Аккумуляторные батареи - [3]

Напряжение в конце заряда составляет 2.6-2.65 В, при этом происходит обильное газовыделение.

Это объясняется тем, что практически закончено преобразование сульфата свинца и вся энергия тока зарядного устройства расходуется на электролитическое разложение воды.

2.2.2. Зарядные характеристики аккумулятора.

Процесс заряда аккумулятора описывается определенным набором зарядных характеристик.

Зарядными характеристиками аккумулятора называются изменяющиеся во времени в процессе заряда следующие величины:

- напряжение аккумулятора;

- ЭДС покоя;

- динамическая ЭДС;

- плотность электролита;

- температура электролита;

- интенсивность газовыделения.

Все эти характеристики взаимозаменяемы и зависят от многих факторов, определяющих состояние аккумулятора, и величины зарядного тока.

При температуре +20 С и постоянной нормальной величине зарядного тока для исправного аккумулятора эти характеристики меняются следующим образом.

Напряжение аккумулятора - для разряженного аккумулятора в начале заряда 2.18 В. Затем оно в течение 1-2 часов возрастает до 2.25-2.3 В и очень медленно увеличивается (6-8 часов), после чего начинает быстро возрастать при достижении напряжения 2.4 В. При напряжение U2.7 В начинается перезаряд аккумулятора.

ЭДС покоя зависит от температуры и концентрации электролита. Для разряженного аккумулятора ЭДС покоя = 1.95 В, а для заряженного - 2.18 В. По мере заряда аккумулятора эта характеристика меняется линейно между указанными граничными значениями. По ЭДС можно судить о степени заряженности аккумулятора, однако весьма приближенно, поскольку изменяется ЭДС покоя на небольшую величину и зависит от нескольких факторов.

Динамическая ЭДС имеет почти такой же характер зависимости от времени, как и напряжение. Она немного меньше напряжения, В начале заряда динамическая ЭДС равна 1.95 В, а в конце - примерно 2.7 В.

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

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

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

Обильное газовыделение свидетельствует о завершении процесса полезного заряда аккумулятора.

3. ЗАРЯДКА АККАМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ.

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

3.1. Заряд постоянным током.

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

до обильного газовыделения.

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

J10 = Q/10.

Например, для батареи емкостью 54 А.ч

J10 = 54/10 = 5.4 А.

Аналогично определяется ток 20-часового режима.

Например:

J20 = 54/20 = 2.7 А.

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

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

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

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

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

54/(0.85*5.5) = 11.6 часов.

Количество электричества, полученное аккумулятором:

Iз*tз = 5.5*11.6 = 64 А.ч,

где Iз - ток заряда, tз - время заряда.

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

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

Недостатки этого метода заряда.

- сравнительно большое время заряда;

- сложное зарядное устройство.

Преимущества метода заряда постоянным током:

- хорошо контролируются все стадии процесса заряда аккумулятора;

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

3.2. Ступенчатый заряд.

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