Теория на заряд на акумулаторните батерии

[getca]

Да допълня за заряд на оловните акумулатори с намалено газоотделяне и десулфатизация:
  - заряд с ток 1/10 от капацитета на батерията;
  - разряд с ток 1/10 от зарядния;
  - време заряд/разряд 1/3;
  - дозаряд с малък ток при максималното напрежение.
На практика зарядното представлява генератор на ток за U_ак<U_макс и генератор на напрежение за U_ак=U_макс. За киселинните акумулатори меродавна е гъстотата на електролита, като оптималната стойност при различни температури е различна. Затова на качествените батерии има око отгоре, което е зелено при достигане на оптималната гъстота. Преди студовете зареждах моя акумулатор на каручката и се оказа, че трябва да го държа 2 дни на зарядното за да светне окото зелено. Така че напрежението е само ориентир за достигане на заредено състояние, но не и показател.

[EDM electronics]

Да, теорията е абсолютно вярна. Но колко от Вас са си правили такова зареждане. Прекалено сложно е и не е универсално. Дори купешките зареждачки са от най-простите с генератор на ток, като производителя дава схема с времето на заряд /да се следи/ от капацитета на акумулатора.

Имам много устройства работещи на батерии с най-различен волтаж, но всички тях зареждам с универсалния захранващ блок, като първо нагласям максималното напрежение, после от защитата си избирам зарядния ток. Така никога не може да се презареди батерията, защото след достигане на напрежението, консумацията спира и може да стои с дни, на принципа на зареждане на оловните акумулатори в колите. Иначе за всяко устройство щеше да ми трябва отделно зарядно устройство.

Вярно, с пулсиращо напрежение батерията ще може да се зареди до максималния и капацитет, докато по простия метод вероятно до 85-90%, но пък не се отделя толкова специално внимание на акумулаторите.

Импулсното зареждане е препоръчително там, където се цели пълното използване на капацитете на батерията и достигането на повече на брой цикли, като при GSM-ите.

Има и нещо друго - обявените капацитети на акумулаторите са измерени при много ниски консумации, примерно да се разрежда със светодиод. Реално съм правил експерименти с нови, от всички видове акумулатори, като ги разреждам с 1/10 от капацитета и резултата е, че реалния капацитет е от порядъка на 70%. Ако пък се разрежда с по-големи токове от 1/10, капацитета започва да пада, вече има големи топлинни загуби.

За импулсно зареждане на акумулатори предлагам следния вариант:
Универсален импулсен стабилизатор, на който му се изключва филтриращия електролит с едно ключе, след свързване на акумулатора за зареждане - http://mazeto.net/index.php?topic=2848.msg16796#msg16796

[Seeker]

А какво се прави при клетка накъсо на оловен акумулатор с течна киселина?

[EDM electronics]

Зевиси как е укъсила, а и няма как да се знае. Аз бих постъпил така: Слагам на заряд на максимален ток, да речем 10-15 А. Така бурно се разбълникват утайките, сулфатите и късото може и да изчезне. Преди доста години съм спасявал така акумулатор.

[Seeker]

Пуснах не 15, а 80А. Другите клетки бълбукат страшно, а повредената не пуска и едно мехурче. Интересно ми е какво точно е късото между плочите. Ако е проводима утайка, би трябвало да се прекъсне при енергично разклащане. Или при протичане на силен ток.  А то се държи като дебел проводник, здраво закрепен между електродите.

[EDM electronics]

Вероятно има пробит сепаратор, изкривени плочи, които укъсяват или парче от плоча, което е укъсило и вероятно се е заварило. Но докато не се направи дисекция само ще се гадае.

Навремето имаше майстори по акумулаторите в сервизите от тоталитарния строй. Ако е останал някой жив от тях, може да ти смени цялата клетка.

Иначе, аз бих си купил направо нов.

[krasipet]

При зареждане на оловни акумулаторни батерии за намаляване на газоотделянето, премахване на сулфатизацията, намаляване на температурата и увеличаване живота на акумулатора може да се използва режим "заряд- разряд".
Съотношенията са следните:
Зарясен ток до 80% от капацитета на батерията (ако се зарежда с такъв ток целия цикъл за зареждане на АБ не бива да превишава 135мин.)
Съотношение заряден- разряден ток 5/1
Време заряд- разряд 300/25 секунди.
Аз съм си направил такова у-во. Разреждам през жично съпротивление с 2,5А и зареждам с регулируем изправител с 12,5 А.
Управлението е с NE555.
Време за заряд... до достигане гъстота на електролита 1,28.

[Радeв]

Altium ми беше пратил интересна японска разработка за импулсен заряд/разряд на акумулатори "Nobel High Current Pulse Charging Method for Prolongation of Lead-acid Batteries". Самият активатор се включва паралелно на акумулатора и конвенционалното зарядно. Някой правил ли е нещо подобно?

Концепцията е горе долу като на колегата krasipet, но малко по-интелигентно е решението.
Аз ще си направя такава джаджа понеже LiFePo все още са доста скъпички. А пък има какво още да се изцеди от киселинните.
Чудно ми е само, дали това важи и за геловите акумулатори.
Всъщност има ли разлика м/у гелови и силиконови?

Методът, според японците, е доста добър. Включена паралелно на конвенционалното правотоково зарядно устройство, схемата създава мощни кратковременни отрицателен (28А) + положителен (20А) токови пикове, които спомагат за много правилно зареждане на акумулатора и десулфатизиране (ако е скапан).

Нарисувах схемата малко по-прегледно:

[Радeв]

Характеристики на гелови клапанно-регулирани оловно-киселинни батерии:

VRLA акумулаторни батерии
Характеристики на гелови клапанно-регулирани оловно-киселинни батерии

 Съвременните оловно-киселинни акумулаторни батерии (АБ) използват за активна маса на положителния електрод оловен двуокис, а за отрицателния – чисто олово. В качеството на електролит се използва воден разтвор на акумулаторна сярна киселина. При разряд активната маса се преобразува в оловен сулфат. При заряд се наблюдава обратният процес. Производителите отдавна легират решетките на електродите, задържащи активната маса с 5,0 - 6,5 % антимон и 0,1-0,2 % арсен. Добавките подобряват експлоатационните параметри, но повишават разхода на вода и ЕДН на АБ. Предлагат се и батерии с понижено съдържание на антимон до 2,5% и по-малко, които са с повишаван ресурс. Разработени са и модели, при които атимонът на отрицателните електроди е заменен с калций. По този начин се понижава разходът на вода, а след легиране с калций и на положителните електроди, практически АБ не се нуждаят от доливане на вода през целия им експлоатационен срок. Последващото развитие бе в посока легиране на положителните електроди със сребро. В момента се работи върху развитието на никел-кадмиеви (Ni-Cd), никел-водородни (NiH), никел-метал-хидридни (NiMH) и литиеви акумулаторни батерии.

През последните години все по-широко се използват т.нар. VRLA (Absorptive Glass Mat), или клапанно-регулирани оловно-кисели батериТе използват две технологии - SLA и, по-новата технология - AGM. Характерно за тях е, че отделеният кислород на положителните електроди и водород на отрицателните електроди влизат в реакция. Резултатът е образуване на вода. Такива АБ са оловно-киселинни или SLA. Коректно е да се наричат херметизирани, а не херметични заради наличието на клапан. Той предотвратява увеличаване на налягането над определената стойност, възпрепятства навлизането на кислород, който разрушава отрицателните електроди. При клапанно-регулираните оловно–киселинни капсуловани батерии VRLA – SSB или GEL, клапанът се отваря автоматично при достигане на 100 - 200 mbar в херметизирания корпус.
Съществуват различни видове акумулаторни батерии, базирани на VRLA технология:
l никел-металхидридни (NiMH);
l никел-кадмиеви (NiCd);
l оловно-киселинни (SLA, VRLA, SLI, MVR);
l литиево-йонни (Li-Ion);
l литиево-полимерни;
l алкални и др.
 
Причини за взривяване на батериите
Причина за взривяването на батериите е ефектът на интензивно газоотделяне в случай на презареждане. Нарича се „електролитно разлагане на водата”, но сред автомобилните специалисти е познато като „кипнал акумулатор”. Газовете постепенно се събират под капака на АБ, като повишават вътрешното налягане. Концентрацията им е толкова голяма, че е необходима незначителна искра, за да се взриви АБ.
Нека разгледаме една типична оловно-киселинна АБ, която е заредена и след това е включена на подзаряд. От електролизата - водата в електролита се разлага на кислород и водород. Естествено, сместа от водород (с концентрация около 4%) и въздух е добре да се следи, защото е взривоопасна. По тази причина във VRLA батериите се изисква водородът да не достига концентрации, които са по-високи от 2%. Клапанът, с който са оборудвани те, включва кислорода в рекомбинация и минимизира водорода. В резултат АБ има ниво на рекомбинация 95 - 99%, което означава, че водородът е сведен до минимум. Независимо от типа, всяка оловно-киселинна АБ отделя газообразен водород при презареждане. Ако се презарежда с ниско напрежение, следователно и с нисък ток, капачките, изпълняващи ролята и на отдушници на всяка клетка, успяват да разсеят газа в околната среда. В случаи на неефективна вентилация или неизправна АБ е възможно да се стигне до опасна концентрация на водород и кислород в нея. Това е и причината при опериране с АБ, да се използват лични предпазни средства.
Предимства на оловно-киселинните батерии
l сравнително ниска производствена и експлоатационна цена;
l надеждна и проверена в практиката технология на обслужване и производство;
l малък саморазряд – най-нисък в сравнение с други типове АБ;
l елементарно обслужване;
l допустими високи токове на разряд.
Недостатъци на оловно-киселинните АБ
l не допускат съхранение в разредено състояние;
l отличават се с ниска енергетична плътност – значителното тегло ограничава приложението им в стационарни и подвижни обекти;
l ограничен брой цикли до пълен разряд;
l киселинният електролит и оловото оказват вредно въздействие върху околната среда;
l при неправилен заряд е възможно прегряване.
l при ниски температури съществено се понижава капацитетът им.

Гелови акумулаторни (SLA) батерии
Гел е латинска дума (gelu), която означава студ и лед. На практика означава колоидна система, в която порестата мрежа с взаимно свързани наночастици са разпределени в течна среда. Гелът представлява композиция, наподобяваща повече твърдо тяло. Характерно за материала е явление, при което той изгубва свойствата си на гел под действието на вибрации, както и обратното явление, при което ги възстановява при покой. Гелообразният електролит се получава, като в течния разтвор на акумулаторна сярна киселина се добави сгъстител, например силициев двуокис (SiO2) или друг реагент.
SLA представляват клапанно регулирани оловно-киселини АБ с гелов електролит. Те са необслужваеми, защото молекулите на водорода и кислорода се съединяват в порите, образуващи гел-електролита, в резултат на което се образува вода.
Геловите клапанно-регулирани оловно кисели АБ са много по-различни от класическите оловно-киселинни батерии. Те използват по-малко електролит (акумулаторна сярна киселина). Характерно за тях е, че кислородът - отделен на положителния полюс, и водородът - отделен на отрицателния, подпомогнати от високото налягане и катализатор, се свързват отново. Резултатът е образуването на вода. Ролята на клапана, както вече бе подчертано, е да защитава батерията от свръхналягане.
Използват се широко в UPS
Технологията дава възможност за получаване на много висок коефициент на мощност. Използването им във вертикално положение не е задължително. Електролитът, във форма на гел, фактически не се изпарява. Това е и причината те да се използваш широко в непрекъсваеми токозахранващи системи. Първоначално са били използвани в космически кораби, подводници и в авиацията.
Този вид АБ изискват постоянна температура (около +25 °С) и стабилно напрежение на заряд. Свободните от вода пори в гела се използват за рекомбинация на намиращите се вътре в батерията газове. При тях отсъства ефект на „утаяване”, изразяващ се в увеличаване плътността на електролита в основата на съда. Този ефект е толкова по-силно изразен, колкото е по-висока АБ.
Електролитът във вид на гел се образува, като се добави ситно смлян силициев двуокис в сярна киселина. Той осигурява пълна херметичност на АБ така че газоотделянето се извършва в порите на гела. Тези батерии се отличават с много голяма устойчивост на дълбок разряд и дълъг експлоатационен живот (повече от 20 г.). Както вече бе посочено, могат да се съхраняват във всяко пространствено положение. Въпреки добрите си качества, те не се използват масово в автомобилите. Причина са високите изискванията към електрооборудването и рязкото падане на пусковия ток при стартиране на двигателя в студено време.
Конструкторите работят в посока отстраняване на честите вътрешните къси съединения. Тези акумулаторни батерии се зареждат първоначално с асиметричен променлив ток (съотношение 1 към 10), а към края на заряда се преминава на изцяло постоянен ток, с малка стойност, и напрежение 2.26 V. Методът позволява повишаване на капацитета им. Задължително е използването на специално зарядно устройство, защото е много важно поддържането на определено съотношение между положителната и отрицателната полувълна по време на заряд, както и точният момент за преминаване към постоянен ток на зареждане. Устройствата за зареждане задължително следва да имат устройство за токоограничение.
Кога гелът се превръща в електролит?
Както всяко техническо решение и геловите VRLA батерии имат недостатъци. В някои модели - след известно време на експлоатация, се наблюдава превръщане на гела в обикновен електролит. Причините могат да бъдат различни. Например, ако напрежението на заряд е по-високо от номиналното, гелът се разрушава. Освен това, ако са подложени на вибрации, гелът също се разрушава и утаява. В случай че действието на вибрациите е за кратко време и те не надминават определено ниво, електролитът отново се превръща в гел.
Геловите VRLA батерии могат да дадат огромен ток, но обикновено само при температури над +20 °С. При работа в среда с ниска температура характеристиките им се понижават значително. За да се постигнат добри характеристики, геловите АБ трябва да се експлоатират съобразно предписанията на производителя – гранично напрежение, не по-високо от 2,30 V на клетка, и температура на околната среда, не по-ниска от +5 °С.
Източник: http://www.tllmedia.bg

Източник: http://quazerel.blogspot.com/2010/11/online-sunlight.html

Altium: прикаченият от теб десулфатизатор (pdf) съм го правил преди месеци, не показа абсолютно никакъв положителен резултат.

[Радeв]

Правя експерименти с японския десулфатизатор/активатор за акумулатори.

Имам 2 стари гелови батерии 12V 7.5Ah от ЮПС. Едната издържа 7.54min при 3,6A товар като я разредих до 10,5V.

Схемата, дадена в журнала според мен е проектирана от теоретици. Тези големи кондензатори... Аз пробвах със 100uF електролитни, но го нямаше положителния пик и загряват. Киломите на гейта на полевия транзистор са неоснователни, излишен е диода  дрейн-сорс /mosfet-a си има собствен паразитен такъв, който е бърз/.

На осцилограмата е при 1uF /керамичен и ссср-ски в железен корпус/. Трансформатора е от ATX захранване. Първичната и вторичната са по 5 навивки от снопове от 8 ката лакирана медна тел. Като донапипам нещата, ще пусна конкретнатасхема. Кондензаторите се затоплят, и смятам да вържа паралелно няколко керамични по 1uF. Предпазител е желателно да има, защото гръмнах един IRFZ44N... едва не ми отнесеглавата!

П.С. Сондата ми е 1:10!
Схемата на мултисим Altium, я модифицира да е по-нагледна.
С тези импулси малко на солид стейт Бедини прилича, а и се държи така.
Дрсела съм го навил на жълт ферит от филтър, но много загрява.... изглежда не е подходящ... трябва да е трансформаторен с процеп.

[Радeв]

Навих нов дросел с междина. Сега само кондензаторите загряват, но не виждам как може да се реши това. Освен с по-високоволтови кондензатори и повече в паралел. Започнал съм да правя цикли в/у геловата батерия ще пиша за резултати.

П.С. Кабелите са дебели, но се затоплят.

[Радeв]

На снимките в предните постове не мерех напрежението директно от клемите, и явно е имало значителен пад по кабелите.
Вчера цял ден цикли, днес също. Оптимизирах малко схемата. Вдигнах честотата ~2x. С това се появи леко затопляне на радиатора и имп. трансформатора. Паралелните гроздове кондензатори са по 5.25uF. По-тънките кабели се затопляха, клемите на акумулатора също. Сменени са всички със дебели, а предпазителя го махнах. Токовите пикове ги мерих през 0.1Ohm резистор - 10A са, без него ще са повече.
Утре ще измеря капацитета на акумулатора.

[Радeв]

Резултати на гелов акумулатор №1 12V 7.5Ah след 15-20 часа циклeне:
преди - 7.54min на 3,6A до 10,5V
сега  - 10min  на 3,6A до 10,5V
Определено има някакъв ефект но, явно доста повече часове са необходими.
Може ли да се провери състоянието на гела? И евентуално да се долее вода?

П.С. Акумулатора вдига отворено напрежение до 12.75, но не може да дава ток => е много сулфатизиран според мене. /т.е. площтта на електродите е намаляла/
Според мене най-добрия режим за десулфатизиране е напрежението на акумулатора да се държи близко до зареденото а десулфатизатора да удря с мощтни разряд/заряд импулси.

[Радeв]

Десуфатизатора явно не помага особенно на старите акумулатори....
Днеска при последния тест издържаха 9,4 минути. Като преди 3 дни им долях дистилирна вода. Сега виждам че гела я е поел, ще долея още и продължавам, но не съм особенно обнадежден....

П.С. Пое още доста водичка .....

[Радeв]

21 мин. издържа. Не е кой знае какво но е 3 пъти подобрение спрямо началото.
След доливането свода, и няколко дена на нефилтрирано имп. зарядно /AT захранване с 13.8V в изхода/.
Има реактивна енергия при това зарядно - при напълно зареден акумулатор и превключване на клемата - преискрява.