Аккумуляторные батареи

Плотность электролита между пластинами аккумулятора при заряде линейно изменяется от 1.11 г/см3 для разряженного аккумулятора до 1.28 г/см3 - для заряженного. Это одна из основных диагностических характеристик аккумулятора. Зная температуру электролита и его плотность можно с приемлемой степенью точности определить степень заряженности аккумулятора.

Температура электролита линейно возрастает в процессе заряда, и значительно быстрее растет в области перезаряда.

Интенсивность газовыделения незначительно до напряжения 2.4 В. После этого значения до 2.7 В - обильное газовыделение, которое сохраняется и в области перезаряда.

Обильное газовыделение свидетельствует о завершении процесса полезного заряда аккумулятора.

В зависимости от возможностей, задач и условий эксплуатации аккумуляторов применяются различные методы заряда аккумуляторов.

Этот метод реализуется с помощью стабилизированного источника тока. Величина зарядного тока поддерживается постоянной во всей области полезного заряда. Область полезного заряда занимает время до обильного газовыделения.

Величина (нормальная) зарядного тока устанавливается численно равной 0.1 емкости аккумулятора, выраженной в ампер-часах. Как правило, это максимальный зарядный ток.

J10 = Q/10 .

Например, для батареи емкостью 54 А.ч

J10 = 54/10 = 5.4 А .

Аналогично определяется ток 20-часового режима.

Например:

J20 = 54/20 = 2.7 А.

Разумеется, если время не очень лимитировано, то целесообразно заряжать током в 2 раза меньшим. Это увеличивает сохранность аккумулятора, поскольку реализуются менее интенсивные электрохимические процессы и механические напряжения в активных элементах аккумулятора.

При заряде контролируют ток, напряжение, температуру и плотность электролита. Характер их изменения описан в п. 2.2.2.

Напряжение на аккумуляторе 2.7 В (16.2 В на батарее 6СТ) при плотности 1.28 В свидетельствует о конце заряда аккумулятора при сильном газовыделении.

С целью полного использования активной массы пластин заряд аккумулятора продолжают 1-2 часа при сильном газовыделении, уменьшив ток в 2-3 раза. Эта область перезаряда необходима для полной уверенности, что аккумуляторная батарея полностью заряжена. Зарядный КПД батарей равен 0.85.

Например, можно определить время заряда стартерной аккумуляторной батареи емкостью 54 А.ч током 5.5 А:

54/(0.85*5.5) = 11.6 часов .

Количество электричества, полученное аккумулятором:

Iз*tз = 5.5*11.6 = 64 А.ч ,

где Iз - ток заряда, tз - время заряда.

Разумеется, не более 85% этого электричества запасено в батарее, а остальное израсходовано на тепло и газовыделение в процессе электролиза.

После прекращения заряда и выключения тока напряжение на зажимах аккумулятора резко падает и затем снижается медленно по мере выравнивания плотности электролита в порах пластин и между пластинами.

Недостатки этого метода заряда.

- сравнительно большое время заряда;

- сложное зарядное устройство.

Преимущества метода заряда постоянным током:

- хорошо контролируются все стадии процесса заряда аккумулятора;

- легко реализуются "щадящие" режимы зарядки малыми токами, продлевающие срок службы аккумулятора.

Этот метод применяется при ускоренном заряде аккумуляторных батарей. Поясним этот метод на примере трехступенчатого заряда.

На первой ступени заряда, когда нет обильного газовыделения, величина зарядного тока Jз1 устанавливается численно равной 0.15 емкости аккумулятора, выраженной в ампер-часах. Больше ток не следует устанавливать, поскольку чрезмерный зарядный ток вызывает разрыхление активной массы, разрушение и коробление пластин. Первая ступень заряда продолжается в течение времени tз , пока на каждом аккумуляторе батареи напряжение достигнет 2.4-2.5 В и начнется обильное газовыделение. После этого зарядный ток уменьшают в 2-3 раза и заряд продолжается, пока напряжение опять возрастет до 2.4-2.5 В.

Далее так Iз3 уменьшают до 1А и продолжают заряд до напряжения 2.7 В. Количество электричества при таком заряде:

Q = Iз1 * tз1 + Iз2 * tз2 + Iз3 * tз3

Ступенчатый заряд отличается тем, что экономится время заряда аккумуляторной батареи.

Этот метод применяется при наличии источника тока со стабилизированным напряжением. Такими источниками тока являются, в частности, генераторы постоянного тока на автомобилях, напряжение которых поддерживается автоматически с помощью реле-регулятора. Напряжение бортовой сети при этом должно быть 2.4 В на аккумулятор (или 14.4 В на батарею 6СТ). В начале заряда ток имеет наибольшее значение вследствие значительной разности между напряжением источника и ЭДС батареи. При этом чем больше мощность зарядного источника тока и чем сильнее разряжена батарея, тем больше зарядный ток. По мере заряда ЭДС батареи возрастает и величина зарядного тока падает до нуля.

Преимущества этого метода:

- короткое время заряда;

- автоматически уменьшается ток заряда по мере роста степени заряженности батареи.

Недостатки метода:

- требуется точная установка напряжения источника зарядного тока во избежание систематического недозаряда или перезаряда;

- иногда требуются ограничители тока на начальном этапе заряда;

- нельзя исправлять сульфатированные пластины.

Улучшение эксплуатационных характеристик аккумуляторов осуществляется , в основном, путем совершенствования их конструкции, а также структуры и состава применяемых активных масс.

Улучшаются эксплуатационные характеристики аккумуляторов и при их заряде реверсивным током, т.е. переменным током с различными амплитудами и длительностями импульсов обоих направлений за каждый период их следования. При этом в каждом периоде аккумулятор заряжается и частично разряжается.

При определенном соотношении амплитуд и длительности импульсов прямого и обратного тока снижается газовыделение и температура электролита.

В соответствии с теорией и практикой электролиза заряд аккумулятора реверсивным током дает возможность управлять восстановительными реакциями и структурными изменениями активного материала пластин, получая, в зависимости от соотношения и абсолютных значений анодного и катодного периодов, кристаллы различных размеров и форм. Это позволяет увеличить суммарную пористость и площадь действующей поверхности пластин, т.е. увеличить поверхность соприкосновения электролита с активным материалом электрода, облегчить условия диффузии и выравнивания концентрации электролита в при электродном слое.