Девайсы. Прототип зарядного устройства VERTER для автомобильного аккумулятора

Это зарядное устройство является прототипом для более совершенного девайса и предназначено для автоматической зарядки свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов постоянным током 6А или 3А. Устройство реализовывает такие функции как заряд, разряд, тренировка, десульфация и расчет емкости аккумулятора. Предусмотрено подключение к ПК для снятия зарядных кривых. Подробное описание работы устройства см. тут.

Общий вид зарядного устройства VERTER

Силовая часть собрана по схеме:

Cхема силовой части зарядного устройства VERTER

В качестве трансформатора Tr1 использован советский ТС-180-2 от старого черно-белого телевизора. Трансформатор был перемотан — собран из двух аналогичных для получения на выходе 24В 5А.

Советский трасформатор ТС-180-2

Выпрямительные диоды VDS2 силовой части любые, с максимальным прямым током до 10А, например КД213А или Д242А. Я использовал КД213А установленные на радиатор.

Выпрямительный мост из диодов КД213А

Нагрузочное сопротивление R15 — две 12-и вольтовые автомобильные лампы.

Нагрузочное «сопротивление»

Стабилизатор постоянного тока построен на LM317 (аналог КР14ЕН12А) и мощных n-p-n транзисторах 2SC5570, изъятых из строчной развертки ЭЛТ мониторов. В качестве транзисторов можно (лучше?) использовать транзисторы TIP35. КРЕН и транзисторы укреплены на общем радиаторе размером 5х4х14 см. Крепление выполняется с помощью винтов М3 через слюдяной изолятор с применением термопроводящей пасты. Для дополнительного охлаждения радиатор обдувается 12-и вольтовым вентилятором от компьютерного блока питания.

Источник тока на мощных транзисторах

Низкоомные сопротивления R14, R12 изготовлены из вольфрамовой проволоки диаметром около 0,15 мм смотанной в жгут из 8 жил. Сопротивление подбиралось опытным путем. В качестве нагрузки источника тока КРАТКОВРЕМЕННО подключался мультиметр, настроенный на измерение постоянного тока 20А.

Мощные низкоомные сопротивления источника тока

Схема цифровой части:

Cхема цифровой части зарядного устройства VERTER

Питается схема через импульсные стабилизаторы IC1 и IC3 LM2576ADJ: 12В для питания реле, 5В для работы цифровой части. Используя другую низковольтную обмотку трансформатора, питание схемы можно построить и на линейных стабилизаторах типа 7812 (12В) и 7805 (5В), укрепленных на небольших радиаторах. Для этого в схеме предусмотрен отдельный выпрямительный диодный мост VDS1.

Реле К1-К4 — 12-и вольтовые для управления нагрузкой до 10A.

Схему можно упростить, если исключить резервное реле K1 и светодиоды HL1-HL4, а вместо двух управляющих транзисторов (КТ315, КТ940) использовать один составной, например BC517.

Печатная плата цифровой части разработана в программе Sprint-Layout 5.0 и изготовлена по технологии ЛУТ.

Печатная плата цифровой части зарядного устройства VERTER

Корпус — обрезанный задний кожух от ЭЛТ монитора.

Дно — фанера толщиной 4 мм (но надо толще, т.к девай получился достаточно тяжелым):

Корпус зарядного устройства VERTER

Эмуляция работы устройства в Proteus:

Эмуляция работы зарядного устройства VERTER

Прошивка микроконтроллера выполняется на плате через разъем v4 программатором USBASP в следующей последовательности: сначала, на пониженной частоте программируются фьюзы (файл fuseprog.bat), за тем програматтор переводится в режим программирования на «нормальной» скорости и запускается bat-файл progprog.bat.

Посмотреть подробное описание работы устройства
Скачать архив зарядного устройства VERTER одним файлом.

Архив содержит:

Схему силовой части зарядного устройства VERTER.

Схему цифровой части зарядного устройства VERTER.

Печатную плату цифровой части зарядного устройства VERTER в формате *.lay.

Проект Proteus для эмуляции работы зарядного устройства VERTER.

Файлы *.hex и *.eep для прошивки микроконтроллера.

Программу avrdude для быстрого программирования микроконтроллера.

PS. Почему VERTER? Потому что понимает как «правильно» заряжать аккумулятор и похоже на голову робота.

Зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками

Разряд аккумулятора — проблема, которая хорошо знакома любому автомобилисту. Особенно неприятно, когда чрезвычайное происшествие случается далеко от цивилизации, где нет автомагазинов, АЗС и/или СТО. Чтобы снова не попасть впросак, не бояться внезапной «усталости» АКБ, рано или поздно каждый приходит к идее сделать зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками. Это логичное решение, так как покупные модели обойдутся в круглую сумму, а самодельное ЗУ, собранное из недорогих комплектующих, сулит приличную экономию. Другой плюс — простота устройства, обещающая результат независимо от степени квалификации «труженика». Сама работа отнимет всего несколько часов.

Почему оно необходимо?

Перед тем как собирать зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками, будущему автору не мешает познакомиться с ним и его предназначением — восстановлением разряженных АКБ.

ЗУ — источник постоянного тока, чье напряжение составляет 12-16 В.

Причина его необходимости — неспособность зарядить аккумуляторную батарею до предела от электрогенератора автомобиля: максимально допустимого значения для бортсети (14,1 В) недостаточно. Требуется немного большее напряжение — 14,4-14,5 В.

Хронический недостаточный заряд приводит к уменьшению ресурса аккумулятора. Другой плюс автономного зарядного устройства — эффективная борьба с сульфатацией пластин, так как крупные кристаллы сульфата свинца — одни из главных виновников деградации АКБ.

Близкое знакомство с ЗУ

«Пионерами» были зарядки, имевшие в составе два главных блока, — выпрямитель и трансформатор. Конструкцию отличают впечатляющие габариты и такой же вес, однако дешевизна, простота изделий — причина их популярности у автовладельцев даже сейчас. В роли выпрямителя в таком зарядном устройстве выступает полупроводниковый диод, адекватная замена ему — диодный мост.

Существенная разница между ними одна: во втором варианте меньше потребление мощности. Другие различия касаются расходов, которых потребует реализация моста, и большей сложности работы. Помимо выпрямителя, трансформатора компонентами зарядника являются амперметр (по желанию) и выключатель. Прибор, измеряющий силу тока, подключают, используя зажимы-крокодилы.

Есть и другой вариант, который можно соорудить самостоятельно, — импульсный, он обеспечивает надежную защиту от «скачек» напряжения, КЗ, переполюсовки АКБ. Вес и габариты таких устройств значительно меньше, чем у традиционных. «Виной» тому инверторный блок, он же — причина больших затрат на производство, так как стоимость импульсного прибора возрастает почти вдвое.

Самодельные устройства

Прежде чем приступать к «свершениям», готовят все, что необходимо для производства зарядного устройства. Все зависит от того, какие расходники есть в наличии, для каких именно целей предназначается ЗУ.

Элементарно: лампочка и диод

Это экспресс-вариант, подходящий способ, если требуется быстро завести не роскошь, а средство, реанимировав севший аккумулятор автомобиля, находящегося на вынужденном «причале» у дома. В этом случае источником переменного тока будет розетка, а в простую схему зарядного устройства входит:

1. Обыкновенная лампа накаливания. От ее мощности зависит скорость зарядки аккумулятора, поэтому оптимальное значение — 100-150 Вт. Позволяется минимум (60 Вт), но максимум (200 Вт) станет причиной перегоревшего электронного элемента.
2. Полупроводниковый диод, преобразующий напряжение из переменного в постоянное. Здесь тоже необходима достаточная мощность, иначе элемент попросту не выдержит нагрузки. Возможные «поставщики» диода — старые приемники, блоки питания и магазины.
3. Провода и зажимы-крокодилы, с помощью которых устройство подключается к АКБ.
4. Штекер для розетки.

При сборке мини-зарядника важно соблюдать правило: диод располагают таким образом, чтобы катод был направлен в сторону плюса батареи. Все контакты изолируют. Во избежание КЗ в цепь включают автомат (10 А). Если для устройства выбрана лампочка мощностью в 100 Вт, то величина тока, поступающего на АКБ, будет равняться 0,17 А.

Для получения 2 А необходимо заряжать устройство в течение 10 часов.

Такой способ позволит вернуть к жизни внезапно севший аккумулятор, например, на даче. Для полноценной зарядки этот вариант не подходит. Главное требование можно сформулировать одной, но емкой, фразой — руки прочь от всех частей схемы работающей конструкции!

Лампа и адаптер ноутбука

Еще один простейший способ быстрой реанимации безжизненного аккумулятора. Устройство для питания этой техники оснащено преобразователем, выпрямителем, элементами сглаживания и стабилизации выходного напряжения. Для получения желаемого необходим ненужный (или используемый) зарядник от любого ноутбука (19 В, примерно 5 А), автомобильная лампочка (12 Вт), провода и «земноводные» зажимы. В роли ограничителя тока можно использовать не лампу, а резистор. Поступают так:

1. Берут 2 медных провода, концы их зачищают, присоединяют к контактам штекера.
2. «Минусовой» выход аккумулятора соединяют с проводом наружного контакта адаптера.
3. Проводник от внутреннего контакта маленького устройства подключают к «плюсу» большого ЗУ.
4. В разрыв провода-плюса устанавливают лампочку.
5. Включают адаптационную конструкцию в сеть.

Полностью разряженное устройство восстановить не получится, однако для подзарядки севшего аккумулятора понадобится всего несколько часов.

В обоих описанных случаях рекомендуют «устраивать слежку» за процессом, по крайней мере, первые полчаса. Если обнаружится перегрев, зарядку отключают без промедления.

Просто: трансформатор и мост

Такую зарядку уже можно назвать полноценной, но для ее сборки придется озаботиться поисками трансформатора, который найти бывает крайне трудно. В этом случае источником деталей может стать старый телевизор. Марка подходящего трансформатора — ТС-180-2. Он имеет 2 вторичные обмотки с напряжением 6,4 В, силой тока — 4,7 А. Такая же двойная в этом трансформаторе первичная обмотка.

Для диодного моста требуется 4 элемента Д242, альтернативы — Д243, 245, 246. Для отвода от них тепла — такое же количество радиаторов, их площадь должна быть не менее 25 мм2. Понадобится пара предохранителей (0,5 и 10 А). В качестве проводников используют материал любого сечения, однако есть исключение: значение-минимум для входного кабеля составляет 2,5 мм2. В роли основы зарядного устройства выступает стеклотекстолитовая пластина.

Сборка ЗУ происходит по такому сценарию:

1. Сначала по стандартной схеме собирают диодный мост. Места выводов опускают вниз, каждый элемент будет располагаться на «своем» радиаторе.
2. Начинают трансформаторные работы. Для получения нужной разности потенциалов вторичные обмотки «соединяют воедино»: выход первой с входом второй (9, 9’), используют клеммник, еще лучше — пайку.
3. Берут два отрезка медного провода с сечением 2,5 мм2 припаивают к выводам 10, 10’.
4. Переходят к первичной обмотке: соединяют 1 и 1’, провода штекера припаивают к 2, 2’.
5. Соединяют трансформатор с диодным мостом: к нему припаивают провода 10, 10 ’.
6. Теперь к мосту фиксируют проводники, идущие к аккумулятору.

Устанавливают предохранители. Тот, что рассчитан на 10 А, крепят к плюсу моста, второй (0,5 А) устанавливают на трансформаторном выводе 2. На этом работы завершаются, следует тестирование зарядного устройства с помощью амперметра, а также вольтметра. Если сила тока не такая, как ожидалась, а несколько превосходит необходимую величину, то для «удаления» излишков в цепь рекомендуют устанавливать лампу мощностью 20-60 Вт (12 В).

Конструкцию крепят на стеклотекстолитовую пластину, обязательно отмечают «плюсовой» и «минусовой» провода. В противном случае переплюсовка станет причиной выхода устройства, собранного тяжким трудом, из строя. Основу помещают в корпус, изготовленный, например, из цинковой жести. В нем некоторые делают дополнительное отверстие, предназначенное для вентилятора.

Если «поставщик» микроволновка

Это другой способ получить вожделенную вещь — зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками. Популярная микроволновая печь, имеющаяся почти в каждом доме, (как сломанная, так и пока работающая) часто становится жертвой домашних мастеров, самый привлекательный элемент для них — трансформатор. Автолюбители не исключение. Однако прибор, «украденный» у этого СВЧ агрегата, требует модификации, так как его приходится трансформировать из повышающего в понижающее устройство.

В этом случае в ход идет даже нерабочий трансформатор — тот, у которого сгорела вторичная обмотка, совершенно ненужная для сборки зарядного устройства. Переделка заключается в удалении вторички и замены ее новой. Ее роль исполняет провод с изоляцией, минимальное сечение его — 2 мм2, но большее значение предпочтительнее.

Для определения необходимого количества витков нужно готовиться к экспериментам, так как эту цифру некоторые мастера предпочитают находить опытным путем. Например, намотав определенное число витков на сердечник, к концам провода присоединяют вольтметр. Включив трансформатор в сеть, замеряют показания. Так действуют, пока необходимый показатель не будет достигнут.

Другой путь — простой расчет. Если показания прибора выдали, что при 10 витках напряжение на выходе равняется 2 В, то 12 В обеспечат 60 витков. Каждые 5 витков — плюс один вольт, поэтому желаемый результат достигается просто.

«Расправившись» с намоткой, остальные действия совершают аналогично предыдущему способу: собирают диодный мост, пайкой соединяют все детали, затем проверяют эффективность свежеизготовленного автомобильного зарядника. Неожиданных подводных камней при сборке простого устройства можно не опасаться, если работа совершается качественно.

Зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками — тема, которая достаточно обширна, поэтому вариантов обеспечить бесперебойную работу батареи придумано много. С одним из потенциальных «рецептов» можно познакомиться воочию, если посмотреть этот видеоролик:

Была ли статья полезна?Мы хотим стать лучше. Спасибо за мнение!

Если вам понравилась статья, пожалуйста, поделитесь ей

Источник

Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками

Иногда случается, что аккумулятор в машине не садится и не заводится, потому что стартеру не хватает напряжения и соответственно тока для проворачивания вала двигателя. В этом случае можно «засветиться» от другого владельца автомобиля, чтобы двигатель завелся, а аккумулятор начал заряжаться от генератора, однако для этого нужны специальные провода и человек, который захочет вам помочь. Вы также можете зарядить аккумулятор самостоятельно с помощью специализированного зарядного устройства, но они довольно дороги, и вам не придется использовать их очень часто. Поэтому в этой статье мы подробно рассмотрим самодельное устройство, а также инструкцию, как сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками.

• Самодельное устройство
• Технология сборки
• Условия использования

Самодельное устройство

Нормальное напряжение на аккумуляторе, отключенном от автомобиля, составляет от 12,5 В до 15 В. Поэтому зарядное устройство должно обеспечивать такое же напряжение. Ток заряда должен быть равен примерно 0,1 емкости, можно и меньше, но это увеличит время зарядки. Для стандартного аккумулятора емкостью 70-80 а/ч ток должен быть 5-10 ампер в зависимости от конкретного аккумулятора. Наше самодельное зарядное устройство должно соответствовать этим параметрам. Для сборки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора нам понадобятся следующие элементы:

Трансформатор. Можем использовать любой из старых или купленных на рынке электроприборов габаритной мощностью около 150 Вт, можно больше, но не меньше, иначе он будет сильно греться и может выйти из строя. Хорошо, если напряжение его выходных обмоток 12,5-15 В, а ток порядка 5-10 ампер. Вы можете увидеть эти параметры в документации для вашей части. Если нет нужной вторичной обмотки, то придется перемотать трансформатор на другое выходное напряжение. Для этого:

1. Удалите все ненужные вторичные обмотки, оставив только первичную.
2. Рассчитайте необходимое количество витков и сечение провода для соответствующего напряжения и тока. Для этого есть специальные калькуляторы и формулы из курса физики. Требуемый диаметр проволоки рассчитывается по таблице ниже. Провод должен быть в лаковой изоляции. А количество витков определяется соотношением: U1/U2=N1/N2. Отсюда следует, что если ваша первичная обмотка состоит из 480 витков, то для получения на выходе 13 вольт вам нужно намотать всего 26 витков, так как напряжение сети 220 вольт.
3. После этого уложите провод по основанию витка к витку, сделав изоляцию между слоями бумаги или изоленты в несколько слоев. Конец и начало обмоток снимаются и надежно закрепляются на корпусе. Чтобы припаять к ним провода, ножом зачистите изоляцию.
4. Для снижения шума и вибрации, а также улучшения изоляции можно пропитать устройство парафином.

Итак, мы нашли или собрали идеальный трансформатор для изготовления зарядного устройства для аккумулятора своими руками.

Еще нам понадобится:

• 4 диода. Подойдут любые диоды с током не менее 10 ампер. Одни из самых популярных: импортные — 10А10, отечественные — Д242А, 2Д203А, КД213Б. Или диодные мосты, например: КВРС1001, КВРС1002 и их аналоги.
• 4 радиатора для диодов. Можно, конечно, и без них обойтись при малых токах порядка 3-5 Ампер. Но это может привести к их быстрому выходу из строя, поэтому нужны радиаторы площадью 32 кв. см или 128 кв. см для диодного моста. Их можно сделать из листового алюминия или использовать кулеры от компьютера и материнских плат.
• Складная электрическая вилка или шнур питания.
• Провода медные сечением не менее 2,5 кв. мм
• Предохранители 0,5А и 10А.
• Термоусадочная трубка или изолента.
• Диэлектрическая пластина, а еще лучше корпус, например фанерный или пластиковый.
• Кусок нихромовой проволоки от электроплитки.
• Мультиметр или вольтметр с амперметром.
• Паяльник, припой и флюс (канифоль или ЛТИ-120).
• Еще немного радиодеталей, если хотим сделать устройство с защитой и автоматическим отключением.

Подготовив все материалы, можно приступать к процессу сборки самого автомобильного ЗУ.

Технология сборки

Чтобы сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, необходимо следовать пошаговой инструкции:

1. Создаем самодельную схему зарядки аккумулятора. В нашем случае это будет выглядеть так:
2. Используем трансформатор ТС-180-2. Он имеет несколько первичных и вторичных обмоток. Для работы с ним нужно соединить две первичные и две вторичные обмотки последовательно, чтобы получить на выходе нужное напряжение и ток.
   
3. С помощью медного провода соединяем выводы 9 и 9’.
4. На пластине из стеклотекстолита собираем диодный мост из диодов и радиаторов (как показано на фото).
5. Выводы 10 и 10’ подключены к диодному мосту.
6. Между выводами 1 и 1’ устанавливаем перемычку.
7. К контактам 2 и 2’ при помощи паяльника присоединяем шнур питания с вилкой.
8. В первичную цепь подключаем предохранитель 0,5 А, 10 ампер соответственно во вторичку.
9. В разрыв между диодным мостом и аккумулятором подключаем амперметр и кусок нихромовой проволоки. Закрепляем один конец, а другой должен обеспечивать подвижный контакт, при этом сопротивление будет меняться и ток, подаваемый на аккумулятор, будет ограничен.
10. Все соединения изолируем термоусадкой или изолентой и кладем устройство в корпус. Это нужно для того, чтобы избежать поражения электрическим током.
11. Устанавливаем подвижный контакт на конец провода так, чтобы его длина и, соответственно, сопротивление были максимальными. И подключите батарею. Уменьшая и увеличивая длину провода, нужно установить нужное значение тока для вашего аккумулятора (0,1 от его емкости).
12. Во время зарядки ток, подаваемый на аккумулятор, будет уменьшаться сам по себе, и когда он достигнет 1 ампера, можно сказать, что аккумулятор заряжен. Целесообразно также напрямую контролировать напряжение на аккумуляторе, однако для этого оно должно быть отключено от зарядного устройства, так как при зарядке оно будет несколько выше реальных значений.

Первый пуск собранной схемы любого источника питания или зарядного устройства всегда осуществляется через лампу накаливания, если она загорится в полную силу — или где-то ошибка, или первичная обмотка замкнута! Лампу накаливания устанавливают в разрыв фазного или нулевого провода, питающего первичную обмотку.

Данная схема самодельного зарядного устройства для аккумулятора имеет один большой недостаток — она ​​не умеет самостоятельно отключать аккумулятор от зарядки после достижения нужного напряжения. Поэтому придется постоянно следить за показаниями вольтметра и амперметра. Существует конструкция, лишенная этого недостатка, однако для ее сборки потребуются дополнительные детали и больше усилий.

Хороший пример готового изделия

Условия использования

Недостатком самодельного зарядного устройства для аккумулятора 12В является то, что после полной зарядки аккумулятора устройство не отключается автоматически. Именно поэтому вам придется периодически поглядывать на табло, чтобы вовремя его отключить. Еще один важный нюанс — категорически запрещается проверять память «на искру».

Среди дополнительных мер предосторожности следует выделить следующие:

• при подключении клемм следите за тем, чтобы не перепутать «+» и «-», иначе простое самодельное зарядное устройство для аккумулятора выйдет из строя;
• подключение к клеммам должно производиться только в выключенном положении;
• мультиметр должен иметь шкалу более 10 А;
• при зарядке выкручивать пробки на аккумуляторе, во избежание его взрыва из-за закипания электролита.

Мастер-класс по созданию более сложной модели

Вот, собственно, и все, что я хотел вам рассказать о том, как сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками. Надеемся, что инструкция была для вас понятна и полезна, т.к. данный вариант является одним из самых простых видов самодельной зарядки для аккумулятора!

Читайте также:

• Как собрать распределительный щит
• Схема подключения однофазного электросчетчика к сети
• Почему работает УЗО

Хороший пример готового изделия

Мастер-класс по созданию более сложной модели

Опубликовано: 13. 11.2014 Обновлено: 23.04.2019 3 комментария

BU-403: Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов — Университет аккумуляторов

В свинцово-кислотных аккумуляторах используется метод заряда постоянным током и постоянным напряжением (CCCV). Регулируемый ток повышает напряжение на клеммах до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел напряжения заряда, после чего ток падает из-за насыщения. Время заряда составляет 12–16 часов и до 36–48 часов для больших стационарных аккумуляторов. При более высоких токах заряда и многоступенчатых методах заряда время заряда можно сократить до 8–10 часов; правда, без полной дозаправки. Свинцово-кислотные аккумуляторы медлительны и не могут заряжаться так же быстро, как другие аккумуляторные системы. (См. BU-202: Новые свинцово-кислотные системы)

При использовании метода CCCV свинцово-кислотные аккумуляторы заряжаются в три этапа: [1] заряд постоянным током, [2] подзаряд и [3] подзаряд. Заряд постоянным током обеспечивает большую часть заряда и занимает примерно половину необходимого времени заряда; верхний заряд продолжается при более низком зарядном токе и обеспечивает насыщение, а плавающий заряд компенсирует потери, вызванные саморазрядом.

При зарядке постоянным током батарея заряжается примерно до 70 процентов за 5–8 часов; оставшиеся 30 процентов заполняются более медленным доливочным зарядом, которого хватает еще на 7–10 часов. Подзарядка необходима для хорошего самочувствия батареи и может быть сравнима с небольшим отдыхом после хорошей еды. Если ее постоянно лишать, батарея в конечном итоге потеряет способность принимать полный заряд, а производительность снизится из-за сульфатации. Плавающий заряд на третьем этапе поддерживает аккумулятор в полностью заряженном состоянии. Рисунок 1 иллюстрирует эти три этапа.

Рис. 1: Стадии зарядки свинцово-кислотной батареи [1]

Батарея полностью заряжена, когда ток падает до заданного низкого уровня. Поплавковое напряжение уменьшается. Плавающий заряд компенсирует саморазряд, характерный для всех аккумуляторов.

Переключение с этапа 1 на этап 2 происходит плавно и происходит, когда батарея достигает установленного предела напряжения. Ток начинает падать по мере того, как батарея начинает насыщаться; полная зарядка достигается, когда ток снижается до 3–5 процентов от номинального значения Ач. Аккумулятор с высокой утечкой может никогда не достичь такого низкого тока насыщения, и таймер плато прекращает зарядку.

Правильная установка предельного напряжения заряда имеет решающее значение и находится в диапазоне от 2,30 В до 2,45 В на элемент. Установка порога напряжения является компромиссом, и эксперты по аккумуляторам называют это «танцами на булавочной головке». С одной стороны, батарея хочет быть полностью заряжена, чтобы получить максимальную емкость и избежать сульфатации на отрицательной пластине; с другой стороны, перенасыщение из-за отсутствия переключения на подзаряд вызывает коррозию сетки на положительной пластине. Это также приводит к газообразованию и потере воды.

Температура изменяет напряжение, что затрудняет «танцы на булавочной головке». Более теплая окружающая среда требует немного более низкого порога напряжения, а более низкая температура требует более высокого значения. Зарядные устройства, подверженные колебаниям температуры, оснащены датчиками температуры для регулировки зарядного напряжения для оптимальной эффективности зарядки. (См. BU-410: Зарядка при высоких и низких температурах)

Температурный коэффициент заряда свинцово-кислотного аккумулятора составляет –3 мВ/°C. Установив 25°C (77°F) в качестве средней точки, напряжение заряда должно быть уменьшено на 3 мВ на элемент для каждого градуса выше 25°C и увеличено на 3 мВ на элемент для каждого градуса ниже 25°C. Если это невозможно, лучше выбрать более низкое напряжение из соображений безопасности. В таблице 2 сравниваются преимущества и ограничения различных настроек пикового напряжения.

	от 2,30 В до 2,35 В/ячейка	от 2,40 В до 2,45 В/ячейка 9 0018
Преимущества	Максимальный срок службы; батарея остается холодной; температура заряда может превышать 30°C (86°F).	Более высокие и стабильные показания емкости; меньше сульфатации.
Ограничения	Медленная зарядка; показания емкости могут быть непостоянными и снижаться с каждым циклом. Сульфатирование может происходить без выравнивающего заряда.	Подвержен коррозии и газовыделению. Требуется дозаправка водой. Не подходит для зарядки при высоких комнатных температурах, вызывая сильный перезаряд.

Таблица 2: Влияние напряжения заряда на небольшую свинцово-кислотную батарею

Цилиндрические свинцово-кислотные элементы имеют более высокие настройки напряжения, чем VRLA и стартерные батареи.

После полной зарядки путем насыщения батарея не должна оставаться при максимальном напряжении более 48 часов и должна быть снижена до уровня плавающего напряжения. Это особенно важно для герметичных систем, поскольку они менее устойчивы к перезарядке, чем затопленные. Зарядка за пределами указанных пределов превращает избыточную энергию в тепло, и аккумулятор начинает выделять газ.

Рекомендуемое плавающее напряжение для большинства залитых свинцово-кислотных аккумуляторов составляет от 2,25 В до 2,27 В на элемент. Большие стационарные батареи при 25°C (77°F) обычно плавают при напряжении 2,25 В на элемент. Производители рекомендуют снижать поплавковый заряд при повышении температуры окружающей среды выше 29°С (85°F).

Рисунок 3 иллюстрирует срок службы свинцово-кислотной батареи, которая поддерживается при напряжении холостого хода от 2,25 В до 2,30 В на элемент и при температуре от 20°C до 25°C (от 60°F до 77°F). . Через 4 года эксплуатации становятся видны постоянные потери мощности, пересекающие 80-процентную черту. Эта потеря больше, если батарея требует периодических глубоких разрядов. Повышенный нагрев также сокращает срок службы батареи. (См. также BU-806a: Влияние нагрева и нагрузки на срок службы батареи)

Рис. 3: Потеря мощности в режиме ожидания ^[2]

Постоянная потеря мощности может быть сведена к минимуму при работе при умеренной комнатной температуре и подзарядном напряжении 2,25–2,30 В/элемент.

Не все зарядные устройства имеют плавающую зарядку, и очень немногие дорожные транспортные средства имеют эту возможность. Если ваше зарядное устройство продолжает заряжаться до предела и напряжение не падает ниже 2,30 В на элемент, отключите заряд через 48 часов зарядки. Подзаряжайте каждые 6 месяцев во время хранения; Ежегодное общее собрание акционеров каждые 6–12 месяцев.

Эти описанные настройки напряжения относятся к залитым элементам и батареям с клапаном сброса давления около 34 кПа (5 фунтов на кв. дюйм). Цилиндрический герметичный свинцово-кислотный элемент, такой как аккумулятор Hawker Cyclon, требует более высоких настроек напряжения, и пределы должны быть установлены в соответствии со спецификациями производителя. Несоблюдение рекомендуемого напряжения приведет к постепенному снижению емкости из-за сульфатации. Ячейка Hawker Cyclon имеет настройку сброса давления 345 кПа (50 фунтов на кв. дюйм). Это позволяет некоторую рекомбинацию газов, образующихся во время заряда.

Стареющие аккумуляторы представляют собой проблему при установке напряжения подзаряда, поскольку каждый элемент имеет свое уникальное состояние. Все элементы, соединенные в цепочку, получают одинаковый зарядный ток, и контролировать напряжение отдельных элементов, когда каждый из них достигает полной емкости, практически невозможно. Слабые клетки могут перегружаться, в то время как сильные клетки остаются в состоянии голодания. Ток с плавающей запятой, который слишком высок для выгоревшей ячейки, может сульфатировать сильного соседа из-за недозаряда. Доступны устройства балансировки ячеек, компенсирующие разницу в напряжениях, вызванную дисбалансом ячеек.

Пульсации напряжения также вызывают проблемы с большими стационарными батареями. Пик напряжения представляет собой перезаряд, вызывающий выделение водорода, в то время как впадина вызывает кратковременный разряд, который создает состояние голодания, приводящее к истощению электролита. Производители ограничивают пульсации зарядного напряжения до 5 процентов.

Много было сказано об импульсной зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов для уменьшения сульфатации. Результаты неубедительны, и производители, а также специалисты по обслуживанию разделились во мнениях. Если бы можно было измерить сульфатацию и применить правильное количество пульсации, то лекарство могло бы быть полезным; однако лечение без знания основных побочных эффектов может быть вредным для батареи.

Большинство стационарных аккумуляторов поддерживают подзарядку, и это работает достаточно хорошо. Другим методом является гистерезисный заряд , который отключает плавающий ток, когда батарея переходит в режим ожидания. Аккумулятор, по сути, помещается на хранение и только время от времени «заимствуется» для подзарядки для восполнения потерянной энергии из-за саморазряда или при приложении нагрузки. Этот режим хорошо подходит для установок, которые не потребляют нагрузку в режиме ожидания.

Свинцово-кислотные аккумуляторы всегда должны храниться в заряженном состоянии. Каждые 6 месяцев необходимо производить дополнительную зарядку, чтобы предотвратить падение напряжения ниже 2,05 В на элемент и сульфатацию батареи. С AGM эти требования могут быть смягчены.

Измерение напряжения холостого хода (OCV) во время хранения обеспечивает надежную индикацию уровня заряда батареи. Напряжение элемента 2,10 В при комнатной температуре показывает заряд около 90 процентов. Такая батарея находится в хорошем состоянии и требует только короткой полной зарядки перед использованием. (См. также BU-903: Как измерить степень заряда)

При измерении напряжения холостого хода соблюдайте температуру хранения. Холодная батарея немного снижает напряжение, а теплая повышает. Использование OCV для оценки состояния заряда лучше всего работает, когда батарея отдыхала в течение нескольких часов, потому что зарядка или разрядка взбалтывают батарею и искажают напряжение.

Некоторые покупатели не принимают поставки новых батарей, если OCV при входном контроле ниже 2,10 В на элемент. Низкое напряжение указывает на частичный заряд из-за длительного хранения или высокий саморазряд, вызванный микрозамыканием. Пользователи аккумуляторов обнаружили, что аккумуляторы с более низким напряжением, чем указано, имеют более высокую частоту отказов, чем аккумуляторы с более высоким напряжением. Хотя обслуживание на месте часто может привести такие батареи к полной производительности, время и необходимое оборудование увеличивают эксплуатационные расходы. (Обратите внимание, что допустимый порог 2,10 В/ячейка не применим ко всем типам свинцово-кислотных аккумуляторов в равной степени.)

При правильной температуре и достаточном зарядном токе свинцово-кислотные аккумуляторы эффективно обеспечивают высокую зарядку. Исключением является зарядка при 40°C (104°F) и низком токе, как показано на рис. 4 . Что касается высокой эффективности, то свинцово-кислотные аккумуляторы разделяют этот прекрасный показатель с литий-ионными аккумуляторами, который приближается к 99%. См. BU-409: Зарядка литий-ионных аккумуляторов и BU-808b: Что приводит к выходу из строя литий-ионных аккумуляторов?

Рис. 4. Эффективность заряда свинцово-кислотного аккумулятора ^[2]

При правильной температуре и достаточном зарядном токе свинцово-кислотные аккумуляторы обеспечивают высокую эффективность заряда.

Аргумент о быстрой зарядке

Производители рекомендуют заряд C-скорость 0,3C, но свинцово-кислотные могут заряжаться с более высокой скоростью до 80% состояния заряда (SoC) без истощения кислорода и воды . Кислород вырабатывается только при перезарядке батареи. 3-ступенчатое зарядное устройство CCCV предотвращает это, ограничивая зарядное напряжение до 2,40 В на элемент (14,40 В для 6 элементов) и затем снижая до плавающего заряда около 2,30 В на элемент (13,8 В для 6 элементов) при полной зарядке. . Это напряжения ниже стадии выделения газа.

Испытания показывают, что горячую свинцово-кислотную батарею можно заряжать при температуре до 1,5°C, если ток снижается до полного заряда, когда батарея достигает примерно 2,3 В на элемент (14,0 В с 6 элементами). Прием заряда самый высокий, когда SoC низкий, и снижается по мере заполнения аккумулятора. Состояние аккумулятора и температура также играют важную роль при быстрой зарядке. Убедитесь, что аккумулятор не «кипит» и не нагревается во время зарядки. Следите за аккумулятором при зарядке выше рекомендуемого производителем C-скорости.

Полив

Полив — это самый важный шаг в обслуживании залитой свинцово-кислотной батареи; требование, которым слишком часто пренебрегают. Частота полива зависит от использования, способа зарядки и рабочей температуры. Перезарядка также приводит к потреблению воды.

Новую батарею следует проверять каждые несколько недель, чтобы оценить потребность в поливе. Это гарантирует, что верхняя часть пластин никогда не будет обнажена. Неизолированная пластина получит необратимые повреждения в результате окисления, что приведет к снижению емкости и производительности.

При низком уровне электролита немедленно заполните аккумулятор дистиллированной или деионизированной водой. Водопроводная вода может быть приемлемой в некоторых регионах. Не заполняйте до нужного уровня перед зарядкой, так как это может привести к переполнению во время зарядки. Всегда доливайте до нужного уровня после зарядки. Никогда не добавляйте электролит, так как это нарушит удельный вес и ускорит коррозию. Системы полива устраняют низкий уровень электролита, автоматически добавляя нужное количество воды.

Простые рекомендации по зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов

• Заряжайте в хорошо проветриваемом помещении. Газообразный водород, образующийся при зарядке, взрывоопасен. (См. BU-703: Аккумуляторы, опасные для здоровья)
• Выберите соответствующую программу зарядки для литых, гелевых и AGM аккумуляторов. Проверьте спецификации производителя по рекомендуемым пороговым значениям напряжения.
• Подзаряжайте свинцово-кислотные батареи после каждого использования, чтобы предотвратить сульфатацию. Не храните при низком заряде.