 10-часовой работе, то достаточно 10 % выхода по току. Поэтому рекомендуется использовать зарядное устройство на 10 А. Но вы также можете выбрать зарядное устройство на 15 А; тогда стоимость будет выше. Преимуществом является то, что батарея может быть заряжена в течение более короткого времени. В начальные периоды батареи могут поглощать более высокие токи. Таким образом, вы можете заряжать его при 15 А для первых 50 % ввода, а затем уменьшить ток до обычного 10 %. .

Зарядное устройство может быть оснащено цифровым или аналоговым вольтметром и амперметром. Дополнительным устройством может быть цифровой счетчик Ач. Также может быть добавлена защита от обратной полярности. Это защитит и батарею, и зарядное устройство.
Полноволновый выпрямитель с фильтрами хорош для увеличения срока службы батарей. Такое зарядное устройство будет создавать низкие пульсации переменного тока, поэтому коррозия положительных сеток и повышение температуры электролита во время зарядки будут меньше.
Подводя итог, можно сказать, что для батареи 12 В/100 Ач хорошим приобретением будет зарядное устройство на 20 В/10 ампер с цифровыми измерительными приборами и фильтрами с полноволновым выпрямлением и защитой от обратной полярности.

Зарядное устройство для поездов

[Ссылки: Справочник по электронному выпрямительному кумулятивному регулятору (ERRU) мощностью 25 кВт/4,5 кВт тренеров SG TL &AC,) сентябрь 2019 г. «Общие услуги: Освещение поездов», Институт инженеров-электриков железных дорог (IREE), Правительство Индии, Министерство железных дорог, сентябрь 2010 г.].

Куда бы вы ни отправились, везде требуется электричество, и железнодорожные вагоны не исключение для работающих светильников и вентиляторов. Для автобусов с кондиционером (AC) требуется достаточно большое количество электроэнергии для работы кондиционеров, установленных внутри автобуса.

Одним из традиционных методов выработки электроэнергии является использование генераторов переменного тока, приводимых в движение осями железнодорожных вагонов, с параллельно подключенной батареей достаточной емкости в ампер-часах для подачи электроэнергии в вагон в условиях низкого напряжения. Эти типы коучей называются «самогенерирующими (СГ)» коучами.

В этих тренерах SG, управляемые магнитным усилителем выпрямительные и регулирующие блоки (RRU) используются сначала для преобразования переменного тока на выходе генератора в постоянный и регулирования/контроля постоянного напряжения, генерируемого посредством регулирования тока возбуждения генератора. Это также предотвращает обратное течение тока от батареи к генератору в периоды отсутствия генерации.

Этот выпрямленный и регулируемый постоянный ток используется для работы различного электрического оборудования и аксессуаров внутри автобуса, а также для зарядки аккумуляторов.

Свинцово-кислотные батареи емкостью 110 В / 120 Ач10 расположены из 3-элементных моноблоков в вагонах широкой колеи (B.G.) в подрессоренных ящиках. Четыре номера клеммных коробок аварийного питания для вагонов B.G. и один номер для вагонов M.G. предусмотрены на каждой торцевой стене для соединения вагона с соседним вагоном для получения энергии, в случае отказа генерации.

По одной аварийной клеммной коробке предусмотрено по центру на каждой стороне нижней рамы для облегчения зарядки батареи от внешнего источника. (Например, когда поезд простаивает на платформах железнодорожного узла). Для автобусов BG AC используются бесщеточные генераторы переменного тока мощностью 18 кВт / 25 кВт. Два таких генератора используются в вагонах AC-2 Tier /AC-3 Tier / Chair Cars, и только один генератор используется в вагонах First AC. Батареи емкостью 800 / 1100 Ач при номинальной нагрузке 10 ч используются в вагонах I AC / AC-2 Tier / AC-3 Tier/креслах B.G. Coaches.

Хотя первый поезд в Индии проехал 34 км с 400 людьми¹⁶ апреля 1883 года из Бори Бандер (сейчас переименован в Мумбаи CST) в Тхане, система освещения поезда (TL) с помощью динамо-машины с приводом от оси была впервые разработана компанией M/s. J. Stone & Co. пришла в Индийские железные дороги только в 1930 году. Динамо / бесщеточные генераторы переменного тока, приводимые в движение от оси через плоские / «V» ремни, обеспечивают нагрузку во время движения поезда и заряжают батареи. Аккумуляторы обеспечивают нагрузку, когда поезд простаивает на платформах и в других местах.

В настоящее время используются следующие системы освещения поездов -…

1) Система с приводом от оси, работающая от сети постоянного тока 110 В.

2) Средняя генерация с напряжением 415 В, 3-фазная генерация с напряжением 110 В.

3) Окончание на генерации с генерацией 3 фазы 415 В и использованием переменного тока 110 В

4) Окончание генерации с 3-фазным 750 В генератором и использованием переменного тока 110 В

Все вагоны, которые строятся, имеют только систему 110 В. Вагоны, работающие в системе 24 В, уже переведены на систему 110 В.

Ниже приведены стандартные номинальные значения на выходных клеммах постоянного тока устройства ERRU для различных номиналов генератора:

(i) 25 кВт, 130 В, 193 А

(ii) 4,5 кВт 128,5 В 35 А

ERRU устанавливается в подрамник автобуса и рассчитан на удовлетворительную работу при температуре от -5 до 55 градусов С и относительной влажности 98%. Он также предназначен для работы в сильно запыленной зоне, выдерживает эксплуатационные вибрации и маневровые удары.

Передача мощности осуществляется через клиновые ремни. Всего 12 номеров (по 6 с каждой стороны) и 4 номера (только с одной стороны). (только с одной стороны) типоразмера C-122 на генераторах переменного тока и TL соответственно. Скорость генератора переменного тока изменяется от 0 до 2500 об/мин. Диаметр колеса вагона составляет 915 мм в новом состоянии и 813 мм при полном износе, новый диаметр колеса должен учитываться при расчетах скорости поезда в км/ч, соответствующей скорости включения и минимальной скорости для полной мощности (MFO) генератора.

Выходные характеристики электронного выпрямителя с регулятором (ERRU) (как 25 кВт, так и 4,5 кВт) приведены ниже:

Выходное постоянное напряжение холостого хода составляет 135 В максимум, которое может быть установлено на 128 ± 0,5 В, 97 A (для аккумуляторов 1100 и 650 Ач) и 128 ± 0,5, 19 А для батарей120 Ач ) при 1500 об/мин (посередине между минимальной и максимальной скоростью), регулировка напряжения ± 2 %, КПД 95 % (минимум). Пульсация напряжения поддерживается в пределах 2 %.. Изменение нагрузки составляет от 10 А до 193 А при скорости вращения от 400 об/мин до 2500 об/мин (для батарей 1100 и 650 Ач) и от 350 об/мин до 2500 об/мин (батареи 120 Ач).

Для батарей большей емкости напряжение при 15% перегрузке составляет 120 В (минимум) при 222 А, ток ограничен 230 А (максимум). Для батареи емкостью 120 Ач напряжение при перегрузке 40 А устанавливается на уровне 115 В (минимум).

Ограничение тока зарядки батареи составляет 220 A для батареи 1100 Ач, 130 A для батареи 650 Ач и 24 A для батареи 120 Ач (максимум). Последние два параметра могут быть установлены с универсального контроллера напряжения (UVC), а также с панели индикации тренера (CIP).

Для ЭЭРУ мощностью 4,5 кВт изменение нагрузки составит от 1 А до 37,5 А при 350 об/мин до 2500 об/мин. Напряжение при перегрузке 40 А составляет 115 В (минимум), ток ограничен 43 А (максимум).

Мы видим, что зарядный ток составляет 1100/220 = 5; 650/130 = 5 и 120/24 = 5. То есть зарядный ток для всех этих батарей ограничен C/5 амперами, максимальное напряжение составляет 128 В (т.е. на 16 % выше OCV банка батарей).

Для получения более подробной информации о блок-схемах для общего тренера, проводка будет выглядеть как на следующей схеме и блок-схеме системы Alternator-ERRU, можно обратиться к ссылке, приведенной ниже:

https://rdso.indianrailways.gov.in/works/uploads/File/Handbook%20on%2025%20&%204.5%20kW%20ERRU%20of%20SG%20TLAC%20coaches.pdf

Зарядное устройство для тяговых аккумуляторов

На производительность и срок службы батарей вилочных погрузчиков влияют зарядное устройство для тяговых батарей и применяемые методы зарядки. Зарядное устройство для батарей вилочного погрузчика следует выбирать в соответствии с напряжением и Ач батарей.

Хорошее зарядное устройство для аккумуляторов вилочного погрузчика

- Следует ограничить повышение температуры во время зарядки
- Без излишнего перезаряда зарядное устройство должно прекращать подачу тока на батарею в нужное время
- Должен иметь возможность уравнительной зарядки (т.е. зарядки при более высоких токах).
- В случае возникновения опасных ситуаций необходимо предусмотреть автоматическое отключение.
- Должен быть программируемым с помощью микропроцессора или ПК.
- В некоторых зарядных устройствах также предусмотрено перемешивание воздуха через тонкие воздушные трубки в камерах.

Диапазон напряжения зарядки варьируется от 24 В до 96 В.

Сила тока зависит от емкости аккумулятора, которая варьируется от 250 Ач до 4000 Ач

Методы зарядки тяговых батарей

Одноступенчатая сужающаяся зарядка: Зарядное устройство начинает свою работу при токе около 16A/100Ah, и ток уменьшается по мере роста напряжения на ячейке. Когда напряжение элемента достигает 2,4 В/элемент, ток уменьшается до 8 А/100 Ач, а затем достигает конечной скорости от 3 до 4 А/100 Ач. Зарядка отключается по таймеру. Для 80 % разряженных батарей без воздушного перемешивания может потребоваться от 11 до 13 часов (коэффициент ввода Ah 1,20).

Разница во времени зарядки обусловлена изменением пускового тока, то есть, если пусковой ток составляет 16 А/100 Ач, то продолжительность меньше, а если 12 А/100 Ач, то продолжительность больше. При использовании установки для перемешивания воздуха продолжительность сокращается до 9-11 часов (коэффициент ввода Ah 1,10).

Двухэтапная конусная зарядка (режим CC-CV-CC): Это усовершенствование по сравнению с предыдущим методом. Зарядное устройство запускается с более высоким током 32 A / 100 Ah. Когда напряжение на ячейке достигает 2,4 В на ячейку, зарядное устройство автоматически переключается в сужающийся режим, и ток продолжает сужаться до достижения 2,6 В на ячейку, после чего ток переходит на конечную скорость 3 — 4 А/100 Ач и продолжается в течение 3 — 4 часов. Для 80 % разряженных батарей без воздушного перемешивания может потребоваться около 8-9 часов (коэффициент ввода Ah 1,20). При использовании установки для перемешивания воздуха продолжительность сокращается до 7-8 часов (коэффициент ввода Ah 1,10).

Зарядка гелевых аккумуляторов VRLA: (режим CC-CV-CC):

Зарядное устройство запускается с током 15 A / 100 Ah. Когда напряжение на ячейке достигает 2,35 В на ячейку, зарядное устройство автоматически переключается в конусный режим, и зарядное устройство переходит в режим CV при том же напряжении. Это занимает максимум 12 часов. Шаг CV остается постоянным до тех пор, пока ток заряда не снизится до ограниченного значения 1,4 А/ 100 Ач. Вторая фаза может длиться несколько часов, максимум — 4 часа. Эта продолжительность зависит от продолжительности первой фазы.

Высокочастотное зарядное устройство для вилочных погрузчиков

Существующие зарядные устройства обычно бывают двух типов: феррорезонансные и кремниевые управляемые выпрямители (SCR). Они более доступны по цене, но и менее эффективны.
Зарядное устройство, включающее высокочастотные импульсные силовые устройства, например, MOSFET (полевой транзистор на основе оксида металла) и IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) работают на частотах, значительно превышающих частоту линии (от нескольких кГц до пары сотен кГц). В отличие от них, MOSFET и IGBT с их возможностью полного включения/выключения могут точно управляться в любой момент, что позволяет зарядному устройству производить желаемую мощность. SCR — это полууправляемые устройства с неконтролируемым выключением.

ВЧ-зарядные устройства работают как импульсные источники питания, что означает, что они включают и выключают электронные переключатели на высоких частотах (50-170 кГц).

Преимущества этой высокочастотной технологии включают:

Высокочастотное зарядное устройство
До 170 кГц Высокая частота	Потери от конверсии ниже
Повышенная эффективность зарядки (от 87 до 95%)	Снижение затрат на электроэнергию (до 20%) благодаря энергосбережению
Снижение тока пульсации переменного тока	Более длительный срок службы благодаря меньшему повышению температуры. Снижение затрат на техническое обслуживание благодаря меньшим потерям воды
Он универсально адаптируется	Затопленные, AGM и гелевые аккумуляторы можно заряжать без перегрузки или недозарядки.
Меньший размер, малый вес и экономия пространства	Он имеет меньшую площадь опоры и может быть легко установлен на борту судна
Такие зарядные устройства выпускаются в различных диапазонах - от зарядных устройств для батарей 24 В до 80 В с зарядным током от 40 до 300 А.

Зарядное устройство для аккумуляторных батарей в подземных шахтах

Аккумуляторы для подземных шахт — это в основном свинцово-кислотные батареи глубокого цикла. Типичное напряжение находится в диапазоне от 48 до 440 В, а емкость — от 700 Ач до 1550 Ач.

Зарядка этих батарей аналогична зарядке тяговых батарей. Аккумуляторы заряжаются при
2,6 В вначале при токе 21 А, затем 17 А на 100 Ач и, наконец, 4,5 А на 100 Ач в качестве финишной скорости. Зарядка может быть завершена за 6-8 часов.

Батареи соответствуют стандарту IS 5154:2013 Часть 1 (IEC 60254-2006)

Зарядное устройство для морских аккумуляторов

Аккумуляторы для морского применения можно разделить на два типа. Стартерные батареи имеют более тонкие пластины и способны выдавать большие порции энергии в течение короткого времени. Другой тип — это аккумулятор глубокого цикла, используемый для других морских приложений, таких как электронные аксессуары, троллинговый мотор и бортовые электрические и электронные приборы. Кроме того, двухфункциональные батареи работают и как батареи SLI, и как батареи глубокого цикла. Для конкретных батарей используются определенные зарядные устройства. Режим CC-CV следует использовать для свинцово-кислотных батарей VR.

Существуют также зарядные устройства, которые могут заряжать до четырех батарей одновременно. Можно заряжать все типы морских батарей, батареи VR (как AGM, так и гелевые), а также малообслуживаемые залитые батареи.

Поскольку аккумуляторы и зарядные устройства используются в лодках, они должны оставаться сухими и иметь достаточную вентиляцию. Они также должны быть водонепроницаемыми, ударопрочными и виброустойчивыми, а при необходимости полностью герметичными. Кроме того, следует убедиться, что зарядные устройства имеют функцию защиты от обратной полярности и искрозащиту.

Зарядное устройство для солнечных батарей

Из-за колебаний солнечного излучения мощность панелей SPV колеблется. В результате цифровой трекер точки максимальной мощности (MPPT) подключается между SPV-панелью и батареей для обеспечения бесперебойного процесса зарядки. MPPT — это электронный преобразователь постоянного тока в постоянный, предназначенный для оптимизации согласования между солнечной батареей (фотоэлектрическими панелями) и аккумуляторной батареей. Он воспринимает постоянный ток от солнечных панелей, изменяет его на высокочастотный переменный и понижает до другого постоянного напряжения и тока, чтобы точно соответствовать требованиям к мощности батарей. Преимущества использования MPPT объясняются ниже.

Большинство фотоэлектрических панелей рассчитаны на выходное напряжение 16-18 вольт, даже если номинальное напряжение фотоэлектрической панели составляет 12 В. Но номинальное напряжение батареи 12 В может составлять от 11,5 до 12,5 В (OCV) в зависимости от состояния заряда (SOC). В условиях зарядки на аккумулятор подается дополнительный компонент напряжения. В обычных контроллерах заряда дополнительная мощность, вырабатываемая панелью SPV, рассеивается в виде тепла, в то время как MPPT определяет потребности батареи и выдает большую мощность, если панель SPV вырабатывает большую мощность. Таким образом, использование MPPT позволяет избежать потерь, недозаряда и перезаряда.

Температура влияет на производительность панели SPV. При повышении температуры эффективность SPV-панели снижается. (Примечание: Когда SPV-панели подвергаются воздействию более высокой температуры, ток, вырабатываемый SPV-панелью, увеличивается, а напряжение уменьшается. Так как снижение напряжения происходит быстрее, чем увеличение тока, эффективность работы SPV-панели снижается). Напротив, при более низких температурах эффективность увеличивается. При температуре ниже 25°C (это температура стандартных условий испытаний(STC)) эффективность увеличивается. Но в долгосрочной перспективе эффективность уравновесится.

Please share if you liked this article!

Did you like this article? Any errors? Can you help us improve this article & add some points we missed?

Please email us at webmaster @ microtexindia. com

Get the best batteries now!

Hand picked articles for you!

Зарядное устройство

Зарядное устройство - зарядка свинцово-кислотного аккумулятора

Реакцией разряда-заряда свинцово-кислотного элемента является

Уравнение Гиббса

ЭДС клетки

Стандартная свободная энергия образования

Стандартное напряжение ячейки свинцово-кислотного элемента составляет 2,04 В

Плотность тока

Механизм растворения-осаждения или растворения-осаждения-осаждения

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов

Характеристики двух электродов во время заряда и разряда

Зарядное устройство - Коэффициент зарядки

Зарядное устройство - Эффективность зарядки свинцово-кислотного аккумулятора

КПД в ампер-часах

Энергоэффективность или ватт-час

Напряжение зарядки зарядного устройства

Газообразование в аккумуляторах

Электролиз воды

Коррозия положительных решеток в свинцово-кислотном аккумуляторе

Зарядное устройство - значение приема тока

Как работает зарядное устройство на 12 В?

Процедура зарядки аккумулятора - Зарядное устройство

Образец записи о зарядке аккумулятора

Показания потенциала кадмия

Принцип работы зарядного устройства

Различные методы зарядки аккумуляторов и различные типы зарядных устройств

Различные методы зарядки аккумуляторов

Одноступенчатый метод зарядки постоянным током (метод CC) Зарядное устройство для аккумуляторов

Двухступенчатый метод зарядки постоянным током Зарядное устройство для аккумуляторов

Методы зарядки постоянным напряжением или потенциалом Зарядное устройство

Модифицированная зарядка постоянным потенциалом - Зарядное устройство

Комбинированные методы (методы CC-CV) - Зарядное устройство для аккумулятора

Зарядка конуса - Зарядное устройство

Одноступенчатая конусная зарядка - Зарядное устройство

Двухступенчатая конусная зарядка - Зарядное устройство

Первоначальная оплата

Плата за выравнивание

Возможность зарядки

Зарядка с газовым контролем

Пробковая зарядка

Ускоренная зарядка

Импульсная зарядка

Быстрая или ускоренная зарядка - зарядное устройство

Быстрая зарядка залитых и VRLA батарей

Сравнение быстрой зарядки залитых и VRLA батарей.

Схема зарядного устройства

Как долго можно оставлять зарядное устройство на батарее?

Как работает зарядное устройство для автомобильного аккумулятора?

Можно ли завести автомобиль с подключенным зарядным устройством?

Каковы лучшие зарядные устройства в зависимости от сферы применения?

Инверторное зарядное устройство

Зарядное устройство для автомобилей

Зарядное устройство для стационарных установок

Простые рекомендации по покупке зарядного устройства

Зарядное устройство для поездов

Зарядное устройство для тяговых аккумуляторов

Методы зарядки тяговых батарей

Высокочастотное зарядное устройство для вилочных погрузчиков

Зарядное устройство для аккумуляторных батарей в подземных шахтах

Зарядное устройство для морских аккумуляторов

Зарядное устройство для солнечных батарей

Get the best batteries now!

Переработка аккумуляторов

Сепараторы из ПВХ

Зимнее хранение свинцово-кислотного аккумулятора

7 признаков того, что пора менять автомобильный аккумулятор

Присоединяйтесь к нашей рассылке!

Want to become a channel partner?

Want to become a channel partner?

Do you want a quick quotation for your battery?