Уравнительный заряд аккумуляторов? Легко!
Часть первая. Уравнительный заряд.
Все автолюбители знают, что кислотные аккумуляторы имеют свойство сульфатироваться. Причём, сульфатация, в конечном счёте, неизбежна независимо от режима эксплуатации батареи. Продлить жизнь батареи несложно, если разобраться с этим "роковым" процессом. И так, вникайте.
Не вдаваясь в тонкости электрохимических явлений вам необходимо понять суть процесса. В работе аккумулятора участвуют: водный раствор серной кислоты H2SO4, свинцовые пластины Pb, электрический заряд от внешнего источника и электрический разряд. Внешний источник - это генератор автомобиля, а разряжается батарея на потребителей энергии (стартер, катушка зажигания, лампы и т.п.).
Сульфатация пластин - это образование сульфата свинца (на латыни sulfur-сера). Изначально кислотный остаток SO4 находится в растворе и воротит нос от свинца (Рис. 1).
Рис. 1
Вы включили стартер. Батарея разряжается. Начался процесс сульфатации. Остаток SO4 покидает раствор и оседает на свинцовой пластине, образуя сульфат свинца PbSO4. Вот, что такое сульфатация! Разумеется, что не весь остаток одномоментно оккупирует пластину, но нам такая упрощённая схема нужна для понятия сути (Рис. 2). Так как плотность остатка выше, чем у воды, то с потерей SO4 плотность раствора убывает. Напряжение на батарее падает. Так выглядит процесс разряда батареи.
Hbc/ 2
Двигатель завёлся и генератор начинает заряжать батарею. Это уже десульфатация - SO4 возвращается с пластины в раствор, плотность которого восстанавливается, напряжение на батарее поднимается (Рис. 3).
Hbc/ 3
Но почему со временем плотность электролита батареи не восстанавливается и падает ёмкость? А здесь всё просто. При работе автомобиля оба эти процесса чередуются, т.е. SO4 покидает раствор при разряде и возвращается в него при заряде, но часть кислотного остатка плотно оседает на пластинах и возвращаться в раствор не желает! Про такую батарею говорят, что она засульфатировалась. Дело в том, что при напряжении бортовой сети 14 вольт 100%-го восстановления раствора не происходит. Вот и накапливается сульфат-невозвращенец. И что же делать?
Заводы-изготовители кислотных аккумуляторных батарей настойчиво рекомендуют периодически проводить уравнительные заряды. Что такое уравнительный заряд? Это такой режим заряда батареи, при котором соль растворяется и кислотный остаток переходит опять в раствор. Но мы ведь, не любим читать инструкции? Конечно. А сульфата свинца становится всё больше, а растворять его всё труднее. Емкость теряется, плотность снижается... Горе-мастер доливают в раствор кислоту и говорит: "Всё! Я восстановил плотность!". Ну, на то он и горе-мастер...
Вот мы и подошли к непонятному уравнительному заряду. Суть его - разогреть зарядом раствор и выдержать в разогретом состоянии до восстановления плотности. Обильное газовыделение при проведении заряда только приветствуется, так как при выделении пузырьков происходит активное перемешивание раствора и вымывание SO4 с пластин ускоряется. По сути, мы сознательно "перезаряжаем" батарею, хотя лишнего заряда на самом деле на себя она не примет. Ток заряда должен при этом составлять порядка 10 % от номинальной ёмкости. Если ваш аккумулятор, к примеру, на 60 А/ч, то требуется ток в 6 Ампер. Температура раствора должна возрасти до 45 градусов по Цельсию. Во избежание перегрева раствора на этом этапе может потребоваться некоторое снижение силы тока заряда. По ходу процесса периодически проверяем плотность электролита. При достижении плотности начального значения зарядка окончена.
И так, мы подключили зарядное устройство и выставили ток 10 % от ёмкости батареи. Напряжение в режиме такого заряда будет в пределах 16 вольт (вот почему в автомобиле не провести уравнительный заряд!). Определённое время аккумулятор будет оставаться холодным т.к. затрачиваемый ток будет расходоваться на его дозаряд. В заряженном аккумуляторе ток начнёт работать на разогрев батареи. Вымывание солей с пластин сопровождается повышением плотности электролита и увеличением его объёма. Собственно, повышение плотности свидетельствует о возвращении кислотного остатка SO4 с пластин в раствор. В аккумуляторах расходоваться может только вода в то время, как количество кислоты всегда неизменно. Куда же расходуется вода? Она разлагается на водород и кислород (вот, от чего происходит газовыделение - раствор "кипит"). Эта газовая смесь очень взрывоопасна и называется "гремучий газ". Поверьте, даже электростатическая искра может привести к взрыву аккумулятора. Зона зарядки должна хорошо вентилироваться!
Потеря плотности электролита - первый признак сульфатации. Задача уравнительного заряда - вернуть "потеряшку". Вернётся, никуда не денется, так что не торопитесь доливать кислоту в полегчавший раствор. Чем хуже состояние батареи, тем продолжительнее уравнительные заряды - от нескольких часов до нескольких их десятков.
По окончании заряда проверьте ещё раз плотность и при необходимости долейте дистиллированную воду.
Рекомендация. Хотя бы дважды в год заряжайте батарею 10 %-м током до температуры 45 градусов и проверяйте плотность электролита. Плотность всегда проверяется после проведения зарядки! Не допускайте разогрева электролита выше 50 градусов во избежание разрушения пластин.
Часть вторая. Зарядное устройство.
Чем проводить уравнительный заряд? Большинство бытовых зарядных устройств не предусматривают такой операции. Предлагаю вашему вниманию несложный и хорошо зарекомендовавший себя феррорезонансный стабилизатор зарядного тока.
Феррорезонансные стабилизаторы тока не нашли широкого применения вот по какой причине: в случае обрыва в цепи нагрузки в первичной обмотке трансформатора возникает резонанс напряжений, что ведёт к пробою изоляции в обмотке. Никто не может гарантировать вам исключение вероятного обрыва в цепи нагрузки и моего устройства, но на такой случай в его схему введена эффективная защита. При обрыве цепи устройство автоматически переходит в режим блокирования подачи питания на трансформатор.
О феррорезонансном стабилизаторе.
Рис. 4
Самый простой из всех возможных! Для знакомства с работой стабилизатора можете собрать схему, приведённую на рисунке 4. Вам потребуется трансформатор на напряжение 24 вольта мощностью 160 Ватт, выпрямительный мост с допустимым током 10 Ампер, подборочные ёмкости на рабочее напряжение 400 вольт и аккумулятор. Соберите схему. Ёмкость возьмите, к примеру, на 8 микрофарад. Главное условие - цепь подключения к аккумулятору должна быть выполнена качественно и исключать вероятность разрыва. Подключайтесь к сети и измеряйте ток заряда. К стабильности сетевого напряжения схема не критична. Увеличивая ёмкость С1 добейтесь требуемого тока заряда. Как видите, схема - проще некуда! Теперь можно переходить к рассмотрению схемы моего зарядника (Рис. 5).
Рис. 5
Схема - та же самая, но:
· На выходе стабилизатора включено пороговое устройство на стабилитроне VD2 и реле KV2, которое регистрирует превышение напряжения на выходе выпрямительного моста. Напряжение это повысится, если мост окажется ненагруженным. В таком случае сработает реле KV2 и разорвёт цепь питания удерживающего реле KV1, которое обесточит силовой трансформатор.
· Входное напряжение на трансформатор Tr1 подаётся нормально разомкнутыми контактами KV1.1 при включении реле KV1 кнопкой включения SB2.
· Тумблером S1 выбирается режим заряда 6А или режим дозаряда 2,5А.
Нюанс. Реле KV2 на 24 вольта и по току срабатывания подбирается совместно со стабилитроном VD2 на напряжение срабатывания 20 вольт и напряжение отпускания 16 вольт. Делается это для того, чтобы при аварийном отключении зарядного устройства реле не удерживалось напряжением аккумулятора. Но всё можно упростить, если питать аккумулятор через диод VD3, исключающий попадание напряжения аккумулятора на реле KV2 (Рис. 6). В таком случае подбор реле и стабилитрона сведётся только на напряжение аварийного срабатывания - 20 вольт.
Рис. 6
Чтобы не обременять себя постоянным контролем температуры электролита, можно врезать в цепь питания реле KV1 выносной термодатчик на 45 градусов, размещаемый на время зарядки непосредственно в аккумуляторной банке (Рис. 7).
Рис. 7
Датчиков-термостатов великое множество, так что, с выбором напрягаться не придётся (Рис. 8). Главное требование к датчику - при достижении температуры 45 градусов он должен разомкнуться. Берёте стеклянную пробирку, помещаете на её донышко датчик с припаянными к нему проводами и заливаете компаундом. Всё! Химически стойкий датчик готов. Датчик устанавливается непосредственно в одной из банок аккумулятора. Снимите пробку с банки и погрузите датчик в электролит. И вообще, уравнительный заряд проводите с открытыми пробками в проветриваемом помещении.
Рис.8
А можете сделать простой сигнализатор аварийной температуры (Рис. 9). Устройство подключается непосредственно к аккумулятору, причём, полярность подключения значения не имеет. Так как питается устройство от аккумулятора, врезка его в схему стабилизатора не требуется. Отключать зарядник, разумеется, это устройство не будет, но вы будете извещены, что батарея нагрета. Пьезоизлучающая головка и ваш датчик-пробирка - основа данной конструкции. Кнопка SВ1 - для контроля работоспособности прибора.
Рис. 9
Собранные мной по этой схеме зарядники вот уже 5 - 7 лет надёжно служат моим друзьям. Ни одного нарекания!
Все автолюбители знают, что кислотные аккумуляторы имеют свойство сульфатироваться. Причём, сульфатация, в конечном счёте, неизбежна независимо от режима эксплуатации батареи. Продлить жизнь батареи несложно, если разобраться с этим "роковым" процессом. И так, вникайте.
Не вдаваясь в тонкости электрохимических явлений вам необходимо понять суть процесса. В работе аккумулятора участвуют: водный раствор серной кислоты H2SO4, свинцовые пластины Pb, электрический заряд от внешнего источника и электрический разряд. Внешний источник - это генератор автомобиля, а разряжается батарея на потребителей энергии (стартер, катушка зажигания, лампы и т.п.).
Сульфатация пластин - это образование сульфата свинца (на латыни sulfur-сера). Изначально кислотный остаток SO4 находится в растворе и воротит нос от свинца (Рис. 1).
Рис. 1
Вы включили стартер. Батарея разряжается. Начался процесс сульфатации. Остаток SO4 покидает раствор и оседает на свинцовой пластине, образуя сульфат свинца PbSO4. Вот, что такое сульфатация! Разумеется, что не весь остаток одномоментно оккупирует пластину, но нам такая упрощённая схема нужна для понятия сути (Рис. 2). Так как плотность остатка выше, чем у воды, то с потерей SO4 плотность раствора убывает. Напряжение на батарее падает. Так выглядит процесс разряда батареи.
Hbc/ 2
Двигатель завёлся и генератор начинает заряжать батарею. Это уже десульфатация - SO4 возвращается с пластины в раствор, плотность которого восстанавливается, напряжение на батарее поднимается (Рис. 3).
Hbc/ 3
Но почему со временем плотность электролита батареи не восстанавливается и падает ёмкость? А здесь всё просто. При работе автомобиля оба эти процесса чередуются, т.е. SO4 покидает раствор при разряде и возвращается в него при заряде, но часть кислотного остатка плотно оседает на пластинах и возвращаться в раствор не желает! Про такую батарею говорят, что она засульфатировалась. Дело в том, что при напряжении бортовой сети 14 вольт 100%-го восстановления раствора не происходит. Вот и накапливается сульфат-невозвращенец. И что же делать?
Заводы-изготовители кислотных аккумуляторных батарей настойчиво рекомендуют периодически проводить уравнительные заряды. Что такое уравнительный заряд? Это такой режим заряда батареи, при котором соль растворяется и кислотный остаток переходит опять в раствор. Но мы ведь, не любим читать инструкции? Конечно. А сульфата свинца становится всё больше, а растворять его всё труднее. Емкость теряется, плотность снижается... Горе-мастер доливают в раствор кислоту и говорит: "Всё! Я восстановил плотность!". Ну, на то он и горе-мастер...
Вот мы и подошли к непонятному уравнительному заряду. Суть его - разогреть зарядом раствор и выдержать в разогретом состоянии до восстановления плотности. Обильное газовыделение при проведении заряда только приветствуется, так как при выделении пузырьков происходит активное перемешивание раствора и вымывание SO4 с пластин ускоряется. По сути, мы сознательно "перезаряжаем" батарею, хотя лишнего заряда на самом деле на себя она не примет. Ток заряда должен при этом составлять порядка 10 % от номинальной ёмкости. Если ваш аккумулятор, к примеру, на 60 А/ч, то требуется ток в 6 Ампер. Температура раствора должна возрасти до 45 градусов по Цельсию. Во избежание перегрева раствора на этом этапе может потребоваться некоторое снижение силы тока заряда. По ходу процесса периодически проверяем плотность электролита. При достижении плотности начального значения зарядка окончена.
И так, мы подключили зарядное устройство и выставили ток 10 % от ёмкости батареи. Напряжение в режиме такого заряда будет в пределах 16 вольт (вот почему в автомобиле не провести уравнительный заряд!). Определённое время аккумулятор будет оставаться холодным т.к. затрачиваемый ток будет расходоваться на его дозаряд. В заряженном аккумуляторе ток начнёт работать на разогрев батареи. Вымывание солей с пластин сопровождается повышением плотности электролита и увеличением его объёма. Собственно, повышение плотности свидетельствует о возвращении кислотного остатка SO4 с пластин в раствор. В аккумуляторах расходоваться может только вода в то время, как количество кислоты всегда неизменно. Куда же расходуется вода? Она разлагается на водород и кислород (вот, от чего происходит газовыделение - раствор "кипит"). Эта газовая смесь очень взрывоопасна и называется "гремучий газ". Поверьте, даже электростатическая искра может привести к взрыву аккумулятора. Зона зарядки должна хорошо вентилироваться!
Потеря плотности электролита - первый признак сульфатации. Задача уравнительного заряда - вернуть "потеряшку". Вернётся, никуда не денется, так что не торопитесь доливать кислоту в полегчавший раствор. Чем хуже состояние батареи, тем продолжительнее уравнительные заряды - от нескольких часов до нескольких их десятков.
По окончании заряда проверьте ещё раз плотность и при необходимости долейте дистиллированную воду.
Рекомендация. Хотя бы дважды в год заряжайте батарею 10 %-м током до температуры 45 градусов и проверяйте плотность электролита. Плотность всегда проверяется после проведения зарядки! Не допускайте разогрева электролита выше 50 градусов во избежание разрушения пластин.
Часть вторая. Зарядное устройство.
Чем проводить уравнительный заряд? Большинство бытовых зарядных устройств не предусматривают такой операции. Предлагаю вашему вниманию несложный и хорошо зарекомендовавший себя феррорезонансный стабилизатор зарядного тока.
Феррорезонансные стабилизаторы тока не нашли широкого применения вот по какой причине: в случае обрыва в цепи нагрузки в первичной обмотке трансформатора возникает резонанс напряжений, что ведёт к пробою изоляции в обмотке. Никто не может гарантировать вам исключение вероятного обрыва в цепи нагрузки и моего устройства, но на такой случай в его схему введена эффективная защита. При обрыве цепи устройство автоматически переходит в режим блокирования подачи питания на трансформатор.
О феррорезонансном стабилизаторе.
Рис. 4
Самый простой из всех возможных! Для знакомства с работой стабилизатора можете собрать схему, приведённую на рисунке 4. Вам потребуется трансформатор на напряжение 24 вольта мощностью 160 Ватт, выпрямительный мост с допустимым током 10 Ампер, подборочные ёмкости на рабочее напряжение 400 вольт и аккумулятор. Соберите схему. Ёмкость возьмите, к примеру, на 8 микрофарад. Главное условие - цепь подключения к аккумулятору должна быть выполнена качественно и исключать вероятность разрыва. Подключайтесь к сети и измеряйте ток заряда. К стабильности сетевого напряжения схема не критична. Увеличивая ёмкость С1 добейтесь требуемого тока заряда. Как видите, схема - проще некуда! Теперь можно переходить к рассмотрению схемы моего зарядника (Рис. 5).
Рис. 5
Схема - та же самая, но:
· На выходе стабилизатора включено пороговое устройство на стабилитроне VD2 и реле KV2, которое регистрирует превышение напряжения на выходе выпрямительного моста. Напряжение это повысится, если мост окажется ненагруженным. В таком случае сработает реле KV2 и разорвёт цепь питания удерживающего реле KV1, которое обесточит силовой трансформатор.
· Входное напряжение на трансформатор Tr1 подаётся нормально разомкнутыми контактами KV1.1 при включении реле KV1 кнопкой включения SB2.
· Тумблером S1 выбирается режим заряда 6А или режим дозаряда 2,5А.
Нюанс. Реле KV2 на 24 вольта и по току срабатывания подбирается совместно со стабилитроном VD2 на напряжение срабатывания 20 вольт и напряжение отпускания 16 вольт. Делается это для того, чтобы при аварийном отключении зарядного устройства реле не удерживалось напряжением аккумулятора. Но всё можно упростить, если питать аккумулятор через диод VD3, исключающий попадание напряжения аккумулятора на реле KV2 (Рис. 6). В таком случае подбор реле и стабилитрона сведётся только на напряжение аварийного срабатывания - 20 вольт.
Рис. 6
Чтобы не обременять себя постоянным контролем температуры электролита, можно врезать в цепь питания реле KV1 выносной термодатчик на 45 градусов, размещаемый на время зарядки непосредственно в аккумуляторной банке (Рис. 7).
Рис. 7
Датчиков-термостатов великое множество, так что, с выбором напрягаться не придётся (Рис. 8). Главное требование к датчику - при достижении температуры 45 градусов он должен разомкнуться. Берёте стеклянную пробирку, помещаете на её донышко датчик с припаянными к нему проводами и заливаете компаундом. Всё! Химически стойкий датчик готов. Датчик устанавливается непосредственно в одной из банок аккумулятора. Снимите пробку с банки и погрузите датчик в электролит. И вообще, уравнительный заряд проводите с открытыми пробками в проветриваемом помещении.
Рис.8
А можете сделать простой сигнализатор аварийной температуры (Рис. 9). Устройство подключается непосредственно к аккумулятору, причём, полярность подключения значения не имеет. Так как питается устройство от аккумулятора, врезка его в схему стабилизатора не требуется. Отключать зарядник, разумеется, это устройство не будет, но вы будете извещены, что батарея нагрета. Пьезоизлучающая головка и ваш датчик-пробирка - основа данной конструкции. Кнопка SВ1 - для контроля работоспособности прибора.
Рис. 9
Собранные мной по этой схеме зарядники вот уже 5 - 7 лет надёжно служат моим друзьям. Ни одного нарекания!