Заряд акумуляторних батарей, Акумуляторні батареї

28.06.2016

Заряд акумуляторних батарей — Акумуляторні батареї

Сторінка 16 з 26

6. Заряд акумуляторних батарей

6.1. Способи заряду

Для заряду можна користуватися тільки постійним струмом. Якщо в розпорядженні є лише змінний струм, то він повинен бути перетворений в постійний. Це може бути здійснено за допомогою синхронного перетворювача, мотор-генератора або випрямляча. Загальноприйняті дві системи заряду: а) при постійній силі струму; б) при постійному потенціалі або постійній напрузі. Цей останній зазвичай злегка видозмінюється шляхом додавання послідовно з’єднаного з батареєю постійного опору малої величини, для того щоб обмежити початковий або пусковий струм і поліпшити кінцевий режим заряду. Така система називається модифікованою системою з постійною напругою.

Позитивний затискач джерела струму повинен бути з’єднаний з позитивним зажимом батареї таким чином, щоб зарядний струм протікав через батарею у напрямку, прямо протилежному напрямку розрядного струму.

6.1.1 .Заряд при постійній величині струму. При заряді постійною величиною струму останній, як на це вказує сама назва, залишається незмінним, що досягається застосуванням реостата, послідовно з’єднаного з батареєю, або ж шляхом регулювання напруги зарядного пристрою.

Вимагається величина струму підтримується шляхом виключення або зменшення опору, введеного в ланцюг, у міру ходу заряду, чим досягається підвищення напруги зарядного струму. Величина струму, що протікає через батарею, залежить від різниці між напругою самої батареї і напругою, прикладеною до батареї.

Хай будуть: прикладена напруга Е; струм, що протікає в якійсь даний момент, I; противо-е. д. с. батареї Єс; опір батареї R, тоді

E = Ec + IR,

звідки

Таким чином, якщо напруги як батареї, так і джерела струму однакові, ніякого струму не буде. Якщо напруга батареї буде менше напруги на затисках, струм піде в батарею, заряджаючи її, якщо ж, навпаки, напруга батареї буде вище напруги на затисках, то струм буде йти з батареї і розряджати її. Так як напруга батареї поступово підвищується із зростанням заряду, то ясно, що напруга, прикладена до її затискачів, повинне також зростати, причому в такій мірі, щоб величина зарядного струму залишалася незмінною. В батареях свинцево-кислотного типу точно визначений струм підтримується доти, покаво всіх елементах не почнеться рясне газоутворення, після чого він знижується, і при цій силі струму заряд доводиться вже до кінця. Величина кінцевого зарядного струму для тягових акумуляторів становить приблизно 40% від початкової. Число ампер-годин, потрібних для того, щоб досягти рясного утворення газів в свинцевому акумуляторі при нормальній початкової силу зарядного струму, становить близько 90 % числа ампер-годин попереднього розряду, якщо перед цим акумулятор був повністю розряджений. Виділення газів можна очікувати раніше, якщо передував розряд не повним. Коли починається рясне виділення газів, струм повинен бути ослаблений і заряд потім продовжено до тих пір, поки не почнеться знову сильне виділення газів.

На рис. 9-1 показана типова схема заряду при постійній величині струму.

Рис. 6.1. Схема зарядного пристрою акумуляторних батарей за методом струму постійної величини

Для ефективного заряду напруга повинна становити близько 2,5 на елемент при нормальній температурі і величиною струму, що дорівнює половині від його кінцевої величини*. Якщо напруга в ланцюзі перевищує цю величину, то максимальний опір має бути достатнім для того, щоб забезпечити зменшення напруги до вказаної величини. Бажано, щоб реостат був розрахований на струм, у 4-5 разів більший проти нормального, щоб забезпечити можливість підвищення величини зарядного струму акумулятора, при цьому необхідно передбачити, щоб проводка зарядного ланцюга могла безпечно витримати цей струм. Нових установках ця умова може бути легко виконана. При використанні існуючих модифікованих установок немає потреби, щоб допустима величина струму реостата перевищувала допустиму величину струму для проводки.

*Акумулятори з органічними розширювачами в негативних пластинах та акумулятори, що не містять сурми, будуть мати нормальне кінцева напруга заряду вище 0,2–0,3 в на елемент.

Величина опору в Омах дорівнює:

де Е – напруга зарядної системи; – число елементів батареї; – число вольт на елемент, постійна, рівна 2,5 для всіх типів і розмірів свинцево-кислотних акумуляторів; D – 50°/0 кінцевої величини струму (для свинцевих акумуляторів).

6.1.2. Кінцеве зарядний напруга. Напруга акумулятора протягом заряду безперервно зростає, досягаючи максимуму, коли заряд повністю закінчений.

Величина кінцевого напруги залежить від: 1) величини зарядного струму; 2) температуру; 3) внутрішнього опору акумулятора; 4) наявності в електроліті певних шкідливих домішок; 5) від складу сплаву решіток.

Сталість максимального кінцевого напруги може служити надійним критерієм повноти заряду. Проте слід враховувати й інші показники закінчення заряду: питома вага електроліту, рясне і рівномірне газовиділення, потенціали пластин і число даних акумулятору ампер-годин.

Критичною температурою для заряду кислотних акумуляторів є температура 49° С. При цій температурі зарядний струм стає нестійким і може часом досягати величини, небезпечної для акумуляторів та іншого обладнання.

6.1.3. Закон ампер-годин. Свинцево-кислотні акумулятори, які перебувають у стані нормального розряду, можуть при заряді швидко поглинати електричну енергію без перегрівів або надмірного газоутворення. Тому заряд акумулятора можна починати режимами більш високими, ніж так званий нормальний або початковий режим заряду. Термін «початковий режим» для свинцево-кислотних акумуляторів швидко виходить з ужитку, але кінцевий режим заряду залишається і зараз питанням першорядної важливості.

Практично режим заряду обмежується зростанням температури надмірної величини і надмірним газоутворенням. Ці явища мають значення при визначенні найкоротшого часу, що акумулятор може бути повністю заряджений. В результаті численних дослідів встановив, що якщо режим заряду в амперах тримається на рівні, меншому, ніж число відданих батареєю ампер-годин, то умови щодо температур і газоутворення будуть задоволені. Це означає, що якщо від батареї при попередньому розряді було взято 200 ач, то заряд можна почати режимом, трохи менше 200 а. Але очевидно, що режим заряду має поступово знижуватися так, щоб зарядний струм в амперах був завжди менше, ніж кількість ампер-годин, що бракує батареї до отримання 100%-ного заряду. Це правило відоме як «закон ампер-годин».

Старий метод заряду струмом постійної величини в два ступені, начинаемый «початковим режимом» і заканчиваемый «кінцевим режимом», задовольняє по суті «закону ампер-годин», але не використовує можливостей для більш швидкого заряду. Якщо заряд ведеться послідовно зменшуються режимами згідно з «законом ампер-годин», то такий процес іноді іменується ступінчастим методом заряду. Ступінь наближення ступінчатого методу до закону ампер-годин практично обмежується числом ступенів. Теоретично при достатньо великому числі ступенів зарядний струм буде слідувати експоненціальним законом, выражаемому рівнянням I=А-t, I — зарядний струм, a; t — час, год; — кількість ампер-годин, отриманих від батареї перед початком заряду, тобто тобто для t = 0.

Практичні випробування показали, що мінімальний час повного заряду, включаючи 15%-ний перезаряд, становить приблизно 4 ч.

Якщо «быстрозаряжателями» користуватися з розумом, віддаючи належну увагу обмеження температури і надмірного газування, вони можуть служити бажаним цілям. Однак слід пам’ятати, що заряд, повідомлений акумулятору за 20-30 хв. не може бути повним зарядом. Можна дати акумулятора всього близько 50% від повного заряду, надлишковий струм при цьому витрачається на газоутворення. Однак цього заряду достатньо, щоб акумулятор повернув частково працездатність. Відсутня частина заряду може бути повідомлена акумулятору поступово, під час руху автомобіля. Нижче описані деякі типи «быстрозаряжателей».

По іншому методу ступінчастий заряд починається струмом відповідно до першого методу, але потім величина зарядного струму знижується всякий раз, як напруга досягає 2,35 на елемент.

При заряді залізо-никелевьих акумуляторів струмом постійної величини струм залишається незмінним протягом усього часу, необхідного для повного заряду, зазвичай 7 год. Закінчення заряду може бути також визначено по постійності напруги, яке зазвичай при повному заряді становить 1,8–1,9 вна елемент. Точна величина залежить від температури.

Так як питома вага електроліту у цих акумуляторах залишається і при заряді і при розряді незмінним, то єдиними ознаками закінчення заряду є незмінність напруги, як вказувалося вище, і тривалість заряду.

Якщо під час заряду температура електроліту перевищить 46°С, необхідно негайно перервати заряд і дати акумулятору можливість охолонути.

6.1.4. Заряд при постійному потенціалі. При заряді з постійним потенціалом напруга підтримується весь час на одному рівні при певному числі вольт на елемент. Величина початкового зарядного струму для абсолютно розрядженої батареї повинна бути значно більше нормальної. В продовження заряду, коли напруга батареї поступово зростає, сила струму знижується до величини, значно меншою, ніж для нормального режиму, а до кінця заряду вона стає ще менше, ніж кінцева сила струму при заряді способом постійного струму. Середня величина сили струму приблизно дорівнює нормальною.

В батареях свинцево-кислотного типу максимальна напруга немодифікованого заряду при постійному потенціалі не має перевищувати 2,35 вна елемент, мінімальне повинно бути не менше 2,25.

При середньому встановленому напрузі, рівному 2,3 вна елемент, батарея може бути переключена на заряд у стані будь-якого ступеня розрядженості, і вона автоматично буде правильно заряджатися, не доходячи до рясного газоутворення або надмірної температури. Необхідна, проте, відома обережність, оскільки легкі коливання у напрузі лінії можуть викликати великі зміни у величині зарядного струму. «Модифікований» метод заряду з постійним потенціалом, описаний нижче, у цьому відношенні більш безпечний.

6.1.5. Модифікований спосіб заряду з постійним потенціалом. На початковій стадії немодифікованого заряду при постійному потенціалі потрібно дуже великий зарядний струм. У цьому випадку необхідно обмежити величину початкового або пускового струму, для чого в ланцюг послідовно з батареєю включається постійний опір малої величини. Такий прийом відомий під назвою способу з полупостоянным потенціалом або модифікованим способом з постійним потенціалом.

У практиці, коли застосовується метод модифікованого постійного потенціалу, напруга на шинах підтримується постійним на деякій величині, в межах від 2,5 до 3,0 в на елемент.

Для заряду залізо-нікелевих і кадмій-нікелевих акумуляторів напруга на зарядних шинах має бути мінімум 1,85 в на елемент і максимум 2,30 ст.

6.1.6. Двоступінчастий автоматичний заряд. Більш сучасним способом скорочення часу, необхідного для заряду батареї при підвищеній напрузі, є так званий двоступінчастий заряд. На першій ступені, коли акумулятор може швидко поглинати енергію заряду, заряд ведеться через малий опір. На другий щаблі в зарядну ланцюг вводиться великий опір, і зарядний струм знижується до величини кінцевого режиму. Перехід з першої сходинки заряду на другу здійснюється автоматично від допоміжного контакту лічильника ампер-годин або реле напруги.

Двоступінчастий заряд акумуляторних батарей особливо зручний при застосуванні випрямлячів в якості джерел зарядного струму.

6.1.7. Зрівняльний заряд. Як випливає з самої назви, зрівняльний заряд служить для виправлення відхилень від нормальних параметрів в окремих елементах батареї, що виникають в процесі експлуатації. В сутності це продовжений понад необхідний заряд кінцевої силою струму або краще меншою.

Частота проведення зрівняльних зарядів залежить від умов експлуатації. Для батарей, що працюють з постійним зарядити, досить такий заряд давати 1 раз в місяць. Напруга на елементах піднімається на кілька десятих вольта і підтримується протягом заданого часу. Чим більший цей час, тим менше потрібно збільшення напруги. Для батарей, що працюють в режимі заряд–розряд, один з регулярних зарядів дається як зрівняльний.

Акумуляторні батареї з щодобовим циклом заряд–розряд на тягачах і автокарах повинні щотижня отримувати зрівняльний заряд. Зрівняльний заряд повинен продовжуватися до тих пір, поки питома вага електроліту і напруга акумуляторів перестане підвищуватися і буде незмінним протягом кількох, зазвичай 3, годин. При цьому зарядний струм повинен залишатися незмінним весь цей період.

Зрівняльний заряд нейтралізує вплив глибоких розрядів на негативні пластини, і деякі фірми рекомендують для підтримки у хорошому стані як негативний, так і позитивних пластин піддавати акумулятори повного уравнительному заряду •після випадкових глибоких розрядів.

Кожні 3 або 4 міс. необхідно реєструвати відліки напруги і питомої ваги кожного елемента. Якщо при цьому виявляється зростаюча зміна у питомій вазі, то це є ознакою захворювання елемента, наприклад сульфатирования, витоку і т. п.

Питома вага в окремих елементах повинен бути доведений до норми як в тому випадку, якщо батарея була пущена в роботу в перший раз, так і у випадку необхідності додати електроліт в який-небудь елемент на відшкодування втрати від проливаний або яких-небудь інших причин. Це слід робити до кінця зрівняльного заряду. Якщо питома вага виявляється занадто високим, то частина електроліту повинна бути отсосана з допомогою піпетки з грушею і замінена дистильованою водою. Точно так само питома вага може бути підвищений шляхом заміни відібраної частини електроліту свіжим електролітом з питомою вагою на 50 пунктів вище старого. Зрівняльний заряд повинен продовжуватися і під час додавання електроліту і деякий час після нього до повного перемішування електроліту в елементі. Остаточний питома вага встановлюється декількома послідовними відліками з проміжками між ними 15 хв Питома вага не повинен відхилятися від норми більше ніж на 0,005 в ту або іншу сторону з урахуванням поправки на температуру.

Лужні батареї Едісона не вимагають зрівняльного заряду, якщо вони отримують після кожного розряду підвищений заряд. Якщо питома вага електроліту впав у них до меж, зазначених у розділі 3, то електроліт повинен бути замінений свіжим.

6.1.8. Заряд підвищеним струмом (дозаряд). В деяких умовах ампер-годинна ємність батареї може виявитися недостатньою для добової роботи.

В такому випадку короткочасний заряд великим струмом може відновити витрачені ампер-години. Цей дозаряд дається батареї зазвичай в години обідньої перерви. Рис. 6.2 зображує величину струму в залежності від часу, прийняту для дозаряда батарей свинцево-кислотного типу.

Для дозаряда батарей ефективно застосування так званих быстрозаряжателей. Для автомобільних батарей зазвичай застосовуються быстрозаряжатели з початковим струмом 100 а поступово знижується до 80 . Деякі з цих пристроїв мають регулювання по часу, інші по температурі або напрузі. Температура дуже важлива при зарядах такими високими струмами. Тому температура електроліту не повинна перевищувати 52° С. Для контролю а зарядом у разі відсутності пристрою автоматичного термостатичного контролю бажано застосування термореле. Термореле з уставкою 52° С опускається в один з акумуляторів. При досягненні електролітом температури 52° С реле замикає ланцюг звукового або світлового сигналу. Всі газові клапани на кришках елементів повинні бути відкриті, і коли через батарею буде проходити 100 а напруга на її затисках не повинна перевищувати 8,5 а. На затискачах батарей з високим внутрішнім опором, викликаним сульфатацией, низькою температурою або іншими причинами,

напруга буде перевищувати 8,5 , якщо не обмежити струм значно меншою величиною. Таким батарей слід дати тривалий заряд малим струмом. Холодні батареї необхідно заряджати таким струмом, щоб напруга також не перевищувала 8,5 ст.

Рис. 6.2. Заряд свинцево-кислотного акумулятора тягового типу. Заряд проводиться модифікованим методом постійного потенціалу. Напруга зарядних шин 2,63 вна елемент, фіксоване опір 0,0091 Ом.

1 — струм заряду; 2 — повідомлена ємність: 3 — температура елемента; 4 —

температура приміщення; 5 — напруга на шишах; б — напруга

елемент; 7 — питома вага електроліту.

Для батареї залізо-нікелевого типу дозаряд можна застосовувати за умови, щоб температура всередині елементів не перевищувала 46° С. Рекомендований режим заряду наступний:

5 хв при 5-кратному нормальному режимі

15 » » 4 » » «

30 » » 3 » » «

60 » » 2 » » «

Поява піни в отворі для доливання є ознакою того, що дозаряд дано занадто великий.

6.1.9. Безперервний заряд. Безперервний заряд батареї ведеться слабким струмом, приблизно рівним внутрішнім втрат батареї і здатним підтримувати її повністю зарядженою. Заряди слабким струмом дають для свинцевих батарей задовільні результати за умови, що заряд, що отримується батареєю, достатній для покриття саморозряду. Цей спосіб заряду найбільше зручний для пластин пастированного типу. Безперервний заряд застосовується в різних випадках, наприклад при зберіганні акумуляторів, заповнених електролітом.

Через правильні проміжки часу необхідно виймати пробки з кришок і, якщо потрібно, додавати води в елементи. Слід зауважити питома вага для кожного з елементів на початку заряду і повторювати відліки через відомі проміжки часу. Зарядний струм можна довести до такого мінімуму, при якому питома вага електроліту зберігається постійним.

Безперервний заряд дуже слабкими струмами застосовується не тільки для поповнення внутрішніх втрат батареї, але і для компенсування переривчастих розрядів невеликої величини.

Безперервний заряд може бути застосований і до лужних акумуляторів. Рекомендований режим змінюється в межах від 0,125 до 0,25 на позитивну пластину розміру А. На більші чи менші пластини струм береться пропорційно.

Дійсний режим безперервного заряду в будь-яких умовах залежить від режиму розряду, прийнятого для даного акумулятора. Підвищений режим безперервного заряду застосовується для акумуляторів з нормальним режимом розряду 5 год і менше. Безперервний заряд невеликими струмами застосовується для акумуляторів, разряжаемых порівняно довгими режимами. Режим безперервного заряду, належним чином застосований, може трохи збільшити ємність батареї.

У разі переривчастого розряду батареї додатково до нормального режиму безперервного заряду необхідно передбачати покриття втрат на розряд. У цьому випадку безперервний зарядний режим повинен бути підвищений на 10% від середнього режиму розряду.

Для визначення режиму підвищеної безперервного заряду лужних акумуляторів, які працюють на переривчастому розряді, Аллен запропонував емпіричну формулу

У цьому рівнянні:

I — шуканий струм, а;

— ємність батареї при нормальному режимі розряду, ач;

D — середнє число ампер-годин, отнимаемых у батареї за добу;

Н — сумарний час розряду, год.

Формула, однак, справедлива лише за умови, що Н значно менше 24. В іншому випадку зарядні струми, обчислені за формулою, не можуть розглядатися як струми безперервного заряду.

6.1.10. Режим постійного підзаряду. Під режимом постійного підзаряду розуміється режим, при якому напруга зарядного пристрою, постійно підключений паралельно акумуляторної батареї, трохи вище напруги розімкненого батареї і протилежно їй по полярності.

Якщо батарея з’єднана з шинами, напруга яких приблизно дорівнює напрузі розімкненої батареї, то остання буде заряджатися або розряджатися в залежності від того, чи буде збитий напруга на шинах вище або нижче напруги батареї.

Таким чином, батарея автоматично регулює потужність, необхідну для покриття коливань навантаження, і завжди знаходиться в стані повного заряду.

Акумулятори, решітки пластин яких містять кальцій, переважно застосовуються для роботи з постійним зарядити на телефонних станціях. Струм підзаряду таких акумуляторів, необхідний для підтримання стану повного заряду, складає всього 0,2–0,125 від струму, необхідного для акумуляторів зі свинцево-сурьмянистыми решітками при інших рівних умовах. Кількість води, доданої в елемент для підтримки рівня електроліту на належному рівні, пов’язано з певним ставленням обсягами перезаряду батареї і тому може бути використане як засіб перевірки правильності обраного режиму підзаряду. Занадто велика витрата води свідчить, що вибраний режим занадто високий. Заводи-виробники зазвичай регламентують максимум добавки води.

Акумуляторні батареї зазвичай встановлюються також на електростанціях і підстанціях для забезпечення безперервної подачі струму як для контрольного та захисного обладнання, так і для аварійного освітлення. Такі батареї зазвичай складаються з 60 елементів.

Лужні акумулятори мають дещо більшу різниця напруги при заряді і розряді; в режимі постійного підзаряду вони використовуються в ланцюгах виробничої та охоронної сигналізації для управління вимикачами.

6.1.11.Режим постійного заряду. Акумуляторні батареї, що заряджаються за цим принципом, так само як і при постійному зарядити, довгостроково з’єднані з джерелом зарядного струму. Різниця полягає в тому, що коливання між станом повного заряду і часткового розряду більш тривалі. Заряд і розряд в цьому режимі здійснюються автоматично. Найбільш відомим прикладом такої роботи є робота автомобільної батареї. Вона розряджається при пуску двигуна, живлячи запалювання та освітлення до тих пір, поки автомобіль не набере певну швидкість. Потім навантаження бере на себе генератор, а батарея переходить в режим заряду і готується до наступного розряду.

Короткий опис статті: акумуляторна батарея це електричні мережі-електричні мережі, обладнання, підстанції, охорона праці

Джерело: Заряд акумуляторних батарей — Акумуляторні батареї

Також ви можете прочитати