Свинцево-кислотні акумулятори використовують спеціальний алгоритм зарядки, відомий як CC / CV (constant current / constant voltage - з англ. «Постійний струм / постійна напруга»). Постійний струм заряду впливає на акумулятор, поступово підвищуючи напругу на клемах. Коли це напруга досягає певного значення, зарядний струм знижується до рівня насичення. Загальний час зарядки складає 12-16 годин для звичайних акумуляторів і 36-48 для спеціальних промислових зразків. Час зарядки може бути зменшено до 8-10 годин шляхом додатки більш високих струмів і використання особливих багатоступеневих режимів, але тим не менше повністю зарядити акумулятор таким способом не вийде. Свинцево-кислотна електрохімічна система є досить повільною і не може заряджатися так швидко, як інші. (Дивіться BU-202: Нові свинцево-кислотні електрохімічні системи).
Зарядка свинцево-кислотного акумулятора повинна складатися з трьох етапів - режиму зарядки постійним струмом [1], режиму насичення [2] і режиму підтримки заряду [3]. Заряд постійним струмом поставляє велику частину енергії і займає близько половини часу від всього процесу зарядки; заряд насичення використовує більш низьку силу струму і необхідний для досягнення повної зарядки, а режим підтримки компенсує втрати, викликані саморазрядом.
Під час зарядки постійним струмом акумулятор отримує близько 70 відсотків свого заряду протягом 5-8 годин; заповнення решти 30 відсотків лежить на режимі насичення, який триває ще 7-10 годин. Режим насичення є дуже важливим для акумулятора, і якщо їм нехтувати, то це може призвести до сульфатація [BU-804b], яка призводить до втрати продуктивності або навіть до виходу з ладу. Режим підтримки на третьому етапі покликаний зберігати акумулятор в зарядженому стані. На малюнку 1 показані три цих етапу.
Малюнок 1: Етапи зарядки свинцево-кислотних акумуляторів. Акумулятор вважається повністю зарядженим, коли його напруга досягає певного встановленого рівня. Режим підтримки компенсує саморазряд, який в тій чи іншій мірі присутній в усіх електричних батареях.
10 - 12 років / 600 циклів
10 - 12 років / 700 циклів
10 - 12 років / 750 циклів
універсальна серія AGM
для глибоких розрядів AGM
універсальна серія GEL
Перехід від стадії 1 до стадії 2 відбувається, коли напруга акумулятора досягає певної межі. Зарядний струм починає плавно знижуватися, і це зниження відбувається під час всього режиму насичення. В кінці, коли акумулятор повністю заряджений, значення зарядного струму становить приблизно 3-5 відсотків від його ємності. Несправний акумулятор з великими втратами ніколи не зможе досягти цього низького струму насичення, тому в зарядний пристрій є вбудований таймер, який примусово завершує зарядку.
Правильна установка зарядного напруги акумулятора є вкрай важливою і повинна становити від 2,30 до 2,45 вольт на елемент. Вибір значення зарядної напруги з цього діапазону лежить на совісті виробників, і віддати перевагу якомусь певному значенню вельми непросто. З одного боку, акумулятор повинен бути повністю заряджений, щоб використовувати максимальну ємність і уникнути сульфатации на негативних пластинах; а з іншого боку, зайве перенасичення і несвоєчасне перемикання в режим підтримки заряду викликає корозію позитивних пластин, а також призводить до зайвого газоутворення і втрат води з електроліту.
Температура може впливати на напругу і внаслідок цього вибір зарядного напруги може бути дещо ускладнений. Більш спекотне стан навколишнього середовища вимагає трохи нижчої напруги, а більш холодне - трохи більшого. Просунуті зарядні пристрої мають температурні датчики для контролю і регулювання зарядних характеристик, щоб досягти оптимальної ефективності зарядки.
Температурний коефіцієнт зарядки свинцево-кислотних елементів складає -3мВ / ° С. Сенс полягає в тому, що встановлюється якесь значення напруги для усередненої температури 25 ° С, і це зарядна напруга має бути зменшено на 3 мВ за кожен градус вище 25 ° С, і відповідно, збільшено на 3 мВ за кожен градус нижче 25 ° С. Якщо такі можливості з вимірюванням температури неможливі, то краще вибрати більш низька зарядна напруга з міркувань безпеки. У таблиці 2 порівнюються переваги і недоліки вибору різних пікових значень зарядного напруги для свинцево-кислотного акумулятора.
2,30 - 2,35 В на елемент
2,40 - 2,45 В на елемент
Збільшення терміну служби; помірна температура акумулятора; температура зарядки може перевищувати 30 ° С.
Більш високі показники ємності; менш схильні до сульфатации
Повільний процес зарядки; показник ємності нестабільний і зменшується з кожним циклом. Схильні до сульфатации.
Схильність до газоутворення і корозії; необхідність обслуговування шляхом розбавлення водою електроліту. Не підходить для зарядки при високій навколишній температурі через сильний перезарядження.
Таблиця 2: Вплив зарядного напруги на свинцево-кислотні акумулятори невеликої ємності. Циліндричні свинцево-кислотні елементи мають більш високе значення напруга в порівнянні з VRLA і акумуляторів.
Акумулятори EverExceed GEL
Після повної зарядки за допомогою режиму насичення акумулятор не повинен перебувати в режимі підтримки заряду більше 48 годин. Це особливо важливо для герметичних версій, оскільки вони більш чутливі до перезаряду в порівнянні з затопленими моделями. Перезаряд призводить до зайвого тепло- і газоутворення.
Рекомендоване значення напруги підтримки заряду для більшості затоплених свинцево-кислотних акумуляторів становить 2,25-2,27 В на елемент. До великим стаціонарним акумуляторам при температурі навколишнього середовища 25 ° С, як правило, застосовується напруга 2,25 В на елемент. Виробники рекомендують знижувати напругу підтримки заряду в разі, якщо температура навколишнього середовища перевищує 29 ° С.
Не всі зарядні пристрої мають функцію підтримки заряду, а в транспортних засобах це взагалі рідкість. Якщо зарядний пристрій залишається в режимі підтримки заряду і напруга не опускається нижче 2,30 В на елемент, то не допускайте, щоб акумулятор залишався підключеним до такого зарядного пристрою більше 48 годин. Якщо акумулятор не експлуатується, краще зберігати його окремо, піддаючи зарядці кожні 6 місяців (акумулятор системи AGM [BU-201a] - кожні 6-12 місяців).
Вищеописані параметри напруг застосовуються і до затоплених, і до акумуляторів з клапаном скидання тиску (близько 34 кПа). Циліндричні герметичні свинцево-кислотні акумулятори, такі як Hawker Cyclon, вимагають більш високих напруг, точне значення яких слід дізнаватися з специфікацій виробника. Додаток неправильного зарядного напруги викличе поступове зменшення ємності акумулятора внаслідок сульфатации. В акумуляторних елементах Hawker Cyclon встановлений спеціальний клапан скидання тиску 345 кПа, що дозволяє мати місце процесу рекомбінації газів, які утворюються під час зарядки.
Можливі труднощі при застосуванні режиму підтримки заряду на вікові акумулятори, так як кожен елемент в них має своє унікальне стан. Елементи, будучи з'єднані послідовно, отримують однакову зарядний струм, і практично неможливо відстежувати стан кожного. Можлива ситуація, коли присутні "слабкі" елементи, які вже піддаються перезаряду, і в той же час інші ще повністю не зарядилися. Струм підтримки заряду, який є занадто високим для елемента з погіршеними характеристиками, може викликати сульфатацію сильнішого сусіднього елемента. Існують спеціальні пристрої балансування елементів акумулятора, які можуть компенсувати різницю напруг, викликану дисбалансом елементів.
Коливання зарядного напруги також є однією з проблем зарядних пристроїв. Пік такого напруження приймає занадто високе значення, викликаючи виділення водню, а під час його просідання відбувається короткий період розряду акумулятора, що укупі призводить до виснаження електроліту. Виробники намагаються обмежувати коливання напруги розкидом максимум в 5 відсотків.
Коливання зарядного напруги можуть нести не тільки проблеми - вивчається його вплив на зменшення сульфатации в акумуляторі. Але цей ефект ще не до кінця вивчений, і не всі виробники використовують пульсацію в своїх зарядний пристрій.
Більшість стаціонарних акумуляторів експлуатуються в режимі підтримки заряду, який непогано себе рекомендує. Іншим рішенням може бути режим гістерезису, який має на увазі відключення підтримки заряду, коли акумулятор знаходиться в режимі очікування. Суть цього режиму полягає в тому, що акумулятор просто заряджається час від часу, заповнюючи втрати енергії від саморозряду або від прикладеного навантаження. Цей режим добре підходить для установок, які не підключені до навантаження під час режиму очікування.
Свинцево-кислотні акумулятори завжди повинні зберігатися в зарядженому стані. Їх необхідно заряджати кожні 6 місяців, щоб запобігти падінню напруги нижче 2,05 В на елемент, що викликає сульфатацію. Свинцево-кислотні акумулятори, що використовують технологію AGM [BU-201a], можуть зберігатися без зарядки трохи довше.
Вимірювання напруги розімкнутого ланцюга під час зберігання забезпечує надійну індикацію рівня заряду. Напруга елемента 2,10 В при кімнатній температурі говорить про заряду на рівні 90 відсотків. Такий акумулятор знаходиться в хорошому стані і потребує лише в невеликій підзарядці перед початком експлуатації. (Дивіться BU-903: Як виміряти ступінь зарядженості електричної батареї).
Тягові акумулятори Trojan (USA)
для електромоторів, сонячних електростанцій, високих навантажень
При вимірі напруги холостого ходу враховуйте температуру навколишнього середовища. Холодний акумулятор має злегка знижена напруга, а теплий - підвищений. Вимірювати напругу розімкнутого ланцюга найкраще після декількох годин спокою акумулятора, так як зарядні або розрядні процеси вносять спотворення.
Існує деяке упередження проти покупки нового акумулятора, якщо його напруга становить менше 2,10 В на елемент. Таке низьке напруга може бути викликано втратою заряду через тривале зберігання або високого саморазряда внаслідок короткого замикання. І справді, статистичні дослідження показали, що такі акумулятори зі зниженим початковим напругою мають більшу кількість відмов. Варто відзначити, що граничне значення напруга в 2,10 В відноситься не до всіх типів свинцево-кислотних акумуляторів.
Долив води в електроліт
Долив води в електроліт є єдиним вкрай важливим аспектом в обслуговуванні затоплених свинцево-кислотних акумуляторів, яким, на жаль, часто нехтують. Частота доливання залежить від умов експлуатації, методів зарядки і робочої температури. Перезаряд також призводить до збільшеного витраті води з електроліту.
Нові акумулятори повинні перевірятися кожні кілька тижнів на необхідність доливання води. Це дозволить вберегти верхню частину пластин від попадання на повітря, що може привести до незворотних ушкоджень внаслідок окислення, що, в свою чергу, призводить до зниження ємності і продуктивності акумулятора.
При низькому рівні електроліту необхідно негайно додати дистильовану або де-іонізовану воду. Додавати воду до необхідного рівня необхідно не перед зарядкою (це може привести до переповнення), а після зарядки. Ніколи не додавайте готовий електроліт, так як це призведе до збільшення питомої щільності і сприятиме корозії. Деякі акумуляторні батареї обладнані спеціальною долівочной системою, яка контролює рівень і щільність електроліту.
Зарядні пристрої Blue Power (Голландія)
Рекомендації по зарядці свинцево-кислотних акумуляторів
Заряджайте в добре вентильованому приміщенні. Водень, що утворюється під час зарядки, є вибухонебезпечним газом. (Дивіться BU-703: Вплив електрохімічних батарей на здоров'я людини).
Дозаряджати свинцево-кислотні акумулятори після кожного використання, щоб уникнути сульфатации [BU-804b]. Не зберігайте батареї з низьким зарядом.
Пластини затоплених акумуляторів повинні бути повністю занурені в електроліт. При низькому рівні електроліту долийте дистильовану або де-іонізовану воду. Ніколи не доливайте готовий електроліт.
Доливайте воду до визначеного рівня тільки після зарядки. Долив при низькому рівні заряду може викликати витік кислоти.
Освіта бульбашок в затопленому свинцево-кислотному акумуляторі вказує на те, що він досяг стану повного заряду (на аноді утворюється водень, а на катоді - кисень).
Понизьте напруга режиму підтримки заряду, якщо температура навколишнього середовища вище 29 ° С.
Не допускайте замерзання свинцево-кислотного акумулятора. Порожній акумулятор замерзає раніше в порівнянні з повністю зарядженим. Ніколи не заряджайте замерзлий акумулятор.
Уникайте зарядки при температурі вище 49 ° С.
Зарядні пристрої Victron Energy (Голландія)