How to choose the best Battery Charger? 9 detailed reviews

Зарядний пристрій - зарядка свинцево-кислотного акумулятора

Батарею можна визначити як електрохімічний пристрій, здатний перетворювати хімічну енергію, що міститься в його активних матеріалах, на електричну енергію. Якщо реакція, що призводить до такого перетворення однієї форми енергії в іншу, є оборотною, то ми маємо перезаряджаємий або вторинний, або накопичувальний елемент. Такі елементи можна багаторазово перезаряджати після кожного розряду, щоб змінити напрямок реакції. Щоб акумулятор працював протягом запланованого терміну служби, він повинен заряджатися належним чином, коли це необхідно.

Клітини з незворотними реакціями називаються первинними.
Свинцево-кислотний акумулятор складається з позитивних і негативних електродів, розділених ізоляційними плівками, які називаються сепараторами. В якості електроліту використовується розведений розчин сірчаної кислоти. Позитивним активним матеріалом є діоксид свинцю (PbO2), а негативним – свинець.
Перш ніж ми заглибимося в деталі зарядного пристрою, необхідно коротко розібратися в деяких питаннях, пов’язаних з акумуляторами.

Ампер – це одиниця виміру струму (який визначається як безперервний потік електронів). Коли один кулон (або одна ампер-секунда) проходить повз точку за одну секунду, сила струму визначається як 1 ампер.

Напругу можна вважати рушійною силою для руху електронів в електронному провіднику, а одиницею виміру – вольт. Коли 1 ампер-секунда має 1 джоуль енергії, ми говоримо, що вона має 1 вольт різниці електричних потенціалів.

Ці два терміни можна порівняти з верхнім резервуаром для води в будівлі. Чим більша висота резервуара для води, тим більшою буде сила, з якою буде текти вода. Аналогічно, чим більший діаметр труби, що несе воду від резервуара до точок споживання, тим більший об’єм води отримає користувач. Швидкість, з якою тече вода в трубі, можна порівняти зі швидкістю, з якою тече вода.

Ампер-година (А г) – це кількість електроенергії, яка є добутком сили струму і часу.
1 Ач = 1 А * 1 година.
Ватти (Вт) – це потужність, яка є добутком сили струму на вольт. Більші одиниці вимірювання – кВт (= 1000 Вт).

мегават, МВт (=1000 кВт) і гігават, ГВт (один мільярд Вт (1 000 000 000 Вт).1 W = 1 A * 1 V = VA.

Енергія (Вт -год) – це кількість енергії, що постачається за одиницю часу. Більші одиниці виміру – кВт-год (= 1000 Вт-год)

мегават-година, МВт-год (= 1000 кВт-год) і гігават-година, ГВт-год (=(один мільярд Вт (1 000 000 000 Вт-год).

ГВт використовуються для позначення потужності великих електростанцій. ГВт-год використовується для позначення виробничих потужностей великих виробництв акумуляторів для електромобілів (EV) та систем зберігання акумуляторів великої ємності ГВт-год = 1 Вт*1 год = 1 Вт-год
Говорячи мовою акумуляторів, можна сказати, що батарея має 1200 Вт-год (або 1,2 кВт-год), якщо її напруга дорівнює 12, а ємність в А-год – 100.
12 В * 100 А*год = 1200 Вт*год або 1,2 кВт*год.

Потужність, що припадає на одиницю маси акумулятора, називається питомою потужністю і вимірюється в Вт/кг.
Питома потужність= Вт/кг і кВт/кг.
Аналогічно, енергія, що постачається з одиниці маси акумулятора, називається питомою енергією, а одиницею виміру є Вт-год на кг.
Питома енергія = Вт∙год/кг та кВт∙год/кг. (Також пишеться як Wh кг-1)
Аналогічно, потужність, що подається на одиницю об’єму акумулятора, називається щільністю потужності, а одиниця виміру – Вт на літр.
Щільність потужності = Вт/літр і кВт/літр.
Енергія, що постачається з одиниці об’єму акумулятора, називається щільністю енергії, а одиниця виміру – Вт-год на літр.
1 Вт = 1 Дж на секунду

Щільність енергії = Вт-год/літр та кВт-год/літр. (Також пишеться як W ^L-1 або W ^l-1)

Реакція розряду-заряду свинцево-кислотного елемента має вигляд

Pb (NP) + _PbO2 (PP) + _2H2SO4 Розряд ⇔ Заряд _PbSO4 (PP) + _PbSO4 (NP) + _2H2O(біля PP)

Примітка: NP = негативна пластина = анод під час розряду = донор електронів під час розряду. PP = позитивна пластина = катод під час розряду = акцептор електронів під час розряду

Під час заряду ролі електродів міняються місцями: анод поводиться як катод і навпаки. Тепер акцептор електронів випускатиме електрони, а донор прийматиме їх.

Термін ” термодинамічна вільна енергія ” – це міра роботи, яку можна отримати з системи. У випадку гальванічного елемента електрична робота виконується за рахунок руху заряджених частинок внаслідок хімічної взаємодії між реагентами, що призводить до утворення результату (продукту).

Таким чином, енергія подається в термінах Δ
G
зміна вільної енергії Гібба, яка представляє максимальну кількість хімічної енергії, що може бути вилучена з процесів перетворення енергії.

Якщо
E
це ЕРС (електрорушійна сила, напруга або потенціал) комірки та процесу, що відбувається (тобто, розряд свинцево-кислотного елемента), пов’язаний з проходженням
n
Фарадеїв (
F
) на моль реагентів від одного електрода до іншого, тоді електрична робота, що виконується елементом, має вигляд
nFE
. Відповідне збільшення вільної енергії дорівнює електричній роботі, виконаній над системою. Звідси,

ΔG = nFE або

ΔG = -nFE або

-ΔG° = nFE°

(за стандартних умов; E° означає стандартний електродний потенціал або стандартну напругу клітини).

Рівняння Гіббса

(Що мається на увазі під стандартними умовами: 25°C або за Цельсієм (298,1°K або за Кельвіном), тиск 1 бар, активність (яка може бути приблизно прийнята як значення концентрації) реагуючої речовини, ^Pb2+, дорівнює одиниці).

Це рівняння називається
рівнянням Гіббса.

Рівняння Гіббса пов’язує напругу на елементі зі зміною вільної енергії (DG). Якщо реакція відбувається спонтанно (наприклад, розряд свинцево-кислотного елемента), ΔG є від’ємним (енергія вивільняється), а ЕРС є додатною, тобто заряд nF буде спонтанно текти в напрямку, який передбачається в реакції елемента.

З іншого боку, якщо ΔG позитивний, це дозволяє системі здійснювати явище електролізу (наприклад, під час заряду свинцево-кислотного елемента).

ЕРС клітини

ЕРС комірки є інтенсивною термодинамічною властивістю
інтенсивною термодинамічною властивістю
тобто не залежить ні від маси реагентів, ні від розміру комірки. Інтенсивна властивість (на відміну від
екстенсивної властивості
) не залежить від маси реагентів, а отже, і від розміру батареї. Незалежно від того, чи є у вас кілька міліграмів або кілька кілограмів матеріалів, система покаже однакову напругу, і її не можна збільшити, збільшуючи масу матеріалу. Індивідуальний електродний потенціал є невід’ємною електрохімічною властивістю матеріалу цього електрода, і не можна змінити його значення за однакових умов.

Прикладами інтенсивної властивості є напруга електродів та елементів; з іншого боку, екстенсивна властивість
екстенсивна властивість
залежить від кількості речовини, наприклад, маса, об’єм, енергія, ампер-година та ват-година. Таким чином, 4,5 грама діоксиду свинцю в свинцево-кислотному елементі теоретично забезпечують одну ампер-годину (А/год), але якщо у вас є 45 грамів, то він забезпечить в десять разів більше А/год. Отже, це екстенсивна властивість; але в обох випадках електродний потенціал буде однаковим, а саме 1,69 В. Аналогічні аргументи можна навести для свинцевих і сірчанокислих активних матеріалів.

Стандартний потенціал клітини (E°) пов’язаний зі стандартною зміною вільної енергії (DG°), як показано вище.

ЕРС свинцево-кислотного елемента можна визначити з виразу

ΣΔGº _{ƒ продуктів} – ΣΔGº _{ƒ реагентів}

Де _ΔG°ƒ відноситься до стандартної вільної енергії утворення реагуючих речовин.

Стандартна вільна енергія утворення

Таблиця 1

Стандартна вільна енергія утворення, _ΔG°ƒ хімічних видів, що беруть участь у клітинній реакції

(Ганс Боде, Свинцево-кислотні акумулятори, Джон Вайлі, Нью-Йорк, 1977, Додаток IV, с. 366.)

Реагенти/продукти	Числове значення (ккал моль-1 )
PbO2	-52.34
Pb	0
H2SO4	-177.34
PbSO4	-193.8
H2O	-56.69

Загальна реакція записується як

Pb + _PbO2 + _2H2SO4_⇄ _2PbSO4 + _2H2OE° = 2,04 В.

ΔG° = ΣΔGº _{ƒ продуктів} – ΣΔGº _{ƒ реагентів}

Підставивши відповідні значення (які ми отримуємо зі стандартних підручників, наприклад, [1. Ганс Боде, Свинцево-кислотні акумулятори, Джон Вайлі, Нью-Йорк, 1977, Додаток IV, с. 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 (щоб перевести ккал в кДж, помножте на 4,184)

= -393,88 кДжна моль

E° = -ΔG°/нФ

= –(-393.88 × 1000)/2 × 96485

= 2,04 В для свинцево-кислотного елемента

Стандартна напруга свинцево-кислотного елемента становить 2,04 В

а загальна або сумарна клітинна реакція свинцево-кислотної клітини записується як:

Pb + _PbO2 + _2H2SO4 Розряд⇔ Заряд _PbSO4 (PP) + _PbSO4 (NP) + _2H2O(біля PP)

Перш ніж перейти до деталей заряджання і розряджання свинцево-кислотного акумулятора, ми повинні мати певні знання про деякі терміни, що використовуються в електрохімії.

Ми вже знаємо, що таке стандартні умови.

Коли ми порушуємо реакцію клітини (в прямому чи зворотному напрямку), ми говоримо, що клітина перебуває в порушеному стані , а не в стані рівноваги.

Щоразу, коли електрохімічна система порушується, завжди буде виникати відмінність від стандартного потенціалу. Таким чином, якщо свинцево-кислотний елемент примусити рухатися в напрямку розряду, напруга елемента зменшиться на певну величину, яка залежить від величини струму. Чим вище поточне значення, тим більше буде відхилення від стандартного значення.

Тепер напруга на елементі буде

_EDisch = E° – δV.

Значення_EDisch буде меншим за значення E°.

І навпаки, якщо примусити елемент рухатися в зворотному напрямку (тобто в режимі зарядки), напруга елемента збільшиться на певну величину, яка знову ж таки залежить від величини струму.

_ECh = E° + δV.

Величина δV називається
перенапругою або перепотенціалом
і позначається символом
символом η
.

Значення δV буде від’ємним для реакції розряду і додатним для реакції заряду.

Це явище загибелі або збільшення напруги клітини називається
поляризацією
а про електроди кажуть, що вони перебувають у поляризованому стані.

Отже, перепишемо рівняння наступним чином:

_EDisch = E° – η.

_ECh = E° + η.

Таким чином, видно, що під час розряду

_EDisch < E° та

Під час зарядки

_ECh > E°.

Які причини такого відхилення напруги?

Існує кілька причин такого відхилення:

Втрати через внутрішні опори (IR) (_ηohmic)
Активаційна поляризація внаслідок перенесення заряду на двох електродах під час запуску процесу _ηt.
Концентраційна поляризація внаслідок виснаження електроліту та інших видів, що беруть участь у процесі (_ηc).

Втрати через ІЧ-поляризацію можна зменшити, використовуючи електродні струмознімачі та електроліт з кращою провідністю. Також допоможе сепаратор з меншим опором.

Активаційна поляризація пов’язана з перенесенням носіїв заряду через фазові межі електрода, і цей процес називається реакцією перенесення. Перенапруга перенесення через реакції перенесення заряду на двох електродах може бути значно зменшена в акумуляторах завдяки сумісній пористій структурі електродів. Останнє збільшує фактичну площу внутрішньої поверхні (площу поверхні BET, яка включає площі пор, тріщин і розривів) на відміну від видимої площі поверхні, отриманої множенням розмірів, довжини і ширини), доступної для реакцій.

Щільність струму

Це, в свою чергу, зменшує щільність струму (тобто ампер на квадратний сантиметр). Таким чином, пластина з агрегатною пористістю 40 % призведе до більших втрат через активаційну поляризацію, ніж пластина з пористістю 50 %.

Концентраційна поляризація (_ηc) буде більшим, якщо продукти реакції (сульфат свинцю і молекули води у випадку свинцево-кислотного елемента) не відводяться від поверхні електродів, звільняючи місце для свіжих реагентів (наприклад, іонів свинцю з обох електродів і сульфат-іонів з електроліту у випадку свинцево-кислотного елемента). η_c буде більш вираженим ближче до кінця реакції розряду. Усередині клітини транспорт іонів здійснюється шляхом дифузії та міграції.

Дифузія викликана різницею в концентрації, тоді як міграція викликана силами електричного поля.

Дифузія може відбуватися в основній масі електроліту або в сепараторі: оскільки іони генеруються на одному електроді і споживаються на іншому, іони повинні рухатися між електродами.

Він також відбувається в пористих електродах під час протікання електрохімічної реакції. Продукти реакції можуть переміщатися в активній масі до кінцевого місця дифузією.

Частка загального струму, яка переноситься певним видом іонів (заряджених частинок) шляхом міграції, є функцією їхнього числа переносу. У бінарному електроліті, дисоційованому на катіони та аніони, числа переносу пов’язані між собою рівнянням

_ɩC + _ɩA= 1,

де _ɩC + _ɩA позначають транспортне число катіонів та аніонів.

Числа переносу залежать від концентрації іонів і температури. У бінарних сольових розчинах вони майже близькі до 0,5. Таким чином, обидва іонні види мають однакову частку в іонній провідності.

Значні відхилення відбуваються в сильних кислотах і лугах через вищу іонну рухливість протонів (^H+) і гідроксильних іонів (^OH-). Нижче наведено значення для сірчаної кислоти (дисоційованої на ^H+ і _HSO2-4) і гідроксиду калію (дисоційованої на ^K+ і ^OH-) електроліту акумулятора. ₄

_^ιH+ = 0.9; ɩHSO4_^2- = 0.1; _^ιK+ = 0.22; ^_ιOH-= 0.78

Число переносу – це міра того, наскільки сильно на концентрацію конкретного іона впливає міграція під впливом потоку струму. Менше значення свідчить про менший вплив на міграційні процеси, а більше значення – про більший вплив на міграційні процеси.

2. Д. Берндт, в Довідник з акумуляторних технологій, Ред. H.A. Kiehne, Друге видання, 2003, Marcel Dekker, Inc, Нью-Йорк, Таблиця 1.2.
3. Дж. С. Ньюман. Електрохімічні системи. Скелі Енглвуд: Prentice-Hall, 1991, с. 255.
4. С. У. Фальк, А. Я. Салкінд. Лужні акумуляторні батареї. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, 1969, с. 598

Щоб це було зрозуміло, ми повинні розуміти, як протікає реакція розряду. Як тільки клеми акумулятора під’єднані до пристрою-споживача, електрони починають рухатися від негативної пластини до позитивної через зовнішній ланцюг. Усередині комірки заряджені частинки відповідають за протікання струму. Заряджені частинки – це протони (^H+) та бісульфат-іони (HSO¯4 ).

Під час розряду негативні іони HSO¯4 (в даному випадку бісульфат-іони з електроліту сірчаної кислоти, які дисоціюють у вигляді ^H+і HSO¯4) рухаються до негативної пластини. Ці негативні іони з’єднуються з активним матеріалом, Pb, утворюючи сульфат свинцю, _PbSO4. В результаті реакції також утворюється позитивно заряджений іон водню (протон), який мігрує. Два електрони, що вивільняються в результаті анодної реакції свинцевого активного матеріалу, досягають позитивної клеми через зовнішній ланцюг.

Негативна пластинчаста або негативна напівклітинна реакція: Pb + HSO¯4 ⇄ ^Pb2+ + ^SO42- ^+H++ ^2e- E°= -0,35 В

Іони двовалентного свинцю та сульфат-іони негайно з’єднуються, утворюючи сульфат свинцю, і осідають на негативній пластині у вигляді сульфату свинцю.

Досі ми бачили картину негативної реакції пластин.

Тепер давайте подивимося, що відбувається одночасно на позитивній пластині.

Електрони з негативної пластини, досягнувши позитивної клеми, реагують з позитивним активним елементом, _PbO2, утворюючи сульфат свинцю і дві молекули води.

Позитивна пластинчаста або позитивна напівклітинна реакція: _PbO2 + ^3H+ + HSO¯4 + ^2e- ⇄ ^Pb2+ + _SO4 ^2- + _2H2OE° = 1,69 В

Іони двовалентного свинцю (^Pb2+) і сульфат-іони ( ) негайно з’єднуються, утворюючи сульфат свинцю, і осідають на позитивній пластині у вигляді сульфату свинцю.

Механізм розчинення-осадження або розчинення-осадження

Цей тип реакції, коли свинець і діоксид свинцю розчиняються у вигляді іонів свинцю і негайно осаджуються у вигляді сульфату свинцю на відповідних електродах, відбувається за
розчинення-осадження або розчинення-осадження.

Тепер, об’єднавши дві реакції напівелементів, ми маємо

Негативна пластинчаста або негативна напівелементна реакція: Pb + HSO¯4 ⇄ ^Pb2+ + ^SO42- ^+H++ ^2e-

Позитивна пластинчаста або позитивна напівелементна реакція: _PbO2 + ^3H+ + HSO¯4 + ^2e- ⇄ ^Pb2+ + ^SO42- + _2H2O

Загальна або повна реакція: Pb + _PbO2 + _2H2SO4 Розряд⇔ Заряд _2PbSO4 + _2H2O

Ця теорія реакції була запропонована Гладстоном і Трібом у 1881 році, але свинцево-кислотний елемент був винайдений у 1859 році французьким фізиком Раймоном Гастоном Планте.

Дж. Х. Гладстон і А. Трібе, Хімія акумуляторів Планте і Форе,
Nature
, 25 (1881) 221 & 461.

J.H. Gladstone і A. Tribe, Хімія акумуляторів Планте і Форе, Nature, 26 (1882) 251, 342 і 602; 27 (1883) 583

Реакція розряду триватиме доти, доки приблизно половина активних матеріалів не перетвориться на сульфат свинцю за повільної швидкості розряду, наприклад, за 20 або 10 годин. До цього часу питомий опір активних матеріалів збільшиться до такого значення, що подальший розряд призведе до дуже швидкого падіння напруги на елементі. Зазвичай напруга на комірці не повинна опускатися нижче 1,75 В на комірку.

Глибокі розряди, що перевищують 80% глибини розряду (DOD), ускладнюють подальшу підзарядку.

Як тільки свинець розчиняється у вигляді іонів свинцю під час реакції розряду, він з’єднується з сульфат-іонами і осідає на негативній пластині. Іони свинцю або молекула сульфату свинцю не відходять далеко від негативної пластини. Це пов’язано з тим, що розчинність сульфату свинцю в розбавлених розчинах сірчаної кислоти дуже низька. Це порядку вище 1 мг на літр, осадження іонів двовалентного свинцю до сульфату свинцю відбуватиметься швидше в місцях з високою концентрацією електроліту. При подальшому розряді розчинність сульфату свинцю в електроліті зростає до 4 мг на літр.

Це відбувається тому, що кислота стає більш розбавленою внаслідок подальшого зливу, а в таких розбавлених кислотах розчинність сульфату свинцю вища, до 4 мг на літр.
Відкладений таким чином сульфат свинцю буде продовжувати рости до різних розмірів кристалів як на поверхні, так і в тріщинах і щілинах. . Плівка матиме переривчасту структуру. Під час повільного розряду ця переривчаста форма структури сульфату свинцю допомагає внутрішнім частинам активних матеріалів брати участь у реакції, оскільки забезпечує відкриту структуру, яка полегшує проникнення іонів. Таким чином, процес розряду може протікати глибоко вглиб пластини.

Навпаки, при високих швидкостях розрядів поверхня блокується продуктом розряду, _PbSO4, який утворює безперервну структуру без розривів. Таким чином, подальші реакції у внутрішній частині пластин ускладнюються, і саме тому ми не можемо отримати очікувану ємність при більш високих швидкостях розряду.

Зарядка свинцево-кислотних акумуляторів

Під час зарядної реакції відбуваються зворотні явища, потік струму змінюється на протилежний і відбувається окислення
місце на позитивному електроді і зменшення на негативному електроді.

Таблиця 2

Характеристики двох електродів під час заряду та розряду

Електрод	Розрядка	Зарядка
Негативна пластина	Пористий (губчастий) свинець Анод Віддає 2 електрони Pb -2e- → Pb2+ Напруга зменшується (стає менш позитивною). У перерахунку на PbSO4	~ 40% Pb + ~60% PbSO4 Катод Поглинає 2 електрони Pb2+ у PbSO4 займає 2 електрони Напруга зменшується (стає більш від'ємною) Відновлений до металевого Pb H2 утворився під час перезарядки
Позитивна пластина	Пористий діоксид свинцю Катод Поглинає 2 електрони Pb4+ (з PbO2) + 2e- → Pb2+ Напруга зменшується (стає менш позитивною). У перерахунку на PbSO4	~ 50% PbO2 + ~50% PbSO4 Анод Випускає 2 електрони Pb2+ в PbSO4 перетворюється на PbO2 Перетворено в PbO2 Напруга зростає O2 утворився під час перезарядки

Малюнок 1
Зміна значень потенціалу свинцево-кислотного елемента під час реакцій заряду та розряду
Напруга елемента – це комбінація двох значень на будь-якій стадії функціонування гальванічного елемента
Таким чином
Напруга елемента = позитивний потенціал електрода – негативний потенціал електрода
Тому
Напруга холостого ходу або рівноважна напруга свинцево-кислотного елемента = 1,69 – (-0,35) = 2,04 В
Наприкінці розряду або близько до нього напруга на елементі, EDisch = 1.50 – (- 0.20) = 1.70 В
Наприкінці заряду або близько до нього напруга на елементі, ECh = 2,05 – (-0,65) = 2,70 В

Зарядний пристрій - Коефіцієнт зарядки

Акумуляторні батареї потрібно заряджати, щоб відновити ємність, витрачену під час попереднього розряду.

Кількість А-год, необхідна для повернення батареї до попереднього повністю зарядженого стану, порівняно з попереднім, буде на 10-15 % більшою. Це відношення вхідного заряду до попереднього виходу називається коефіцієнтом заряду

Коефіцієнт заряду = Вхідний заряд Ач / Попередній вихідний заряд Ач = ~ 1,1 – 1,2.

Це означає, що для компенсації вторинних реакцій, до яких відносяться реакції перезарядження з розщепленням води і реакції корозії решітки, необхідно поставити від 10 до 20 % додаткових А-год. Також невелика частина буде втрачена через внутрішній опір.

Зарядний пристрій - Ефективність заряджання свинцево-кислотних акумуляторів

Коефіцієнт корисної дії в ампер-годинах

(Ампер-година або кулонівський ККД та енергія або ват-година ККД)

З наведених вище аргументів видно, що ми повинні визначити, що таке “ефективність заряджання”.

Коефіцієнт корисної дії в ампер-годинах

Індійський стандарт IS 1651 описує процедуру тестування наступним чином:

Повністю заряджену батарею слід розряджати протягом десяти годин до кінцевої напруги 1,85 вольт на елемент.
Точна потужність в Ач повинна бути обчислена.
Тепер батарея заряджається з тією ж кількістю ампер-годин при тому ж струмі.
Тепер акумулятор піддається повторному розряду, як і раніше.
Ефективність Ah (кулонівська) = η_А-год = Кількість А-год, отримана під час другого розряду / Кількість А-год на вході.

Енергоефективність або ефективність у ват-годинах

Ефективність у ват-годинах розраховується шляхом множення ефективності в ампер-годинах, отриманої, як описано вище, на співвідношення середньої напруги розряду і заряду.

Енергія або ефективність у ват-годинах = _ηWh = _ηAh * (Середня напруга розряду / Середня напруга заряду)

Ампер-годинна (або кулонівська) ефективність заряду свинцево-кислотного елемента у разі входу, що дорівнює 100% попереднього розряду з тією ж швидкістю, майже дорівнює 95%, а енергетична або ват-годинна ефективність становить близько 85-90%. Індійські стандарти (IS 1651) також визначають мінімальну ефективність в ампер-годинах на рівні 90% і мінімальну ефективність в ват-годинах на рівні 75%.

Ефективність заряджання обмежується позитивною пластиною, а не негативною. Коли приблизно три чверті сульфату свинцю на позитивному електроді перетворюється назад на діоксид свинцю, а вода не може достатньо швидко дифундувати у внутрішню пористу структуру пластини, відбуваються вторинні реакції, такі як виділення кисню. Протягом певного періоду часу зарядний струм розподіляється між первинним процесом перетворення _PbSO4 в _PbO2і вторинними реакціями перезарядження. Якщо зарядка триває досить довго, щоб майже весь сульфат свинцю перетворився на діоксид свинцю, весь зарядний струм йде на вторинні реакції.

Зарядна напруга зарядного пристрою

Як пояснювалося раніше

_ECh > E°.

Отже, ми повинні подавати трохи вищу напругу, щоб полегшити цю реакцію. Зазвичай, хороший зарядний пристрій має досить високу напругу для заряджання. Хорошим емпіричним правилом є те, що для елемента з напругою 2 В необхідно забезпечити принаймні 3 В, щоб елемент міг досягти повного заряду, досягнувши напруги 2,7 В на кожен елемент. Але ми повинні враховувати втрати в кабелі тощо.

Таким чином, для акумулятора на 12 В зарядний пристрій повинен забезпечувати напругу не менше 18-20 В.

Якщо ця напруга знижується до рівня нижче 15 В, акумулятор не може досягти повністю зарядженого стану.

Під час перезарядки: _2PbSO4 + _2H2O→ _PbO2 + Pb + _2H2SO4
Сульфат свинцю на обох електродах розчиняється у вигляді іонів свинцю і негайно осідає у вигляді свинцю на негативній пластині і у вигляді PbO2 на позитивному електроді.

На позитивній пластині

_PbSO4 + _2H2O→ _PbO2 + ^4H+ _+SO4 ²- + ^2e-

Електрони рухаються до негативної пластини для подальшої реакції

На негативній пластині

_PbSO4 + ^2e- → Pb _+SO4 ²-

Оскільки сульфат-іони відтворюються на обох пластинах, вони з’єднуються з протонами, утворюючи сірчану кислоту, і таким чином питома вага електроліту збільшується.

Виділення газів з акумулятора

Досі ми бачили лише корисні реакції під час процесу заряджання. Але є деякі побічні реакції або вторинні реакції, що виникають у періоди перезарядки. Дві основні вторинні або побічні реакції:

Електроліз води та
Корозія позитивних решіток

Ці реакції можна представити наступним чином:

Електроліз води

_2H2O→ _O2 ↑ + _2H2 ↑ (на обох пластинах надлишок залитого електроліту свинцево-кислотних елементів)

Кисень з позитивної пластини і водень з негативної пластини виділяються і виводяться в атмосферу через отвори вентиляційної пробки.

Але в осередку свинцево-кислотного акумулятора з клапанним регулюванням (VRLA) виділяється кисень, але не водень. Виділений таким чином кисень також не виходить назовні, а дифундує через порожнечі, наявні в абсорбуючому скломаті (AGM) сепаратора, і реагує з негативно активним матеріалом, регенеруючи молекули води. Це крок, який дозволяє клітині VRLA процвітати без доливання води.

_2H2O→ _O2 + 4H+ + 4e – на позитивній пластині голодного електроліту або VRLA-елементів

Корозія позитивних решіток у свинцево-кислотному акумуляторі

В обох типах свинцево-кислотних елементів позитивна корозія решітки відбувається однаково:

Корозія решітки: Pb + _2H2O→ _PbO2 + ^4H+ + ^4e-

Якщо катодом зробити платиновий платиновий електрод, то водень виділяється майже зі зворотною швидкістю

водневий потенціал розчину. З іншими електродами, наприклад, свинцевими, потрібен більш негативний потенціал

для цієї реакції.

Поки напруга на елементі не досягне значення 2,3 В, газовиділення буде незначним. Але газифікація починається при напрузі 2,4 В на комірку. Понад 2,4 В газовиділення буде більшим, а отже, ефективність заряджання знизиться. При напрузі 2,5 В газоутворення буде рясним, і температура електроліту батареї почне підвищуватися. Тепер газовиділення достатнє, щоб забезпечити перемішування електроліту, і питома вага починає вирівнюватися. Коли батарея не працює, питома вага електроліту в нижній частині буде трохи вищою, ніж у верхній. Це погіршується, якщо клітини вищі.

Свинцево-кислотний акумулятор можна заряджати з будь-якою швидкістю, яка не призводить до надмірного газоутворення, високої температури і дуже високої напруги на клемах. Повністю розряджений акумулятор може поглинати високу швидкість заряду на початку заряджання без газоутворення і помітного підвищення напруги і температури.

У певний момент процесу заряджання, коли майже весь сульфат свинцю перетворився на діоксид свинцю в позитивній пластині, вторинні реакції переважають. Це реакція електролізу води та корозія позитивної сітки, як зазначалося раніше.

Така позитивна корозія сітки починається вже на стадії формування (або у випадку формування банки) з першого заряду. Ця корозія є найбільш шкідливим аспектом для терміну служби свинцево-кислотного акумулятора. Оскільки корозія позитивної решітки відбувається щоразу, коли елемент потрапляє в область надлишкового заряду, частина структури решітки перетворюється на діоксид свинцю, і тому вага решітки трохи зменшується з кожним періодом корозії. Зрештою, буде досягнута стадія, коли електрони з місць реакції на решітках не зможуть рухатися до шини через відсутність безперервної структури решітки.

Як наслідок, частина активного матеріалу не може брати участь у процесі виробництва енергії, і ємність знижується, що призводить до закінчення терміну служби батареї.

Виробники свинцево-кислотних елементів намагаються пом’якшити цю проблему шляхом додавання легуючих елементів, які підвищують корозійну стійкість свинцевих сплавів. Деякі з таких легуючих компонентів – миш’як (As) і срібло (Ag) у дробових частках відсотка. Як правило, кількість As становить близько 0,2 %, а Ag – від 0,03 до 0,05 % у позитивних сплавах.

Зарядний пристрій для акумуляторів - значення прийому струму

Нинішня прийнятність продиктована конструкцією камери. Наприклад, аналогічна акумуляторна батарея, зібрана з більшою кількістю пластин (тобто пластини будуть тоншими), може витримувати більший зарядний струм через збільшену площу поверхні. Для отримання детальної інформації про методику вимірювання ефективності заряду окремих пластин читачі можуть звернутися до статті К. Пітерса (K. Peters). [8]

Прийняття заряду негативною пластиною є більшим, ніж позитивною (див. рис. 1), що головним чином пов’язано з її грубішою, більш відкритою і пористою структурою, яка легко допускає дифузію кислоти всередину пластини. Позитив починає перезаряджатися при 70-80% SOC, залежно від декількох конструктивних факторів. Деякі внутрішні параметричні фактори дизайну – це структура пор, справжня площа поверхні тощо. Інші зовнішні параметри – зарядний струм в амперах, температура електроліту тощо.

Прийняття заряду негативною пластиною є вищим, і вона переходить в область перезарядження в порівняно більш пізній період, 90% SOC [8]. K. Peters, A.I. Harrison, W.H. Durant, Power Sources 2. Дослідження і розробка немеханічних електрохімічних джерел струму, Pergamon Press, Нью-Йорк, США, 1970 р., с. 1-16].

[9. ВРАНЦІ. Hardman, Journal of Power Sources Vol. 23, Рік 1988, с. 128].

Однак у певний момент на негативному електроді починаються вторинні реакції, насамперед відновлення іонів водню (протонів) до газоподібного водню шляхом простого перенесення електронів (відбувається при потенціалах набагато нижчих за -350 мВ, що є оборотним потенціалом негативної пластини, значення E°), приблизно від -0,6 до 0,95 В:

^2H+ + ^2e- → _H2 ↑.

Однією з таких важливих домішок, що накопичуються на негативній пластині, є сурма (Sb), яка осідає внаслідок явища, що називається міграцією сурми, в комірках, що містять відносно більшу кількість сурми в сітках. Хоча сурма є важливим компонентом сплаву решітки для більшості свинцево-кислотних елементів, вона має негативний вплив на продуктивність елемента.

Під час корозійної стадії заряду (наприкінці заряду кожного циклу) позитивна решітка піддається анодній атаці, і сурма переходить у розчин у вигляді іонів ^Sb5+, частина яких поглинається позитивним активним матеріалом, де сприяє саморозряду за рахунок утворення локальних комірок. Решта розчиненої таким чином сурми осідає у вигляді ^Sb3+ на поверхні катоду (негативна поверхня пластини) (“міграція сурми”) і через нижчий водневий надлишковий потенціал, ніж у свинцю, викликає передчасне виділення водню. Пізніше, в періоди рясного газовиділення, за сприятливих умов, сурма може виділятися в певній мірі у вигляді стибіну (_SbH3), коли вона з’єднується з протонами.

За сприятливих умов подібна реакція з миш’яком (As) також може відбуватися з виділенням арсину (_AsH3), який є отруйним газом. Тому цей легуючий компонент, природно, уникають там, де клітини використовуються в закритих приміщеннях, наприклад, на підводному човні.

Термодинамічно це відбувається за нижчого потенціалу, ніж під час первинної реакції заряджання, але, як і у випадку генерації кисню на позитивному електроді, надлишковий потенціал для генерації водню на свинцевому електроді є відносно великим (близько -0,650 В), тому перезаряджання може бути значною мірою завершене до того, як почнеться повне виділення водню.

Ці гази виводяться з камери через отвори вентиляційних заглушок. На обидві пластини впливає вплив домішок на надлишковий потенціал, і тому ідеально ефективна перезарядка обох пластин неможлива. Наприклад, якщо об’єднати потенціал реакції еволюції кисню з потенціалом еволюції водню, то отримаємо

1,95 + (-0,95) = 2,9 В для рясного виділення газу.

Ще один момент, на який слід звернути увагу, полягає в тому, що згідно з фундаментальними законами, вода повинна розкладатися при 1,23 В, а кисень повинен виділятися на позитивному електроді при цьому потенціалі. Але в практичній камері це не так. Якщо це станеться, стабільність самого свинцево-кислотного елемента буде під питанням. Стандартний позитивний потенціал пластини (E° = 1,69 В) приблизно на 0,46 В вищий за напругу, при якій вода повинна розкладатися (1,23 В). Причина – знову ж таки перенапруга. Тобто напруга виділення кисню на діоксиді свинцю в розчині сірчаної кислоти лежить набагато вище значення E° позитивної пластини на рівні 1,95 В.

Таким чином, реакція виділення кисню на діоксиді свинцю в розчині сірчаної кислоти гальмується, оскільки вона на 0,26 В (1,95-1,69 = 0,26) вище значення E° позитивної пластини і приблизно на 0,72 В вище потенціалу розкладання води (1,95-1,23 = 0,72 В), а отже, кисень не виділятиметься до тих пір, поки не буде досягнуто значення перенапруги в абсолютно чистому розчині.

Аналогічно, виділення водню на свинці в розчині сірчаної кислоти сильно гальмується через надлишковий потенціал водню на свинці. Це значення надпотенціалу приблизно на 0,6 В більше негативного і нижче стандартного електродного потенціалу свинцю в розчині сірчаної кислоти, E° = -0,35 В. Таким чином, реакція виділення водню не буде перешкоджати повному заряду негативної пластини до тих пір, поки електродне значення не досягне -0,95 В в строго чистому розчині. Це є причиною того, що негативна пластина має кращу ефективність заряду, ніж позитивна.

Але в практичному осередку ця стадія досягається набагато раніше, ніж ця напруга. Насправді ці 2,9 В зовсім не реалізуються в практичних комірках, тому що реакції, зумовлені домішками, переважають і тому повне виділення газу за об’ємом (_H2: _O2 = 2:1) досягається приблизно при 2,6 В. Однак, якщо притиснута зарядна напруга надмірно висока, то може бути досягнуто значення 2,9 В, зокрема, для акумуляторів з безсвинцевих сплавів може бути досягнуто значення 2,8 В, а з антимінеральними елементами значення буде нижче на 0,2 В, скажімо, 2,6 В.

При подальшому циклічному русі величина газовиділення дуже сильно зменшиться у випадку антимонієвих клітин, тоді як інші клітини майже не зазнають цього ефекту. Таке різке скорочення пов’язане з явищем під назвою “міграція сурми”, як пояснювалося раніше.

Природно, що різниця в напрузі між новими і циклічними батареями збільшується з 250 мВ до 400 мВ. Це призведе до того, що активні матеріали не зможуть приймати заряд, і майже весь струм буде генерувати водень і кисень. Рисунок 3 ілюструє цей аспект [10. Ганс Туфорн, Розділ 17, Малюнок 17.2 в Довіднику з акумуляторних технологій, ред. H.A. Kiehne, Друге видання, 2003, Marcel Dekker, Inc..]

Як працює зарядний пристрій на 12 В?

Для заряджання акумулятора позитивний вихідний провід підключається до позитивної клеми акумулятора, а негативний – до негативної. Потім зарядний пристрій підключається до мережі змінного струму відповідним чином.

Вхідний змінний струм перетворюється на постійний за допомогою випрямляча, який має понижувальний трансформатор для перетворення на необхідну напругу. Випрямляч перетворює двонаправлений змінний потік струму (AC) в однонаправлений. Таким чином, він підтримує постійну полярність по всьому навантаженню. Мостовий випрямляч використовується для випрямлення зниженої низьковольтної змінної напруги в постійний струм, який далі згладжується електролітичним конденсатором великої ємності (фільтруючий контур).

Цей відфільтрований постійний струм подається на електронну схему, яка регулює напругу до постійного рівня і подається на батарею, що потребує заряду,

Зарядний пристрій має індикатори струму (амперметр), напруги (вольтметр), а також в особливих випадках таймер і лічильник ампер-годин.

Акумулятор заряджається відповідно до інструкцій виробника

Процедура заряджання акумулятора - Зарядний пристрій

Батарею, яка потребує заряджання, слід ретельно очистити зовні, а клеми, після видалення продуктів корозії, якщо такі є, нанести тонкий шар білого вазеліну. Також буде перевірено рівень електроліту. Доливати воду в цей час не потрібно, якщо тільки рівень не опуститься нижче висоти сепараторів.

Зарядний пристрій, призначений для заряджання акумулятора, повинен мати відповідні технічні характеристики, такі як вихідна напруга та струм. Наприклад, 12-вольтовий акумулятор потребує вихідної напруги С не менше 18 В. Необхідний струм залежить від ємності акумулятора і часу, протягом якого акумулятор повинен заряджатися. Зазвичай батарею заряджають при силі струму в одну десяту ампера від ємності акумулятора в Ач. Таким чином, для нормальної зарядки акумулятора ємністю 100 А-год потрібно не менше 10 ампер на виході. Для швидкої зарядки знадобиться вихідний струм 15 ампер.

Для повністю розрядженого акумулятора необхідний вхідний струм близько 110% від ємності. Але якщо батарея вже частково заряджена, ми повинні знати SOC. Як би там не було, напруга і питома вага є двома важливими параметрами, які необхідно контролювати для визначення стану заряду. Значення питомої ваги слід читати з етикетки на акумуляторі. Повністю заряджений акумулятор зазвичай має напругу 16,5 В і більше, якщо він у хорошому стані. Якщо це старий акумулятор, такої напруги нелегко досягти.

Це відбувається переважно через вторинні реакції, такі як виділення газу внаслідок електролізу води в електроліті та ефекти нагрівання через вже накопичені опори через накопичений сульфат свинцю.

Батарею розміщують на ізоляційному матеріалі, наприклад, на гумовому листі або дерев’яній лаві. Провід зарядного пристрою повинен мати достатню пропускну здатність. Зазвичай мідний дріт квадратного перерізу 1 мм може безпечно переносити постійний струм (DC) силою 3 ампер. Переконавшись, що зарядний пристрій знаходиться у вимкненому положенні, під’єднайте дроти зарядного пристрою до відповідних клем, тобто позитивний до позитивного, а негативний до негативного. Показники напруги, питомої ваги і температури будуть записуватися в журнал, зразок якого наведено нижче:

Шаблон запису про зарядку акумулятора

Показання фіксуються щогодини.

Показники кадмію вкажуть, чи досягла певна пластина повного заряду чи ні. Кадмієвий електрод порівняння – це ізольований кадмієвий стрижень з мідним дротом, припаяним до верхнього кінця. Нижній кінець буде занурений в електроліт так, щоб він лише торкався рідини, і не повинен контактувати з пластинами або іншими свинцевими деталями всередині.

Для повністю зарядженої позитивної пластини показник кадмію становитиме 2,4 В і більше, а для негативної – мінус 0,2 В і менше.

Таблиця 4

Реакції в свинцево-кислотному елементі та відповідні показники кадмієвого потенціалу

Показники потенційного вмісту кадмію

Реакції	Потенційні значення	Показники вмісту кадмію
Потенціал еволюції кисню 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4e-	1,95 до 2,00 В	2.00 - (-0.4) = 2.4 V
Стандартний електродний потенціал позитивної пластини PbO2/PbSO4/H2SO4	1.69 V	[1.69 - (-0.4) = 2.09 V]
Кінець розряду позитивної пластини	1,40 до 1,5 В	1.40 - (-0.4) = 1.8 V 1.50 - (-0.4) = 1.9 V
Стандартний водневий електродний потенціал (SHE) 2H+ + 2e- → H2	0.00 V	0.00 V
Закінчення розряду негативної пластини	-0.15, -0.20, -0.25 В (для різних густин струму)	-0.15 - (-0.4) = 0.25 V -0.20 - (-0.4) = 0.20 V -0.25 - (-0.4) = 0.15 V
Стандартний електродний потенціал негативної пластини Pb/PbSO4/H2SO4	-0.35 V	[-0.35 - (-0.4) = 0.05 V]
Кадмієвий електрод порівняння Значення E° Cd/Cd2+	-0.40 V	-0.40 V
Потенціал водневої еволюції 2H+ + 2e- →H2 (Для комерційного осередку)	-0.60 V	-0.60 - (-0.4) = -0.20
Потенціал водневої еволюції 2H+ + 2e- →H2 Для чистої експериментальної клітини	-0.95 V	-0.95 - (-0.4) = -0.55

Принцип роботи зарядного пристрою

Наприкінці заряджання 12-вольтова батарея може досягти напруги на клемах 16,5 і вище. Після утримання напруги на клемах на цьому рівні протягом години зарядку можна припинити. Коли заряд батареї наближається до 16. 0 В, при необхідності можна додати воду, що відповідає вимогам.

Наприкінці заряджання спостерігатиметься сильне виділення газів з акумулятора. Не можна підносити відкритий вогонь до зарядної кімнати. Гази виділяються у співвідношенні їхньої комбінації, тобто 2 частини водню і 1 частина кисню. Отже, якщо дозволити цим газам накопичуватися в зоні зарядки без належної вентиляції, ймовірно, що іскра або відкрите полум’я запалить гази, і вони з’єднаються з вибуховою силою, пошкодивши батарею та її оточення, а також завдавши шкоди людям, які перебувають поруч.

Нижня межа для вибухонебезпечної суміші водню в повітрі становить 4,1%, але з міркувань безпеки вміст водню не повинен перевищувати 2% за об’ємом. Верхня межа – 74%. Сильний вибух відбувається з великою силою, коли суміш містить стехіометричне співвідношення цих газів (2 частини водню до 1 частини кисню). Такий стан досягається всередині перезарядженого акумулятора з вентиляційними пробками, щільно прикрученими до кришки. Тому рекомендується тримати вентиляційні заглушки вільно над вентиляційними отворами і не закручувати їх щільно.

Різні методи заряджання акумуляторів та різні типи зарядних пристроїв

Хоча існують різні методи зарядки свинцево-кислотних елементів, всі вони мають одну спільну мету – перетворити продукти реакції, а саме сульфат свинцю на обох пластинах у відповідні активні матеріали, _PbO2 на позитивному електроді і Pb на негативному електроді.

2 _PbSO4 + 2 _H2O→ _PbO2 + Pb + 2 _H2SO4

Існує кілька варіантів режимів зарядки. Але в усіх цих методах використовуються лише два основні принципи: зарядка постійним струмом і зарядка постійною напругою. Кілька доступних методів поєднують ці два принципи для досягнення своїх цілей.

Вибір відповідного методу заряджання залежить від типу, конструкції та умов експлуатації, а також часу, доступного для заряджання. Всі ці методи заряджання використовують різні способи контролю та завершення процесу заряджання.

Ці методи можна класифікувати наступним чином:

Таблиця 5

Класифікація методів різних зарядних пристроїв та способів заряджання акумуляторів

Різні способи заряджання акумулятора

Методи на основі постійного струму (CC)	Методи на основі постійної напруги (CV або CP)	Комбіновані методи	Конічна зарядка	Спеціальні методи
Одноступеневий метод зарядки CC	Метод постійної напруги	Метод CC-CV	Одноступеневий конічний метод заряджання	1. Початковий внесок 2. Плата за вирівнювання 3. Можливість зарядки 4. Газ-контрольована зарядка 5. Крапельна зарядка 6. Прискорена зарядка 7. Імпульсна зарядка 8. Швидка або швидка зарядка
Двоступеневий метод зарядки CC	Обмежений струмом або модифікований метод CV		Двоступеневий конічний метод заряджання

Одноступеневий метод заряджання постійним струмом (метод CC) Зарядний пристрій

Якщо заряджання потрібно закінчити за короткий час, і коли користувач хоче знати ємність в А-год, може бути використаний метод заряджання постійним струмом. Зарядка постійним струмом є кращою, коли відома попередня вихідна потужність, так що 5-10% перезарядки може бути ефективним для повернення батареї до 100% SOC. Це також забезпечить правильний вхідний сигнал, щоб термін служби акумулятора не постраждав від надмірного перезарядження. Звичайний час підзарядки для цього методу становить від 15 до 20 годин.

У цьому методі струм підтримується постійним протягом усього періоду заряджання.

Рекомендується зарядний струм від 5 до 10 % від 20-годинної ємності.

Щоб компенсувати збільшення зворотної ЕРС акумулятора під час заряджання, зарядний струм необхідно підтримувати постійним або шляхом зміни послідовного опору, або шляхом збільшення напруги трансформатора. Зазвичай, опір серії змінюється, щоб підтримувати постійний струм.

Це найпростіший і найдешевший спосіб зарядки. Але у нього є недолік – нижча ефективність заряду. Це пов’язано з тим, що частина енергії розсіюється в опорі, а також частково через струм, який використовується для розщеплення води, коли заряд батареї досягає 2,5 В на елемент. Батарея починає виділятися газами, коли вона заряджена приблизно до 70-75% заряду. Цей метод заряджання завжди призводить до незначного перезаряджання і сильного газовиділення, особливо наприкінці заряджання.

Узагальнену картину для методу заряджання постійним струмом наведено на рисунку 5. Характеристики зарядки наведені на рисунку 6

Двоступеневий метод заряджання постійним струмом Зарядний пристрій

У двоступеневому методі заряджання постійним струмом використовуються дві швидкості заряджання – початкова і кінцева. Фінішна швидкість зазвичай вдвічі менша за стартову. Фінішна швидкість починається, коли батарея починає виділяти гази. Зазвичай це найкращий метод, який використовується для заряджання акумуляторів у приміщенні. Зарядну характеристику можна побачити на рисунку 7 [11] .П. Г. Балакрішнан, Свинцеві акумуляторні батареї, Scitech Publications (India) Pvt. Ltd., Ченнаї, 2011, стор. 12.8].

Методи заряджання постійною напругою або потенціалом Зарядний пристрій

Метод заряджання за постійною напругою або потенціалом (CV або CP) використовує напругу джерела, яка підтримується на постійному рівні протягом усього періоду заряджання. Зазвичай ця напруга становить від 2,25 до 2,4 В на комірку.

Цей метод є рекомендованим для заряджання свинцево-кислотних (VRLA) елементів і акумуляторів з клапанним регулюванням. Під час заряджання VRLA акумулятора методом CV можна не турбуватися про глибину розряду (DOD) попереднього розряду. Батареї VRLA можна заряджати без будь-яких негативних наслідків, використовуючи рекомендовану виробником напругу заряду CV. Майже всі виробники VRLAB рекомендують пусковий струм від 0,25 до 0,30 С ампер.

Тобто, для батареї ємністю 100 Ач можна вибрати початковий струм від 25 до 30 ампер. Більший струм використовується для заряджання глибоко розряджених акумуляторів, а менший – для нормально розряджених. Ефект нижчої зарядної напруги полягає в тому, що підвищення температури буде меншим порівняно з батареєю, зарядженою більшим струмом, але час, необхідний для повного заряду, буде більшим.

Наприкінці заряджання напруга акумулятора досягає паритету з напругою, що прикладається, і зарядний струм зменшується до дуже низького значення. Як правило, струм в кінці може досягати значення від 2 до 4 мА на кожну Ач ємності акумулятора. При напрузі від 2,25 до 2,3 В на елемент у правильно виготовлених батареях не спостерігається виділення газу. Однак газовіддача буде помітна при напрузі 2,4 В на комірку. Об’єм газу, що виділяється при 2,4 В на комірку, становить близько 1000 мл за 40-50 хвилин для VRLAB 6 В/1500 Ач

Відповідно до пункту 6.1.a. японського промислового стандарту JIS 8702-1:1998, тривалість заряду становитиме приблизно 16 годин або до тих пір, поки струм не зміниться більш ніж на 10% від 20-годинної норми струму (_I20) протягом двох годин поспіль [JIS 8702-1:1998]. Наприклад, якщо 20-годинна ємність акумулятора (незалежно від його напруги) становить 60 А-год₂₀, то заряд був би завершений, якби струм не змінювався більш ніж на 300 мА (тобто I₂₀ = 60 А /20 А = 3 А. Отже, 0,1 від I₂₀ = 0.3A)

Деталі заряду акумуляторів віртуальної реальності показані на малюнках

Ефективність заряджання краща, ніж у методу постійного струму. Недоліком цього методу є те, що він вимагає стабілізованої напруги при великому споживаному струмі, що дорого коштує. Цей метод використовується для плаваючого режиму роботи стаціонарних комірок для телекомунікаційних застосувань і ДБЖ.

Модифікований заряд постійного потенціалу - Зарядний пристрій для акумуляторів

У промисловому застосуванні такий метод використовується там, де зарядний контур є невід’ємною частиною системи. Прикладами є автомобілі, ДБЖ тощо. Для обмеження струму в ланцюг вмикається послідовний опір, значення якого підтримується до досягнення заданої напруги. Після цього напруга підтримується постійною до тих пір, поки батарея не почне виконувати свої обов’язки з подачі пускового струму, аварійного живлення тощо.

Вибір фіксованого послідовного опору залежить від кількості елементів у батареях та їхньої ємності в ампер-годинах, а також від тривалості заряджання. Напруга, що подається, підтримується постійною на рівні 2,6-2,65 вольт на кожну комірку.

Під час заряджання струм заряджання починає падати від початкового значення. Коли напруга поступово зростає до 2,35-2,40 вольт на елемент, напруга газоутворення має тенденцію до швидкого зростання, а отже, зарядний струм падає з більшою швидкістю.

Модифікований заряд постійним потенціалом є поширеним для акумуляторів, що працюють у режимі глибокого циклу, наприклад, тягових акумуляторів. Зазвичай на заводах використовується фіксований графік розвантаження-завантаження, наприклад, 6-годинна робота вилочного навантажувача до глибини розвантаження (DOD) 80% і 8-годинний період перезавантаження. Зарядний пристрій налаштований на напругу газифікації, а пусковий струм обмежений до 15-20 А на 100 А-год. Струм починає спадати при постійній напрузі до фінішного значення 4,5-5 А на 100 А-год, яке потім підтримується до кінця заряду. Загальний час заряду контролюється таймером.

Існують зарядні пристрої, які дозволяють залишати батареї підключеними до нього навіть після завершення зарядки, щоб підтримувати батареї в повністю зарядженому стані. Це досягається шляхом надання коротких періодів підзарядки кожні 6 годин для підтримки його стану

Деталі наведені на рисунку 12 [12. Спеціальний випуск про свинцево-кислотні батареї, J. Power Sources 2(1) (1977/1978) 96-98].

Комбіновані методи (CC-CV методи) - Зарядний пристрій

У цьому методі зарядка постійним струмом і зарядка постійним потенціалом поєднуються разом. Цей метод також відомий як (IU) (I – струм, U – напруга) метод заряджання. У початковий період заряду батарея заряджається в режимі постійного струму до досягнення напруги газоутворення, а потім перемикається в режим постійного потенціалу. Цей метод усуває згубний ефект заряджання постійним струмом наприкінці заряджання.

Характеристики заряджання цим методом показані на рисунку 11 праворуч.

Конусна зарядка - Зарядний пристрій для акумуляторів

Значення слова “конусність” – це нахил вниз. Як зрозуміло з назви, струм можна зменшувати від більшого значення до меншого, фіксуючи початкову напругу заряду приблизно на рівні 2,1 В на елемент, а кінцеву – на рівні 2,6 В на елемент. Відношення значень струму при цих напругах називається величиною конусності.

Так, зарядний пристрій з вихідним струмом 50 А при 2,1 В на елемент і 25 А при 2,6 В на елемент описується як такий, що має конусність 2:l.

Існує одноступенева та двоступенева конусна зарядка

Одноступенева конусна зарядка - Зарядний пристрій для акумуляторів

При цьому типі заряджання струм зменшується від більш високого початкового значення до більш низького кінцевого, яке зазвичай становить приблизно 4-5% від 20-годинної ємності акумулятора. Газоутворення є необхідним явищем, оскільки допомагає вирівняти градієнт густини електроліту. Тобто нейтралізує явище розшарування. Таким чином, швидкість фінішної обробки фіксується на досить високому рівні, щоб забезпечити цей процес і в той же час не викликати надмірну корозію позитивних сіток. Тут вихідна напруга зарядного пристрою спочатку встановлюється на рівні 2,7 вольт на елемент, а наприкінці періоду заряджання знижується до 2,1 – 2,2 вольт на елемент.

Зарядний струм повільно зменшується до досягнення напруги газоутворення (близько 2,4 В на елемент) (SOC = 75-80%), а потім зменшується швидше. Зазвичай співвідношення конусності фіксується на рівні 2:1 або 1,7:1. Час, необхідний для завершення заряду, становить близько 12 годин. Період заряджання після досягнення напруги газифікації контролюється за допомогою пристрою синхронізації, який починає працювати, коли досягається напруга газифікації.

Період заряджання можна скоротити до 8-10 годин, але для цього потрібно збільшити пусковий струм, що неможливо зробити без урахування економічної доцільності та доступності для споживача.

Зарядні характеристики одноступеневої конічної зарядки показані на рисунку 12

Двоступенева конусна зарядка - Зарядний пристрій

Цей метод заряджання подібний до одноступеневого конічного заряджання, за винятком того, що загальний час заряджання скорочується приблизно до 8-10 годин. Оскільки батарея здатна приймати заряд швидше, коли вона глибоко розряджена, на першому етапі використовується великий струм, поки батарея не досягне стадії газовиділення. Близько 70-80% ампер-годин, що підлягають поверненню в батарею, віддаються в батарею на першому етапі з більшою швидкістю, а решта ампер-годин подається на другому етапі.

Характеристики заряду акумулятора 12 В, 500 А-год одноступінчастим конусним зарядним пристроєм показані на рисунку 13

Конічні методи заряджання є більш популярними для заряджання тягових акумуляторів, які зазвичай глибоко розряджені. Оператори парків електромобілів, наприклад, поштових фургонів, автомобілів для доставки молока, потребують складних зарядних пристроїв, щоб отримати найкращу продуктивність від батарей і захистити великі грошові інвестиції.

Початковий внесок

Новий свинцево-кислотний акумулятор потребує активації, і цей процес заряджання вперше називається початковим заряджанням. Перед відправкою батарея заливається необхідною кількістю електроліту і повністю заряджається. Зазвичай ця початкова зарядка виконується методом зарядки постійним струмом при низькому струмі протягом тривалого періоду часу, поки батарея не досягне напруги 16,5 В або більше для повного заряду.

Сьогодні цей процес став непотрібним, оскільки ми отримуємо заряджені на заводі акумулятори, готові до використання, або сухі акумулятори, які потребують лише додавання електроліту.

Плата за вирівнювання

Вирівнювання заряду Відмінності між клітинами – це факт, з яким треба змиритися. Немає двох однакових клітин у всіх аспектах. Різниця у вазі активного матеріалу, незначні варіації питомої ваги електроліту, пористості електродів тощо – ось деякі з цих відмінностей. З цих причин кожна комірка в акумуляторі має свої особливості; кожна вимагає дещо різної кількості заряду. Вирівнювання заряду час від часу запобігає закінченню терміну служби акумулятора. 12В автомобільні акумулятори плавають на рівні 14,4В. Повністю заряджена батарея вимагає рівня напруги 16,5 В, що ніколи не досягається в експлуатації на борту транспортного засобу.

Тому для продовження терміну служби автомобільного акумулятора необхідний вирівнюючий заряд (також званий стендовим). Таким чином, батарея, яка періодично заряджається кожні півроку, може пережити батарею, яка не заряджається, щонайменше на 10-12 місяців. Частоту і обсяг вирівнювальних зарядів слід обговорювати з виробником акумулятора. У попередньо запрограмованих зарядних пристроях іноді доступний “вирівнюючий заряд” через перемикач, який забезпечує безперервний низький струм, що використовується для стабілізації напруги і відносної щільності електроліту в елементах.

Аналогічно, батареї аварійного живлення ДБЖ та акумулятори навантажувачів також потребують таких вирівнювальних зарядів. Акумулятор, що використовується в інверторі, заряджається лише до 13,8-14,4 В. Як було сказано раніше, цього недостатньо для вирівнювання дисбалансу між елементами батареї. Якщо ці батареї періодично заряджати, вони працюватимуть довше.

Кожні шість місяців батареї повинні отримувати вирівнювальний заряд. Але тягові акумулятори, що використовуються в батареях навантажувачів, повинні отримувати вирівнювальний заряд раз на шостий або одинадцятий цикл, залежно від того, нові вони чи старі. Нові батареї можна заряджати кожні 11 циклів, а старі – кожні ⁶ циклів. Якщо батареї отримують регулярні повні заряди щодня, частоту вирівнювальних зарядів можна зменшити до ^10-го і^20-го циклів. Вирівнювальний заряд повинен бути припинений, коли показники напруги і питомої ваги елементів не збільшуються протягом 2-3 годин.

Читайте детальну статтю про
Плата за вирівнювання тут.

Можливість зарядки

Якщо позашляховий або дорожній електромобіль інтенсивно експлуатується, підключення до зарядного пристрою під час перерв та інших коротких періодів відпочинку також може допомогти продовжити ефективну робочу зміну транспортного засобу і, таким чином, зменшити час простою електромобілів. Принагідна зарядка – це термін, який використовується для позначення часткової зарядки під час обідньої перерви або відпочинку.

Такі випадкові платежі, як правило, скорочують термін служби акумуляторів. Батарея зараховує такий заряд і наступний розряд як один неглибокий цикл. Наскільки це можливо, слід уникати плати за можливість. Звичайна зарядка забезпечує струм від 15 до 20 А на 100 А-год ємності, тоді як зарядка з можливістю використання забезпечує трохи більший струм – 25 А на 100 А-год ємності. Це призводить до підвищення температури і прискорює корозію позитивних решіток. А отже, і життя скоротиться.

Зарядка з газовим керуванням

Теплопровідність газу водню, що виділяється, використовується для моніторингу струму заряду. Газ водень, дуже хороший теплоносій, використовується для охолодження нагрітого елемента. Зміна опору нагрівального елементу використовується для регулювання струму. Для регулювання струму також можна використовувати термістор. Іноді ефект нагрівання внаслідок рекомбінації газів водню і кисню, що утворюються в комірці над відповідним каталізатором, використовується для роботи теплового вимикача для регулювання струму.

Крапельна зарядка

При безперервному заряді зарядний пристрій вирівнює втрати через саморозряд і переривчастий розряд. Плата за обслуговування компенсує саморозряд. Обидва режими роботи характеризуються постійною напругою на клемах:

Плата за обслуговування від 2,20 до 2,25 В за комірку

Безперервний заряд від 2,25 до 2,35 В на елемент

Залежно від віку та стану акумулятора, під час підтримуючого заряду може знадобитися щільність струму від 40 до 100 мА/100 А-год номінальної ємності (краплинний заряд).

Струм безперервного заряду значною мірою залежить від профілю навантаження. Батареї на технічному заряді необхідно заряджати після кожного відключення електроенергії. Те ж саме стосується акумуляторів на безперервному заряді після незапланованих навантажень.

Прискорена зарядка

До форсованої зарядки вдаються, коли розряджений акумулятор потрібно використати в екстрених випадках, коли немає іншого акумулятора, а SOC недостатньо для проведення аварійних робіт. Таким чином, свинцево-кислотний акумулятор можна заряджати високими струмами в залежності від наявного часу і SOC акумулятора. Оскільки сьогодні доступні швидкі зарядні пристрої, прискорена зарядка стала звичним явищем. Зазвичай такі зарядні пристрої починають заряджати при 100А і зменшують до 80А. Найголовніше, щоб температура не перевищувала ^48-50oC.

Імпульсна зарядка

Що таке зарядка імпульсним струмом?

Зарядка здійснюється протягом дуже короткого часу, тобто час увімкнення становить мілісекунди (мс), а потім настає період простою (час вимкнення – мс). Іноді розряд може також передувати імпульсному заряду.

Імпульсний струм був застосований для швидкої зарядки автомобільних свинцево-кислотних акумуляторів. Ми дійшли наступних висновків:

Імпульсний метод може мати дуже корисні ефекти.
Це покращує швидкість підзарядки.
Це позитивно впливає на тривалість циклу роботи свинцево-кислотних акумуляторів, особливо коли час увімкнення перевищує 100 мс.
Крім того, ця технологія може також омолоджувати клітини, які пройшли циклічну зарядку постійним струмом.
Час перезарядки можна скоротити на порядок, тобто з ~10 годин до ~1 години
Тривалість циклу можна збільшити в три-чотири рази.

Застосування зарядки імпульсним струмом до батареї, що пройшла цикл (ємність = 80% початкового значення), може викликати відновлення ємності батареї.
Передчасна втрата ємності відбувається як в Pb-Sb, так і в Pb-Ca-Sn елементах при високій швидкості розряду з постійним струмом заряду.

Для більш детальної інформації читачі можуть звернутися до статті Лама та інших, наведеної вище.

Імпульсна зарядка була предметом дослідження на підводних човнах [14. Melvyn James, Jock Grummett, Martin Rowan and Jeremy Newman, Journal of Power Sources 162 (2006) 878-883 879]. Автори дійшли висновку, що

Ємність можна збільшити за допомогою імпульсної зарядки. Це покращення потенціалу

був драматичним для відносно нових клітин. Але для старих елементів (4-5 років) було потрібно 15 або більше циклів імпульсного заряду, перш ніж було отримано покращення ємності.

Чим старіші клітини, тим сильніше вони піддавалися сульфатації, для розщеплення якої потрібно більше циклів.
Деяку сульфатацію неможливо повернути назад.
Використання імпульсного заряду також показало, що заряд газовіддачі можна суттєво зменшити.

Виділення газу зменшується зі збільшенням частоти імпульсів. Це більш помітно при виділенні кисню, що є важливим фактором для підводних акумуляторів, які страждають від корозії позитивних пластин, оскільки кисень виділяється з позитивної пластини під час заряджання газом.
Після застосування імпульсної зарядки до елемента живлення корисні ефекти зберігаються, навіть якщо відновлюється звичайний режим зарядки.

Типові програми імпульсного заряду наведені нижче:

Застосування імпульсної зарядки може допомогти запобігти накопиченню сульфатації з часом. Це може зменшити накопичення сульфатів в елементах за умови належного заряджання та обслуговування, якщо з самого початку використовувати імпульсний заряд. Накопичення сульфатів, яке вже відбулося, не можна повернути назад за допомогою цього методу. Якщо клітини постійно вирівнювати або перезаряджати, це пошкоджує клітини, зменшуючи їхню ємність і термін служби. Microtex рекомендує регулярно перевіряти питому вагу ваших батарей, щоб дізнатися, як довго вони прослужать, виявити слабкі або несправні елементи та підтвердити їхній рівень заряду. У разі накопичення сульфатів або дисбалансу заряду можна виконати наступні кроки.

Швидка або швидка зарядка - зарядний пристрій для акумуляторів

Двадцять п’ять років тому вважалося, що свинцево-кислотні акумулятори не можна заряджати з високою швидкістю, оскільки позитивний активний матеріал буде непоправно пошкоджений. Вважалося, що швидка зарядка призведе до надмірної корозії сітки і газовиділення, що спричинить ранній і швидкий вихід з ладу VRLA-батарей.

Швидка зарядка не лише економить час та енергію, але й усуває загазованість та зменшує витрати на технічне обслуговування. Швидка зарядка була вперше запропонована Кордешем у 1972 році для герметичних Ni-Cd елементів [17. K. Kordesch, J. Electrochem. Soc., 113 (1972) 1053], пізніше розроблена в 1993 році компанією Norvik Technologies в Канаді для VRLA акумуляторів.

Їхній Minitcharger™ довів, що перезарядка глибоко розряджених нікель-кадмієвих акумуляторів може бути досягнута за 5-10 хвилин [18. J.K. Nor, Патент США 5,202,617(1993) ] .

У першій половині 1990-х років Валеріот, Нор і Еттель з канадської компанії Cominco вдосконалили цю технологію для звичайних свинцево-кислотних батарей [19 ]. Е.М. Валеріоте, Я. Нор, В.А. Еттель, Proc. П’ятий міжнародний семінар з свинцево-кислотних акумуляторів, Відень, штат Вірджинія, США, 17-19 квітня 1991 р., с. 93-122].. У 1994 році Валеріот, Чанг і Йохім довели, що цей процес також придатний для тонких пластинчастих VRLA акумуляторів [M. Valeriote, T.G. Chang, D.M. Jochim, Proc. 9-ї щорічної конференції з питань застосування та розвитку акумуляторних батарей, Лонг-Біч, Каліфорнія, США, січень 1994 р., с. 33-38].

З початку дев’яностих років ця технологія застосовується до тягових батарей усіх видів [20 ]. K. Nor and J.L. Vogt, Proc. 13-та щорічна конференція з питань застосування та розвитку акумуляторних батарей, 13-16 січня 1998 р., Лонг-Біч, Каліфорнія, 191-197].

Вплив дуже швидкого заряджання на наступні два типи гібридних свинцево-кислотних акумуляторів глибокого циклу було досліджено в 1994 році з використанням зарядного пристрою MinitchargerÔ (Norvik Traction Inc., Канада) [21 ].T.G. Chang, E.M. Valeriote and D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Залиті гібридні батареї (в цій роботі позначаються як “АБ”) мали позитивні решітки, виготовлені з антимонієвого сплаву 4,7%, і негативні решітки розширеного типу, виготовлені зі сплаву з високим вмістом кальцію та низьким вмістом олова (Pb – 0,1 % ваг. Ca – 0,3 % ваг. Sn). Вага PAM становила ~800 г, а NAM ~540 г у кожній комірці. Він був глибокорозрядним і мав ємність 80 _Ач20, 54,4 _Ач5 і 50,9 _Ач3)

Вентильні акумулятори з гравітаційним литтям позитивних решіток були виготовлені зі сплаву з низьким вмістом сурми (Pb -1,5 мас. % Sb-0,3 мас. % Sn) (у цій роботі ці акумулятори позначаються як “ST”). Конфігурація була 5P + 6N. Негативні решітки були відлиті зі сплаву Pb-O.12wt.%Ca-O.4wt.%Sn. Ці батареї були призначені для застосування в умовах глибокого циклу. Ємність батарей становила 54,5 А-год.₅ і 52,5 _Ah3

Було виявлено, що у випадку затопленої батареї можна досягти як 5-хвилинного перезарядження на 50%, так і 15-хвилинного перезарядження на 80% при цілком прийнятному підвищенні температури. Після 80% глибини розряду домінуючим джерелом тепла було омічне протягом перших 40% заряду, що повертався з дуже високою швидкістю, 300 А (5-6 _С3 ампер). Температура всередині батареї розподілялася нерівномірно. Після цього неомічна поляризація набувала дедалі більшого значення. Для гібридної рекомбінаційної батареї кисневий цикл є суттєвим джерелом тепла на пізніх стадіях заряду, особливо в порівнянні з попередніми неантимоніальними батареями, які досліджувалися [21 T.G. Chang, E.M. Valeriote and D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Швидка зарядка залитих і VRLA акумуляторів

Таблиця 6.

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

	Залитий акумулятор	Акумуляторна батарея з клапанним регулюванням
Швидкість перезарядки 5 хв/50% та 15 хв/80%.	Так.	Так.
Підвищення температури	Прийнятно	Прийнятно
Джерело тепла	Омічний (до 40 % заряду)	Кисневий цикл є значним джерелом тепла на пізніх стадіях заряду
Зарядка	заряджаються при постійній напрузі без опору 2,45 В/елемент (14,7 В/батарея).	заряджаються при постійній напрузі без опору 2,45 В/елемент (14,7 В/батарея).
Течія	від 250 до 300 А (від 5 до 6 C3 ампер)	від 250 до 300 А (від 5 до 6 C3 ампер)
У перші 3 хвилини	На 1 В вище, ніж VRB
Зменшення струму	Почав знижуватися з рівня 300 А після 3 хв заряджання	Почав знижуватися з рівня 300 А після 3 хв заряджання
Температура	Вище омічне нагрівання і значно вища швидкість підвищення температури; почала знижуватися через 4 хв	Струм почав зменшуватися лише після 4 хвилин заряджання, і протягом решти часу заряджання він був вищим, ніж для затопленого типу.
		Коли струм для батареї VR зменшувався, швидкість зростання температури збільшувалася. Через 6 хвилин, хоча температура все ще зростала, темп зростання почав знижуватися. Температура почала повільно знижуватися лише приблизно через 20 хвилин заряджання; при тій самій постійній напрузі без опору VR-батарея сприймала більший струм, який генерував ще більше тепла. Енергія, витрачена на кисневий цикл, повністю (на 100%) перетворюється на тепло, порівняно з приблизно 40% при розкладанні лише води.

Малюнок 17. Заряджання: _Vref=2,45 В/елемент; струм, I, =3OO А макс; DOD = 80%. [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote and D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Порівняння швидкої зарядки затоплених і VRLA акумуляторів.

Таблиця 7. Термін служби акумулятора з MinitCharger®

[22. K. Томанчгер, Е.В. Валеріот, Я.С. Кларчук, Т.Г. Чанг, М.Дж. Ферроне та Д.М. Йохім, Proc. 13
th
Щорічна конференція з акумуляторних батарей, присвячена застосуваннюта прогресу, 13-16 січня 1998 р., Лонг-Біч, Каліфорнія, 173-178].

Тип батареї	Тривалість циклу роботи акумулятора
	Звичайний зарядний пристрій	MinitCharger® - зарядний пристрій	Джерело
Ni-Cd елементи, тип A	500	1400	INCO (1989)
Ni-Cd елементи, тип B	450	1900	INCO(1996)
Ni-MH елементи, тип A	400	1600	INCO (1996)
Ni-MH елементи, тип B	1500	Понад 4000	INCO (1996)
Свинцево-кислотна тягова батарея, тип VRLA	250	1500	COMINCO (1997)

Чанг і Йохім також отримали схожі результати. Вони піддали 12-вольтові батареї VRLA (спірально намотані) випробуванням на циклічний заряд і швидкий заряд [21]. Т.Г. Чанг, Е.М. Валеріот і Д.М. Йохим, Джерела енергії 48 (1994) 163-175. 23. Chang, T.G., Jochim, D.M., J. Power Sources, 91 (2000) 177-192]. Тривалість циклу становила 250 циклів для звичайного режиму заряду і 1000 циклів для режиму швидкого заряду.

Дуже швидка зарядка мала великий успіх і призвела до збільшення тривалості життя. Опитування показало, що дослідницька група 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.] провели дослідження і виявили, що тридцять комерційно доступних різновидів свинцево-кислотних акумуляторів здатні заряджатися до 50% за 5 хвилин, до 80% за 15 хвилин і до 100% за 30 хвилин. У цьому відношенні продуктивність VRLAB краща, ніж у залитих SLI-батарей.

Традиційно заряджені позитивно активні матеріали характеризуються більшими частинками і численними великими порами. У швидко заряджених пластинах не спостерігалося великих частинок, пор або пустот. Звичайно заряджені пластини демонстрували 2^м2/г поверхні ПАМ, а заряджені сильним струмом – 3^м2/г навіть після 900 циклів [22] . K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, and D.M. Jochim, Proc. 13-та щорічна конференція з питань застосування та розвитку акумуляторних батарей, 13-16 січня 1998 р., Лонг-Біч, Каліфорнія, 173-178].

В останньому випадку PAM розширювався повільно, і, відповідно, на сепаратор і негативну пластину чинився менший тиск, що зменшувало ризик “просочування” коротких замикань в сепараторах і ущільнення NAM. Вражаючий ефект швидкого заряду полягає в тому, що при тестуванні життєвого циклу спірально намотаних акумуляторів 12В/50Аг VR LAB (при випробуванні в режимах заряду 10 годин і 15 хвилин) звичайні акумулятори змогли витримати лише 250 циклів (до 80% початкової ємності), тоді як акумулятори, заряджені в режимі швидкого заряду, змогли витримати приблизно в чотири рази більше циклів.

РЕМ-зображення PAM та NAM звичайних та швидко заряджених пластин

Аналогічний результат отримано в роботах P. T. Moseley [Journal of Power Sources 73 _1998. 122-126] ALABC-CSIRO Project No. AMC-009). Високошвидкісна зарядка акумуляторів VRLA відновлює позитивний активний матеріал у формі з великою площею поверхні, що характеризується голкоподібною звичкою, а коли акумулятор заряджається з меншою швидкістю, позитивний активний матеріал утворює більші частинки.

Схема зарядного пристрою

Як довго можна залишати зарядний пристрій на акумуляторі?

Це залежить від двох факторів:

Зарядний пристрій під напругою чи ні?
Чи передбачено в зарядному пристрої можливість періодичного підзаряджання?

Якщо зарядний пристрій вимкнено, ймовірно, не буде ніякої шкоди, якщо залишити акумулятор підключеним до зарядного пристрою, за умови, що немає несправностей у будь-якій частині зарядки, наприклад, неправильного підключення проводів змінного струму, що ведуть до зарядних пристроїв.

Однак, якщо зарядний пристрій увімкнено, батарею бажано від’єднати, щоб шкідливий вплив перезарядки не скоротив термін служби батареї.

Якщо в зарядному пристрої передбачена функція періодичної підзарядки, ви можете залишити акумулятор підключеним до зарядного пристрою. Це допоможе підтримувати батарею в повністю зарядженому стані і використовувати її в будь-який час, коли вона знадобиться.

Як працює автомобільний зарядний пристрій?

Електрична система автомобіля складається з наступних компонентів:

Система запуску, освітлення та запалювання (система SLI) має як механічні, так і електричні компоненти/обладнання, які працюють в унісон, щоб завести двигун і підтримувати автомобіль в робочому стані.

Основними компонентами є

Вимикач запалювання
Батарея на 12 або 24 В.
Високомоментний пусковий двигун постійного струму (або кривошипний двигун) з супутніми компонентами
Компонування генератор-випрямляч
Контролери або регулятори напруги (реле відключення та включення)

Коли водій вмикає запалювання, сильний струм протікає від акумулятора до стартера через ланцюг управління, і стартер може обертати колеса, і таким чином автомобіль починає рухатися.

Призначення стартера – допомогти двигуну набрати певну кількість обертів, щоб він міг працювати. Таким чином, стартер допомагає двигуну досягти необхідної швидкості для руху автомобіля. Після цього стартер більше не потрібен і вимикається.

В автоматичний зарядний пристрій вбудований датчик напруги, який вимірює напругу акумулятора, що заряджається. Зарядний пристрій автоматично вимикається, коли напруга акумулятора досягає необхідного оптимального рівня.

Струм протікає по одному кабелю від позитивної клеми акумулятора до компонента, що живиться, і назад до акумулятора через металевий кузов автомобіля (який є заземленням, негативна клема акумулятора з’єднана з кузовом автомобіля). Корпус з’єднаний з клемою заземлення (мінусовою клемою) акумулятора товстим кабелем.

Струм, що подається від акумулятора до стартера, в 3-4 рази перевищує ємність акумулятора (150-400 ампер). Тобто, батарея подає струм від 3С до 4С ампер на двигун стартера. Тому кабель, що передає цей струм, повинен бути адекватно спроектований для найменшого падіння напруги. Дві основні функції автомобільної системи запалювання полягають у створенні достатньої напруги, щоб легко створити іскру для горіння повітряно-паливної суміші, і, по-друге, у контролі за часом виникнення іскри і передачі її до відповідного циліндра. Типова автомобільна система запалювання виробляє напругу десь між 20000 і 50000 вольт від 12-вольтового джерела.

Розмір акумулятора залежить від потужності автомобіля. Так, для невеликих автомобілів, таких як Maruti 800 або Alto, використовується батарея 12 В/33 А-год, а для вантажівок Tata або Benz – 12 В або 24 В/180 А-год.

Автомобільна зарядна система зазвичай генерує напругу між 13,5 і 14,4 вольта під час роботи двигуна. Він виробляє електричний струм для роботи автомобільних фар, музичних систем, обігрівача, електричної системи двигуна. Давним-давно генератори постійного струму використовувалися в автомобілях. На початку 60-х років система генератор-випрямляч замінила генератор постійного струму через її переваги над іншими. Але з розвитком електротехніки та електроніки всі автомобілі використовують генератор-випрямляч (змінний струм генерується і перетворюється на постійний).

У двигунах з іскровим запалюванням необхідний пристрій для запалювання паливно-повітряної суміші в кінці такту стиснення. Система запалювання відповідає цій вимозі. Це частина електричної системи, яка подає електричний струм необхідної напруги до свічки запалювання, яка генерує іскру в потрібний момент. Він складається з акумулятора, вимикача, котушки запалювання розподільника, свічок запалювання та необхідної проводки.

Двигун із запалюванням від стиснення, тобто дизельний двигун, не потребує жодної системи запалювання, оскільки самозаймання паливно-повітряної суміші відбувається при впорскуванні дизельного палива в стиснене повітря високої температури в кінці такту стиснення.

Щоб запобігти розрядці акумулятора, виробники використовують стабілізатор напруги / Cut-Out. Він підключає/відключає генератор від акумулятора.

Коли вихідна напруга генератора нижча за напругу акумулятора, він відключає генератор від акумулятора. І навпаки, коли вихідна потужність вища, він підключає генератор назад до акумулятора. Таким чином, він запобігає розрядці акумулятора на низьких обертах двигуна. Коли напруга на клемах акумулятора досягає приблизно 14,0-14,4 В, реле відключення відключає акумулятор від зарядного кола.

Чи можу я завести автомобіль з підключеним зарядним пристроєм?

Якщо не вдається завести автомобіль від наявного акумулятора, відповідну напругу постійного струму можна подати від зарядного пристрою, приєднавши виводи зарядного пристрою так, як якщо б вони були клемами іншого аналогічного акумулятора. Це все одно, що завести автомобіль з місця. Перед виконанням цієї роботи слід вжити належних заходів обережності. Необхідно звернутися за допомогою до професіонала.

Які зарядні пристрої найкраще підходять для різних застосувань?

Зарядний пристрій для інверторних акумуляторів

Інвертори – це електричні/електронні пристрої, які перетворюють постійний струм від акумуляторів на змінний для забезпечення потреб будинків або невеликих установ. Випрямляч виконує зворотну функцію. Тобто випрямляч перетворює змінний струм на постійний. Постійний струм – це тип електричного струму, необхідний для зарядки акумулятора та роботи деяких пристроїв.

Домашні інвертори зазвичай мають одну або дві батареї на 12 В, залежно від потреб у потужності окремих будинків.

Джерело безперебійного живлення (ДБЖ) є подібним пристроєм, але часовий проміжок між зникненням живлення в мережі та його відновленням ДБЖ є миттєвим (нульова затримка), тоді як в інверторі затримка становить 10-20 мілісекунд. У деяких виробничих підрозділах і банках ця затримка призведе до величезних збитків і збентеження клієнтів і банкірів. Наприклад, на домашньому стаціонарному комп’ютері при підключенні до інвертора екран згасне, тоді як у випадку з ДБЖ ви не відчуєте відключення живлення.

Як ми добре знаємо, якщо батареї заряджати при напрузі вище 14,4 В на 12 В батарею, від батарей будуть виходити неприємні неприємні випари і небажаний запах тухлих яєць, крім того, утворюються продукти корозії навколо клем і роз’ємів, що неприємно для користувачів, Тому ці батареї не можна заряджати напругою вище приблизно 14,0 В, а бажане значення заряду – 13,8 В. Завдяки зниженій напрузі заряду зменшуються втрати води внаслідок електролізу, що призводить до збільшення інтервалів між двома доливами води, придатної для використання. А повнохвильове випрямлення з фільтрами є гарним доповненням.

Зарядний пристрій для автомобілів

Електрична система автомобіля піклується про зарядку бортового акумулятора SLI. Як обговорювалося в розділі про модифікований заряд постійним потенціалом, система має послідовно включений опір, щоб утримувати початковий імпульсний струм в межах допустимої межі. Максимальна напруга зарядки становить від 14,0 до 14,4 В для акумулятора 12 В. Батарея SLI, будучи батареєю з коротким циклом, отримує заряд, коли напруга падає до заздалегідь визначеного рівня.

Для зарядки акумулятор підключається до статора генератора через електронний пристрій, який називається діод, що дозволяє пропускати струм тільки в одному напрямку, тобто струм від статора до акумулятора, а не в зворотному напрямку, коли генератор працює на холостому ходу.

Таким чином, він запобігає небажаному розряду акумулятора.

Реле відключення діє як вимикач між зарядною системою та акумулятором, коли генератор не генерує струм. Він запобігає розрядці акумулятора, якщо генератор не працює або працює на дуже низьких обертах.

Періодичне додавання води є вимогою для обслуговування попередніх версій акумуляторів. Але сучасні акумулятори мають низький рівень газоутворення, а додавання води майже виключено, або відбувається раз на 12-18 місяців.

Зарядний пристрій для стаціонарного застосування

Стаціонарна акумуляторна батарея є джерелом аварійного живлення в ряді установок, де перерва в електропостачанні навіть на частку секунди є неприпустимою. Великі акумуляторні установки, які використовуються лише протягом дуже короткого часу для постачання електроенергії, називаються стаціонарними або резервними чи аварійними джерелами живлення. Вони використовуються в комунальному господарстві, розподільчих пристроях та інших галузях промисловості. Такі батареї використовуються для забезпечення електроенергією на початковий період, поки не вдасться запустити генератор, щоб він зміг взяти на себе цю функцію.

Хоча існує кілька типів свинцево-кислотних акумуляторів (батареї з плоскими пластинами, батареї Планте, конічні батареї тощо) та нікель-кадмієві (Ni-Cd) акумулятори, доступні для цього застосування, більшість користувачів віддають перевагу трубчастим стаціонарним акумуляторам із заливним типом, зокрема, типу OPzS.

Найважливішою особливістю стаціонарної акумуляторної батареї є негайна подача живлення в разі звичайного збою в електромережі. Тому батарея повинна бути завжди в готовому до роботи повністю зарядженому стані. Тому важливого значення набуває система зарядки. Його надійність дуже важлива.

Ці акумулятори заряджаються в режимі постійного потенціалу з плаваючим зарядом. Вони випускаються в групах напруги 24, 48, 72, 120 і 130 В. Ємність може варіюватися від 40 А-год до декількох тисяч ампер-годин.

Від 6 до 50 ампер постійного струму. Вбудовані сигнали тривоги передбачені для високої напруги постійного струму, низької напруги постійного струму, позитивного і негативного замикання на землю і закінчення розряду. Промисловий зарядний пристрій має цифрове управління та РК-дисплей. Ряд функцій безпеки, таких як захист проводів на всіх польових клемах і повний захист входу змінного струму і виходу постійного струму, включені в комплект поставки

Прості рекомендації щодо купівлі зарядного пристрою

Нижче наведено рекомендації щодо вибору зарядного пристрою:

Знати напругу акумулятора, що заряджається. Для свинцево-кислотного акумулятора для задовільної і нормальної зарядки на кожну комірку потрібно 3 вольта. Таким чином, для акумулятора на 12 В купуйте зарядний пристрій з вихідною напругою 20 В постійного струму на клемах.

Переходимо до деталей в амперах (тобто до струму): з етикетки акумулятора дізнайтеся його ємність. Якщо ємність становить 100 А-год при 10-годинному режимі, то достатньо 10 % вихідного струму. Отже, рекомендується зарядний пристрій на 10 А. Але ви також можете вибрати зарядний пристрій на 15 А; тоді вартість буде вищою. Перевага полягає в тому, що батарея заряджається за менший час. Батареї можуть поглинати більші струми в початкові періоди. Отже, ви можете заряджати його при 15 А протягом перших 50% вхідного струму, а потім зменшити струм до нормальних 10%.

Зарядний пристрій може бути оснащений цифровим або аналоговим вольтметром і амперметром. Додатковим обладнанням буде цифровий лічильник А/год. Також може бути доданий захист від зворотної полярності. Це захистить як акумулятор, так і зарядний пристрій.
Повнохвильовий випрямляч з фільтрами добре підходить для отримання більш тривалого терміну служби батарей. Такий зарядний пристрій виробляє низькі пульсації змінного струму, тому корозія позитивних решіток і підвищення температури електроліту під час заряджання будуть меншими.
Підводячи підсумок, для акумулятора 12 В/100 Ач зарядний пристрій на 20 В/10 ампер з цифровими лічильниками і фільтрами з повнохвильовим випрямленням і захистом від зворотної полярності – це хороша покупка.

Зарядний пристрій для поїздів

[Посилання: Посібник з електронного випрямляча з кумулятивним регулятором (ERRU) на 25 кВт/4,5 кВт автобусів SG TL & AC,) вересень 2019 року. “Загальні послуги: Освітлення поїздів”, Інститут залізничних інженерів-електриків (IREE), уряд Індії, Міністерство залізниць, вересень 2010 р.].

Куди б ви не поїхали, електрика необхідна, і залізничні вагони не є винятком для роботи освітлення та вентиляторів. Для автобусів з кондиціонером (AC) необхідна значна кількість електроенергії для роботи кондиціонерів, встановлених всередині автобуса.

Одним із традиційних методів виробництва електроенергії є використання генераторів змінного струму, що приводяться в рух осями залізничних вагонів з паралельно підключеним акумулятором достатньої ємності для живлення вагонів в умовах низької напруги. Ці типи тренерів називаються “самогенеруючими” (SG) тренерами.

У цих вагонах SG спочатку використовуються керовані магнітним підсилювачем випрямлячі з регуляторами (RRU) для перетворення змінного струму на виході генератора в постійний і регулювання/контролю постійної напруги, що генерується за допомогою регулювання струму збудження генератора. Це також запобігає зворотному потоку струму від акумулятора до генератора в періоди відсутності генерації.

Ця випрямлена і регульована електроенергія постійного струму використовується для роботи різного електричного обладнання та аксесуарів всередині автобуса, а також для зарядки акумуляторів.

Свинцево-кислотні акумуляторні батареї ємністю 110 В / 120 _Ач10 розміщені в вагонах широкої колії в підлогових ящиках з 3-х коміркових моноблочних блоків. На кожній торцевій стіні передбачено чотири номери клемних коробок аварійного живлення для вагонів B.G. і один номер для вагонів M.G. для з’єднання вагона з сусіднім вагоном для отримання електроенергії у випадку, якщо генерація не працює.

По одному номеру аварійної клемної коробки передбачено по центру з кожного боку під рамою для полегшення зарядки акумулятора від зовнішнього джерела. (Наприклад, коли поїзд простоює на платформах залізничного вузла). Для автобусів BG AC використовуються безщіткові генератори змінного струму потужністю 18 кВт / 25 кВт. Два таких генератора використовуються у вагонах AC-2 Tier / AC-3 Tier / крісельних вагонах, а в першому вагоні змінного струму використовується лише один генератор. Батареї ємністю 800 / 1100 Ач з номіналом 10 годин використовуються в вагонах I AC / AC-2 Tier / AC-3 Tier / крісельних вагонах B.G. Coaches.

Хоча перший потяг в Індії проїхав 34 км з 400 пасажирами ¹⁶ квітня 1883 року з Борі Бандера (нині перейменованого в Мумбаї CST) до Тане, система освітлення поїздів (TL) за допомогою динамо-машини з приводом на вісь була вперше застосована М/с. J. Stone & Co. прийшла до Індійських залізниць лише у 1930 році. Динамо / безщіткові генератори, що приводяться в дію від осі через плоскі / “V”-подібні ремені, живлять навантаження під час руху поїзда і заряджають батареї. Батареї живлять навантаження, коли поїзд простоює на платформах та в інших місцях.

В даний час використовуються наступні системи освітлення поїздів

1) Система з приводом від осі, що працює від джерела живлення 110 В постійного струму.

2) Середній рівень генерації з напругою 415 В, 3-фазна генерація змінного струму 110 В.

3) Закінчити генерацію за допомогою 3 фаз 415 В та використання змінного струму 110 В

4) Закінчити генерацію з 3-фазною генерацією 750 В та використанням змінного струму 110 В

Всі автобуси, що будуються, мають лише систему 110 В. Вагони, які працювали на 24 В, вже переобладнані на систему 110 В.

Нижче наведено стандартні номінальні значення на вихідних клемах постійного струму ERRU для різних номіналів генератора змінного струму:

(i) 25 кВт, 130 В, 193 А

(ii) 4,5 кВт 128,5В 35А

ERRU монтується в підрамник автобуса і розрахований на задовільну роботу в діапазоні температур від -5 градусів до 55 градусів C і відносній вологості 98%. Він також призначений для роботи в сильно запилених приміщеннях, витримує робочі вібрації та маневрові удари.

Передача потужності здійснюється за допомогою клинових ременів. Всього на генераторах змінного і постійного струму передбачено 12 номерів (по 6 з кожного боку) і 4 номери (тільки з одного боку) типорозміру C-122 відповідно. Швидкість генератора змінюється від 0 до 2500 об/хв. Діаметр колеса вагона становить 915 мм у новому стані та 813 мм у повністю зношеному стані, новий діаметр колеса враховується для розрахунку швидкості поїзда в км/год, що відповідає швидкості вмикання та мінімальній швидкості для повної потужності (MFO) генератора змінного струму.

Вихідні характеристики електронного випрямляча з кумулятивним регулятором (ERRU) (25 кВт і 4,5 кВт) наведені нижче:

Вихідна напруга постійного струму без навантаження становить максимум 135 В, яку можна встановити на рівні 128 ± 0,5 В, 97 А (для акумуляторів 1100 і 650 А-год)) та 128 ± 0,5, 19 А на 120 А-год при 1500 об/хв (посередині між мінімальною та максимальною швидкістю), регулювання напруги ±2%, ККД 95% (мінімальний). Пульсації напруги утримуються в межах 2 %. Діапазон зміни навантаження становить від 10 А до 193 А при частоті обертання від 400 об/хв до 2500 об/хв (для акумуляторів ємністю 1100 і 650 А-год) і від 350 об/хв до 2500 об/хв (для акумуляторів ємністю 120 А-год).

Для батарей більшої ємності напруга при 15% перевантаженні становить 120 В (мінімальна) при 222 А, а струм обмежений 230 А (максимальний). Для акумулятора ємністю 120 А-год напруга при перевантаженні 40 А встановлена на рівні 115 В (мінімум).

Обмеження по струму заряджання становить 220 А для акумуляторів ємністю 1100 А-год, 130 А для акумуляторів ємністю 650 А-год і 24 А для акумуляторів ємністю 120 А-год (максимум). Останні два параметри можна встановити з універсального регулятора напруги (UVC), а також з панелі індикації тренера (CIP).

Для EERU потужністю 4,5 кВт діапазон зміни навантаження становитиме від 1 А до 37,5 А при частоті обертання від 350 об/хв до 2500 об/хв. Напруга при перевантаженні 40 А становить 115 В (мінімальна), струм обмежений до 43 А (максимальний).

Ми бачимо, що зарядний струм становить 1100/220 = 5; 650/130 = 5 і 120/24 = 5. Тобто зарядний струм для всіх цих батарей обмежений на рівні C/5 ампер, а максимальна напруга становить 128 В (тобто на 16 % вище номінальної напруги акумуляторної батареї).

Для більш детальної інформації про блок-схеми для загального тренера, проводка буде схожа на наступну схему і блок-схему системи генератор-ЕРРУ, можна звернутися за посиланням, наведеним нижче:

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

Зарядний пристрій для тягових акумуляторів

На продуктивність і термін служби акумуляторних батарей вилкових навантажувачів впливає тяговий зарядний пристрій і методи зарядки, що застосовуються. Зарядний пристрій для вилкового навантажувача слід вибирати відповідно до напруги та ємності акумуляторів.

Хороший зарядний пристрій для вилкового навантажувача

- Має обмежувати підвищення температури під час заряджання
- Без надмірного перезарядження зарядний пристрій повинен припинити подачу струму до акумулятора в потрібний момент
- Повинна мати функцію вирівнювання заряду (тобто, заряджатися більшим струмом).
- На випадок небезпечних ситуацій має бути передбачено автоматичне відключення.
- Має програмуватися за допомогою мікропроцесора або ПК.
- У деяких зарядних пристроях також передбачено перемішування повітря через тонкі повітряні трубки в комірках.

Діапазон зарядної напруги варіюється від 24 В до 96 В.

Сила струму залежить від ємності акумулятора, яка коливається від 250 Ач до 4000 Ач

Способи заряджання тягових акумуляторів

Одноступенева конусна зарядка: Зарядний пристрій починає свою роботу приблизно з 16А/100Аг, і струм зменшується зі зростанням напруги елемента. Коли напруга на елементі досягає 2,4 В/елемент, струм зменшується до 8 А/100 А-год, а потім досягає фінішної швидкості від 3 до 4 А/100 А-год. Зарядка вимикається за допомогою таймера. Для 80 % розряджених батарей без перемішування повітря може знадобитися від 11 до 13 годин (вхідний коефіцієнт 1,20).

Різниця в часі заряджання пов’язана з варіацією пускового струму, тобто якщо пусковий струм становить 16 А/100 А-год, то тривалість менше, а якщо 12 А/100 А-год, то більше. При використанні установки для перемішування повітря тривалість скорочується до 9-11 годин (коефіцієнт витрат електроенергії 1,10).

Двоступенева конусна зарядка (режим CC-CV-CC): Це поліпшення порівняно з попереднім методом. Зарядний пристрій починає роботу з більш високим струмом 32 А / 100 Ач. Коли напруга на елементі досягає 2,4 В на елемент, зарядний пристрій автоматично перемикається в режим зниження струму, і струм продовжує знижуватися, поки не досягне 2,6 В на елемент, після чого струм переходить на фінішну швидкість 3-4 А/100 А-год і продовжується протягом 3-4 годин. Для 80 % розряджених акумуляторів без перемішування повітря може знадобитися близько 8-9 годин (коефіцієнт введення 1,20). При використанні установки для перемішування повітря тривалість скорочується до 7-8 годин (коефіцієнт витрат електроенергії 1,10).

Зарядка гелевих VRLA акумуляторів: (режим CC-CV-CC):

Зарядний пристрій починає роботу зі струмом 15 А / 100 Ач. Коли напруга на елементі досягає 2,35 В на елемент, зарядний пристрій автоматично переходить в режим конусності, а зарядний пристрій переходить в режим CV з тією ж напругою. Це займає максимум 12 годин. Крок CV утримується постійним, доки струм заряду не знизиться до обмеженого значення 1,4 А/ 100 А-год. Друга фаза може тривати кілька годин, максимум 4 години. Ця тривалість залежить від тривалості першої фази.

Високочастотний зарядний пристрій для навантажувачів

Існуючі зарядні пристрої, як правило, бувають двох типів: ферорезонансні та кремнієві керовані випрямлячі (SCR). Вони більш доступні за ціною, але й менш ефективні.
Зарядний пристрій, що містить високочастотні комутаційні силові пристрої, наприклад, MOSFET (металооксидний напівпровідниковий польовий транзистор) і IGBT (біполярний транзистор з ізольованим затвором), працюють на частотах, що значно перевищують частоту мережі (від декількох кГц до декількох сотень кГц). На відміну від них, MOSFET і IGBT, з їх можливістю повного увімкнення/вимкнення, можна точно керувати в будь-який момент, щоб зарядний пристрій видавав потрібну потужність. SCR – це напівкеровані пристрої з неконтрольованим вимиканням.

Високочастотні зарядні пристрої працюють як імпульсні джерела живлення, тобто вмикають і вимикають електронні перемикачі на високих частотах (50-170 кГц).

До переваг цієї високочастотної технології можна віднести:

Високочастотний зарядний пристрій
До 170 кГц Висока частота	Втрати від конверсії нижчі
Підвищена ефективність заряджання (від 87 до 95%)	Нижчі витрати на електроенергію (до 20%) завдяки енергозбереженню
Зменшення струму пульсацій змінного струму	Довший термін служби завдяки меншому підвищенню температури. Менші витрати на технічне обслуговування завдяки меншим втратам води
Він універсально адаптується	Заливні, AGM і гелеві акумулятори можна заряджати без перезарядження або недозарядження.
Менший розмір, менша вага та економія місця	Він має меншу площу для ніг і може бути легко встановлений на борту
Такі зарядні пристрої доступні в різних діапазонах - від зарядних пристроїв для акумуляторів на 24 В до 80 В із зарядним струмом від 40 до 300 А.

Зарядний пристрій для підземних шахтних акумуляторів

Акумулятори для підземних шахт – це переважно свинцево-кислотні батареї глибокого циклу. Типова напруга коливається від 48 до 440 В, а ємність – від 700 А-год до 1550 А-год.

Заряджання цих акумуляторів схоже на заряджання тягових батарей. Батареї заряджаються при температурі
2,6 В спочатку зі струмом від 21 А до 17 А на 100 А-год і, нарешті, 4,5 А на 100 А-год в якості фінішного струму. Зарядка може бути завершена за 6-8 годин.

Батареї відповідають стандарту IS 5154:2013, частина 1 (IEC 60254-2006)

Морський зарядний пристрій для акумуляторів

Акумулятори для морського застосування можна розділити на два типи. Стартерні батареї мають тонші пластини і здатні видавати великі імпульси енергії протягом короткого часу. Інший тип – це батареї глибокого циклу, які використовуються для інших морських застосувань, таких як електронні аксесуари, тролінговий двигун і бортові електричні та електронні прилади. Крім того, двофункціональні батареї працюють як SLI-батареї та батареї глибокого циклу. Для конкретних акумуляторів використовуються спеціальні зарядні пристрої. Режим CC-CV слід використовувати на свинцево-кислотних акумуляторах VR.

Існують також зарядні пристрої, які можуть заряджати до чотирьох акумуляторів одночасно. Можна заряджати всі типи морських акумуляторів, VR-акумуляторів (як AGM, так і гелеві), а також заливні акумулятори, що не потребують особливого обслуговування.

Оскільки акумулятори та зарядні пристрої використовуються в човнах, вони повинні залишатися сухими і мати достатню вентиляцію. Вони також повинні бути водонепроникними, ударостійкими і вібростійкими, а за необхідності – повністю герметичними. Крім того, ви повинні переконатися, що зарядні пристрої мають функцію захисту від зворотної полярності та іскрозахист.

Зарядний пристрій для сонячних батарей

Через коливання сонячного випромінювання потужність фотоелектричних панелей коливається. В результаті, цифровий датчик максимальної потужності (MPPT) підключений між SPV-панеллю і батареєю, щоб забезпечити безперебійний процес заряджання. MPPT – це електронний перетворювач постійного струму в постійний, призначений для оптимізації узгодження між сонячною батареєю (фотоелектричними панелями) і акумуляторною батареєю. Він вимірює вихідний постійний струм від сонячних панелей, змінює його на високочастотний змінний струм і переходить до іншої напруги та струму постійного струму, щоб точно відповідати потребам акумуляторів у енергії. Нижче пояснюються переваги наявності MPPT.

Більшість фотоелектричних панелей розраховані на вихідну напругу від 16 до 18 вольт, хоча номінальна напруга фотоелектричної панелі становить 12 В. Але номінальна напруга батареї 12 В може мати фактичний діапазон напруги від 11,5 до 12,5 В (OCV) в залежності від стану заряду (SOC). Під час заряджання на акумулятор подається додатковий компонент напруги. У звичайних контролерах заряду додаткова потужність, вироблена SPV-панеллю, розсіюється у вигляді тепла, тоді як MPPT визначає потреби акумулятора і видає більшу потужність, якщо SPV-панель виробляє більшу потужність. Таким чином, завдяки використанню MPPT можна уникнути втрат, недозарядження та перезарядження.

Температура впливає на продуктивність фотоелектричної панелі. При підвищенні температури ефективність фотоелектричної панелі знижується. (Примітка: Коли SPV-панелі піддаються впливу більш високої температури, струм, що виробляється SPV-панеллю, збільшується, в той час як напруга зменшується. Оскільки зниження напруги відбувається швидше, ніж збільшення струму, ефективність фотоелектричних панелей знижується). Навпаки, при більш низьких температурах ефективність зростає. При температурі нижче 25°C (яка є температурою стандартних умов випробувань(STC)) ефективність зростає. Але ефективність збалансується в довгостроковій перспективі.

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

Hand picked articles for you!

Зарядний пристрій

Зарядний пристрій - зарядка свинцево-кислотного акумулятора

Реакція розряду-заряду свинцево-кислотного елемента має вигляд

Рівняння Гіббса

ЕРС клітини

Стандартна вільна енергія утворення

Стандартна напруга свинцево-кислотного елемента становить 2,04 В

Щільність струму

Механізм розчинення-осадження або розчинення-осадження

Зарядка свинцево-кислотних акумуляторів

Характеристики двох електродів під час заряду та розряду

Зарядний пристрій - Коефіцієнт зарядки

Зарядний пристрій - Ефективність заряджання свинцево-кислотних акумуляторів

Коефіцієнт корисної дії в ампер-годинах

Енергоефективність або ефективність у ват-годинах

Зарядна напруга зарядного пристрою

Виділення газів з акумулятора

Електроліз води

Корозія позитивних решіток у свинцево-кислотному акумуляторі

Зарядний пристрій для акумуляторів - значення прийому струму

Як працює зарядний пристрій на 12 В?

Процедура заряджання акумулятора - Зарядний пристрій

Шаблон запису про зарядку акумулятора

Показники потенційного вмісту кадмію

Принцип роботи зарядного пристрою

Різні методи заряджання акумуляторів та різні типи зарядних пристроїв

Різні способи заряджання акумулятора

Одноступеневий метод заряджання постійним струмом (метод CC) Зарядний пристрій

Двоступеневий метод заряджання постійним струмом Зарядний пристрій

Методи заряджання постійною напругою або потенціалом Зарядний пристрій

Модифікований заряд постійного потенціалу - Зарядний пристрій для акумуляторів

Комбіновані методи (CC-CV методи) - Зарядний пристрій

Конусна зарядка - Зарядний пристрій для акумуляторів

Одноступенева конусна зарядка - Зарядний пристрій для акумуляторів

Двоступенева конусна зарядка - Зарядний пристрій

Початковий внесок

Плата за вирівнювання

Можливість зарядки

Зарядка з газовим керуванням

Крапельна зарядка

Прискорена зарядка

Імпульсна зарядка

Швидка або швидка зарядка - зарядний пристрій для акумуляторів

Швидка зарядка залитих і VRLA акумуляторів

Порівняння швидкої зарядки затоплених і VRLA акумуляторів.

Схема зарядного пристрою

Як довго можна залишати зарядний пристрій на акумуляторі?

Як працює автомобільний зарядний пристрій?

Чи можу я завести автомобіль з підключеним зарядним пристроєм?

Які зарядні пристрої найкраще підходять для різних застосувань?

Зарядний пристрій для інверторних акумуляторів

Зарядний пристрій для автомобілів

Зарядний пристрій для стаціонарного застосування

Прості рекомендації щодо купівлі зарядного пристрою

Зарядний пристрій для поїздів

Зарядний пристрій для тягових акумуляторів

Способи заряджання тягових акумуляторів

Високочастотний зарядний пристрій для навантажувачів

Зарядний пристрій для підземних шахтних акумуляторів

Морський зарядний пристрій для акумуляторів

Зарядний пристрій для сонячних батарей

Порівняння хімічних речовин для акумуляторів

Акумулятори гірничих локомотивів

Безпека свинцево-кислотних акумуляторів

Рівень заряду акумулятора

Join our Newsletter!

Want to become a channel partner?

Want to become a channel partner?

Do you want a quick quotation for your battery?